x86: add tizen_qemu_x86_defconfig & tizen_qemu_x86_64_defconfig
[platform/kernel/linux-rpi.git] / mm / page_alloc.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
2 /*
3  *  linux/mm/page_alloc.c
4  *
5  *  Manages the free list, the system allocates free pages here.
6  *  Note that kmalloc() lives in slab.c
7  *
8  *  Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
9  *  Swap reorganised 29.12.95, Stephen Tweedie
10  *  Support of BIGMEM added by Gerhard Wichert, Siemens AG, July 1999
11  *  Reshaped it to be a zoned allocator, Ingo Molnar, Red Hat, 1999
12  *  Discontiguous memory support, Kanoj Sarcar, SGI, Nov 1999
13  *  Zone balancing, Kanoj Sarcar, SGI, Jan 2000
14  *  Per cpu hot/cold page lists, bulk allocation, Martin J. Bligh, Sept 2002
15  *          (lots of bits borrowed from Ingo Molnar & Andrew Morton)
16  */
17
18 #include <linux/stddef.h>
19 #include <linux/mm.h>
20 #include <linux/highmem.h>
21 #include <linux/swap.h>
22 #include <linux/interrupt.h>
23 #include <linux/pagemap.h>
24 #include <linux/jiffies.h>
25 #include <linux/memblock.h>
26 #include <linux/compiler.h>
27 #include <linux/kernel.h>
28 #include <linux/kasan.h>
29 #include <linux/module.h>
30 #include <linux/suspend.h>
31 #include <linux/pagevec.h>
32 #include <linux/blkdev.h>
33 #include <linux/slab.h>
34 #include <linux/ratelimit.h>
35 #include <linux/oom.h>
36 #include <linux/topology.h>
37 #include <linux/sysctl.h>
38 #include <linux/cpu.h>
39 #include <linux/cpuset.h>
40 #include <linux/memory_hotplug.h>
41 #include <linux/nodemask.h>
42 #include <linux/vmalloc.h>
43 #include <linux/vmstat.h>
44 #include <linux/mempolicy.h>
45 #include <linux/memremap.h>
46 #include <linux/stop_machine.h>
47 #include <linux/random.h>
48 #include <linux/sort.h>
49 #include <linux/pfn.h>
50 #include <linux/backing-dev.h>
51 #include <linux/fault-inject.h>
52 #include <linux/page-isolation.h>
53 #include <linux/debugobjects.h>
54 #include <linux/kmemleak.h>
55 #include <linux/compaction.h>
56 #include <trace/events/kmem.h>
57 #include <trace/events/oom.h>
58 #include <linux/prefetch.h>
59 #include <linux/mm_inline.h>
60 #include <linux/mmu_notifier.h>
61 #include <linux/migrate.h>
62 #include <linux/hugetlb.h>
63 #include <linux/sched/rt.h>
64 #include <linux/sched/mm.h>
65 #include <linux/page_owner.h>
66 #include <linux/kthread.h>
67 #include <linux/memcontrol.h>
68 #include <linux/ftrace.h>
69 #include <linux/lockdep.h>
70 #include <linux/nmi.h>
71 #include <linux/psi.h>
72 #include <linux/padata.h>
73 #include <linux/khugepaged.h>
74 #include <linux/buffer_head.h>
75 #include <asm/sections.h>
76 #include <asm/tlbflush.h>
77 #include <asm/div64.h>
78 #include "internal.h"
79 #include "shuffle.h"
80 #include "page_reporting.h"
81
82 /* Free Page Internal flags: for internal, non-pcp variants of free_pages(). */
83 typedef int __bitwise fpi_t;
84
85 /* No special request */
86 #define FPI_NONE                ((__force fpi_t)0)
87
88 /*
89  * Skip free page reporting notification for the (possibly merged) page.
90  * This does not hinder free page reporting from grabbing the page,
91  * reporting it and marking it "reported" -  it only skips notifying
92  * the free page reporting infrastructure about a newly freed page. For
93  * example, used when temporarily pulling a page from a freelist and
94  * putting it back unmodified.
95  */
96 #define FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY  ((__force fpi_t)BIT(0))
97
98 /*
99  * Place the (possibly merged) page to the tail of the freelist. Will ignore
100  * page shuffling (relevant code - e.g., memory onlining - is expected to
101  * shuffle the whole zone).
102  *
103  * Note: No code should rely on this flag for correctness - it's purely
104  *       to allow for optimizations when handing back either fresh pages
105  *       (memory onlining) or untouched pages (page isolation, free page
106  *       reporting).
107  */
108 #define FPI_TO_TAIL             ((__force fpi_t)BIT(1))
109
110 /*
111  * Don't poison memory with KASAN (only for the tag-based modes).
112  * During boot, all non-reserved memblock memory is exposed to page_alloc.
113  * Poisoning all that memory lengthens boot time, especially on systems with
114  * large amount of RAM. This flag is used to skip that poisoning.
115  * This is only done for the tag-based KASAN modes, as those are able to
116  * detect memory corruptions with the memory tags assigned by default.
117  * All memory allocated normally after boot gets poisoned as usual.
118  */
119 #define FPI_SKIP_KASAN_POISON   ((__force fpi_t)BIT(2))
120
121 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
122 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
123 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_HIGH_FRACTION (8)
124
125 struct pagesets {
126         local_lock_t lock;
127 };
128 static DEFINE_PER_CPU(struct pagesets, pagesets) = {
129         .lock = INIT_LOCAL_LOCK(lock),
130 };
131
132 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
133 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
134 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
135 #endif
136
137 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(vm_numa_stat_key);
138
139 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
140 /*
141  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
142  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
143  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
144  * defined in <linux/topology.h>.
145  */
146 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
147 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
148 #endif
149
150 /* work_structs for global per-cpu drains */
151 struct pcpu_drain {
152         struct zone *zone;
153         struct work_struct work;
154 };
155 static DEFINE_MUTEX(pcpu_drain_mutex);
156 static DEFINE_PER_CPU(struct pcpu_drain, pcpu_drain);
157
158 #ifdef CONFIG_GCC_PLUGIN_LATENT_ENTROPY
159 volatile unsigned long latent_entropy __latent_entropy;
160 EXPORT_SYMBOL(latent_entropy);
161 #endif
162
163 /*
164  * Array of node states.
165  */
166 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
167         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
168         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
169 #ifndef CONFIG_NUMA
170         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
171 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
172         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
173 #endif
174         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
175         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
176 #endif  /* NUMA */
177 };
178 EXPORT_SYMBOL(node_states);
179
180 atomic_long_t _totalram_pages __read_mostly;
181 EXPORT_SYMBOL(_totalram_pages);
182 unsigned long totalreserve_pages __read_mostly;
183 unsigned long totalcma_pages __read_mostly;
184
185 int percpu_pagelist_high_fraction;
186 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
187 DEFINE_STATIC_KEY_MAYBE(CONFIG_INIT_ON_ALLOC_DEFAULT_ON, init_on_alloc);
188 EXPORT_SYMBOL(init_on_alloc);
189
190 DEFINE_STATIC_KEY_MAYBE(CONFIG_INIT_ON_FREE_DEFAULT_ON, init_on_free);
191 EXPORT_SYMBOL(init_on_free);
192
193 #define ALLOC_IN_CMA_THRESHOLD_MAX 16
194 #define ALLOC_IN_CMA_THRESHOLD_DEFAULT 12
195
196 static unsigned long _alloc_in_cma_threshold __read_mostly
197                                 = ALLOC_IN_CMA_THRESHOLD_DEFAULT;
198
199 static int __init alloc_in_cma_threshold_setup(char *buf)
200 {
201         unsigned long res;
202
203         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||
204             res > ALLOC_IN_CMA_THRESHOLD_MAX) {
205                 pr_err("Bad alloc_cma_threshold value\n");
206                 return 0;
207         }
208         _alloc_in_cma_threshold = res;
209         pr_info("Setting alloc_in_cma_threshold to %lu\n", res);
210         return 0;
211 }
212 early_param("alloc_in_cma_threshold", alloc_in_cma_threshold_setup);
213
214 static bool _init_on_alloc_enabled_early __read_mostly
215                                 = IS_ENABLED(CONFIG_INIT_ON_ALLOC_DEFAULT_ON);
216 static int __init early_init_on_alloc(char *buf)
217 {
218
219         return kstrtobool(buf, &_init_on_alloc_enabled_early);
220 }
221 early_param("init_on_alloc", early_init_on_alloc);
222
223 static bool _init_on_free_enabled_early __read_mostly
224                                 = IS_ENABLED(CONFIG_INIT_ON_FREE_DEFAULT_ON);
225 static int __init early_init_on_free(char *buf)
226 {
227         return kstrtobool(buf, &_init_on_free_enabled_early);
228 }
229 early_param("init_on_free", early_init_on_free);
230
231 /*
232  * A cached value of the page's pageblock's migratetype, used when the page is
233  * put on a pcplist. Used to avoid the pageblock migratetype lookup when
234  * freeing from pcplists in most cases, at the cost of possibly becoming stale.
235  * Also the migratetype set in the page does not necessarily match the pcplist
236  * index, e.g. page might have MIGRATE_CMA set but be on a pcplist with any
237  * other index - this ensures that it will be put on the correct CMA freelist.
238  */
239 static inline int get_pcppage_migratetype(struct page *page)
240 {
241         return page->index;
242 }
243
244 static inline void set_pcppage_migratetype(struct page *page, int migratetype)
245 {
246         page->index = migratetype;
247 }
248
249 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
250 /*
251  * The following functions are used by the suspend/hibernate code to temporarily
252  * change gfp_allowed_mask in order to avoid using I/O during memory allocations
253  * while devices are suspended.  To avoid races with the suspend/hibernate code,
254  * they should always be called with system_transition_mutex held
255  * (gfp_allowed_mask also should only be modified with system_transition_mutex
256  * held, unless the suspend/hibernate code is guaranteed not to run in parallel
257  * with that modification).
258  */
259
260 static gfp_t saved_gfp_mask;
261
262 void pm_restore_gfp_mask(void)
263 {
264         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
265         if (saved_gfp_mask) {
266                 gfp_allowed_mask = saved_gfp_mask;
267                 saved_gfp_mask = 0;
268         }
269 }
270
271 void pm_restrict_gfp_mask(void)
272 {
273         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
274         WARN_ON(saved_gfp_mask);
275         saved_gfp_mask = gfp_allowed_mask;
276         gfp_allowed_mask &= ~(__GFP_IO | __GFP_FS);
277 }
278
279 bool pm_suspended_storage(void)
280 {
281         if ((gfp_allowed_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
282                 return false;
283         return true;
284 }
285 #endif /* CONFIG_PM_SLEEP */
286
287 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
288 unsigned int pageblock_order __read_mostly;
289 #endif
290
291 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order,
292                             fpi_t fpi_flags);
293
294 /*
295  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
296  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
297  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
298  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
299  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
300  *      HIGHMEM allocation will leave (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
301  *
302  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
303  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
304  */
305 int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES] = {
306 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
307         [ZONE_DMA] = 256,
308 #endif
309 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
310         [ZONE_DMA32] = 256,
311 #endif
312         [ZONE_NORMAL] = 32,
313 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
314         [ZONE_HIGHMEM] = 0,
315 #endif
316         [ZONE_MOVABLE] = 0,
317 };
318
319 static char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
320 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
321          "DMA",
322 #endif
323 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
324          "DMA32",
325 #endif
326          "Normal",
327 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
328          "HighMem",
329 #endif
330          "Movable",
331 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
332          "Device",
333 #endif
334 };
335
336 const char * const migratetype_names[MIGRATE_TYPES] = {
337         "Unmovable",
338         "Movable",
339         "Reclaimable",
340         "HighAtomic",
341 #ifdef CONFIG_CMA
342         "CMA",
343 #endif
344 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
345         "Isolate",
346 #endif
347 };
348
349 compound_page_dtor * const compound_page_dtors[NR_COMPOUND_DTORS] = {
350         [NULL_COMPOUND_DTOR] = NULL,
351         [COMPOUND_PAGE_DTOR] = free_compound_page,
352 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
353         [HUGETLB_PAGE_DTOR] = free_huge_page,
354 #endif
355 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
356         [TRANSHUGE_PAGE_DTOR] = free_transhuge_page,
357 #endif
358 };
359
360 int min_free_kbytes = 1024;
361 int user_min_free_kbytes = -1;
362 int watermark_boost_factor __read_mostly = 15000;
363 int watermark_scale_factor = 10;
364
365 static unsigned long nr_kernel_pages __initdata;
366 static unsigned long nr_all_pages __initdata;
367 static unsigned long dma_reserve __initdata;
368
369 static unsigned long arch_zone_lowest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __initdata;
370 static unsigned long arch_zone_highest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __initdata;
371 static unsigned long required_kernelcore __initdata;
372 static unsigned long required_kernelcore_percent __initdata;
373 static unsigned long required_movablecore __initdata;
374 static unsigned long required_movablecore_percent __initdata;
375 static unsigned long zone_movable_pfn[MAX_NUMNODES] __initdata;
376 static bool mirrored_kernelcore __meminitdata;
377
378 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
379 int movable_zone;
380 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
381
382 #if MAX_NUMNODES > 1
383 unsigned int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
384 unsigned int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
385 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
386 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
387 #endif
388
389 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
390
391 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
392 /*
393  * During boot we initialize deferred pages on-demand, as needed, but once
394  * page_alloc_init_late() has finished, the deferred pages are all initialized,
395  * and we can permanently disable that path.
396  */
397 static DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(deferred_pages);
398
399 /*
400  * Calling kasan_poison_pages() only after deferred memory initialization
401  * has completed. Poisoning pages during deferred memory init will greatly
402  * lengthen the process and cause problem in large memory systems as the
403  * deferred pages initialization is done with interrupt disabled.
404  *
405  * Assuming that there will be no reference to those newly initialized
406  * pages before they are ever allocated, this should have no effect on
407  * KASAN memory tracking as the poison will be properly inserted at page
408  * allocation time. The only corner case is when pages are allocated by
409  * on-demand allocation and then freed again before the deferred pages
410  * initialization is done, but this is not likely to happen.
411  */
412 static inline bool should_skip_kasan_poison(struct page *page, fpi_t fpi_flags)
413 {
414         return static_branch_unlikely(&deferred_pages) ||
415                (!IS_ENABLED(CONFIG_KASAN_GENERIC) &&
416                 (fpi_flags & FPI_SKIP_KASAN_POISON)) ||
417                PageSkipKASanPoison(page);
418 }
419
420 /* Returns true if the struct page for the pfn is uninitialised */
421 static inline bool __meminit early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
422 {
423         int nid = early_pfn_to_nid(pfn);
424
425         if (node_online(nid) && pfn >= NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn)
426                 return true;
427
428         return false;
429 }
430
431 /*
432  * Returns true when the remaining initialisation should be deferred until
433  * later in the boot cycle when it can be parallelised.
434  */
435 static bool __meminit
436 defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
437 {
438         static unsigned long prev_end_pfn, nr_initialised;
439
440         /*
441          * prev_end_pfn static that contains the end of previous zone
442          * No need to protect because called very early in boot before smp_init.
443          */
444         if (prev_end_pfn != end_pfn) {
445                 prev_end_pfn = end_pfn;
446                 nr_initialised = 0;
447         }
448
449         /* Always populate low zones for address-constrained allocations */
450         if (end_pfn < pgdat_end_pfn(NODE_DATA(nid)))
451                 return false;
452
453         if (NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn != ULONG_MAX)
454                 return true;
455         /*
456          * We start only with one section of pages, more pages are added as
457          * needed until the rest of deferred pages are initialized.
458          */
459         nr_initialised++;
460         if ((nr_initialised > PAGES_PER_SECTION) &&
461             (pfn & (PAGES_PER_SECTION - 1)) == 0) {
462                 NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn = pfn;
463                 return true;
464         }
465         return false;
466 }
467 #else
468 static inline bool should_skip_kasan_poison(struct page *page, fpi_t fpi_flags)
469 {
470         return (!IS_ENABLED(CONFIG_KASAN_GENERIC) &&
471                 (fpi_flags & FPI_SKIP_KASAN_POISON)) ||
472                PageSkipKASanPoison(page);
473 }
474
475 static inline bool early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
476 {
477         return false;
478 }
479
480 static inline bool defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
481 {
482         return false;
483 }
484 #endif
485
486 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
487 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(const struct page *page,
488                                                         unsigned long pfn)
489 {
490 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
491         return section_to_usemap(__pfn_to_section(pfn));
492 #else
493         return page_zone(page)->pageblock_flags;
494 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
495 }
496
497 static inline int pfn_to_bitidx(const struct page *page, unsigned long pfn)
498 {
499 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
500         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
501 #else
502         pfn = pfn - round_down(page_zone(page)->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
503 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
504         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
505 }
506
507 static __always_inline
508 unsigned long __get_pfnblock_flags_mask(const struct page *page,
509                                         unsigned long pfn,
510                                         unsigned long mask)
511 {
512         unsigned long *bitmap;
513         unsigned long bitidx, word_bitidx;
514         unsigned long word;
515
516         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
517         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
518         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
519         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
520
521         word = bitmap[word_bitidx];
522         return (word >> bitidx) & mask;
523 }
524
525 /**
526  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
527  * @page: The page within the block of interest
528  * @pfn: The target page frame number
529  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
530  *
531  * Return: pageblock_bits flags
532  */
533 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(const struct page *page,
534                                         unsigned long pfn, unsigned long mask)
535 {
536         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, mask);
537 }
538
539 static __always_inline int get_pfnblock_migratetype(const struct page *page,
540                                         unsigned long pfn)
541 {
542         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, MIGRATETYPE_MASK);
543 }
544
545 /**
546  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
547  * @page: The page within the block of interest
548  * @flags: The flags to set
549  * @pfn: The target page frame number
550  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
551  */
552 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
553                                         unsigned long pfn,
554                                         unsigned long mask)
555 {
556         unsigned long *bitmap;
557         unsigned long bitidx, word_bitidx;
558         unsigned long old_word, word;
559
560         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
561         BUILD_BUG_ON(MIGRATE_TYPES > (1 << PB_migratetype_bits));
562
563         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
564         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
565         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
566         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
567
568         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(page_zone(page), pfn), page);
569
570         mask <<= bitidx;
571         flags <<= bitidx;
572
573         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
574         for (;;) {
575                 old_word = cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], word, (word & ~mask) | flags);
576                 if (word == old_word)
577                         break;
578                 word = old_word;
579         }
580 }
581
582 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
583 {
584         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
585                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
586                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
587
588         set_pfnblock_flags_mask(page, (unsigned long)migratetype,
589                                 page_to_pfn(page), MIGRATETYPE_MASK);
590 }
591
592 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
593 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
594 {
595         int ret = 0;
596         unsigned seq;
597         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
598         unsigned long sp, start_pfn;
599
600         do {
601                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
602                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
603                 sp = zone->spanned_pages;
604                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
605                         ret = 1;
606         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
607
608         if (ret)
609                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
610                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
611                         start_pfn, start_pfn + sp);
612
613         return ret;
614 }
615
616 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
617 {
618         if (zone != page_zone(page))
619                 return 0;
620
621         return 1;
622 }
623 /*
624  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
625  */
626 static int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
627 {
628         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
629                 return 1;
630         if (!page_is_consistent(zone, page))
631                 return 1;
632
633         return 0;
634 }
635 #else
636 static inline int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
637 {
638         return 0;
639 }
640 #endif
641
642 static void bad_page(struct page *page, const char *reason)
643 {
644         static unsigned long resume;
645         static unsigned long nr_shown;
646         static unsigned long nr_unshown;
647
648         /*
649          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
650          * or allow a steady drip of one report per second.
651          */
652         if (nr_shown == 60) {
653                 if (time_before(jiffies, resume)) {
654                         nr_unshown++;
655                         goto out;
656                 }
657                 if (nr_unshown) {
658                         pr_alert(
659                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
660                                 nr_unshown);
661                         nr_unshown = 0;
662                 }
663                 nr_shown = 0;
664         }
665         if (nr_shown++ == 0)
666                 resume = jiffies + 60 * HZ;
667
668         pr_alert("BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
669                 current->comm, page_to_pfn(page));
670         dump_page(page, reason);
671
672         print_modules();
673         dump_stack();
674 out:
675         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
676         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
677         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
678 }
679
680 static inline unsigned int order_to_pindex(int migratetype, int order)
681 {
682         int base = order;
683
684 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
685         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) {
686                 VM_BUG_ON(order != pageblock_order);
687                 base = PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER + 1;
688         }
689 #else
690         VM_BUG_ON(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
691 #endif
692
693         return (MIGRATE_PCPTYPES * base) + migratetype;
694 }
695
696 static inline int pindex_to_order(unsigned int pindex)
697 {
698         int order = pindex / MIGRATE_PCPTYPES;
699
700 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
701         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) {
702                 order = pageblock_order;
703                 VM_BUG_ON(order != pageblock_order);
704         }
705 #else
706         VM_BUG_ON(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
707 #endif
708
709         return order;
710 }
711
712 static inline bool pcp_allowed_order(unsigned int order)
713 {
714         if (order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
715                 return true;
716 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
717         if (order == pageblock_order)
718                 return true;
719 #endif
720         return false;
721 }
722
723 static inline void free_the_page(struct page *page, unsigned int order)
724 {
725         if (pcp_allowed_order(order))           /* Via pcp? */
726                 free_unref_page(page, order);
727         else
728                 __free_pages_ok(page, order, FPI_NONE);
729 }
730
731 /*
732  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
733  *
734  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page" and have PG_head set.
735  *
736  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages". PageTail() is encoded
737  * in bit 0 of page->compound_head. The rest of bits is pointer to head page.
738  *
739  * The first tail page's ->compound_dtor holds the offset in array of compound
740  * page destructors. See compound_page_dtors.
741  *
742  * The first tail page's ->compound_order holds the order of allocation.
743  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
744  */
745
746 void free_compound_page(struct page *page)
747 {
748         mem_cgroup_uncharge(page);
749         free_the_page(page, compound_order(page));
750 }
751
752 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned int order)
753 {
754         int i;
755         int nr_pages = 1 << order;
756
757         __SetPageHead(page);
758         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
759                 struct page *p = page + i;
760                 p->mapping = TAIL_MAPPING;
761                 set_compound_head(p, page);
762         }
763
764         set_compound_page_dtor(page, COMPOUND_PAGE_DTOR);
765         set_compound_order(page, order);
766         atomic_set(compound_mapcount_ptr(page), -1);
767         if (hpage_pincount_available(page))
768                 atomic_set(compound_pincount_ptr(page), 0);
769 }
770
771 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
772 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
773
774 bool _debug_pagealloc_enabled_early __read_mostly
775                         = IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC_ENABLE_DEFAULT);
776 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled_early);
777 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(_debug_pagealloc_enabled);
778 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled);
779
780 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(_debug_guardpage_enabled);
781
782 static int __init early_debug_pagealloc(char *buf)
783 {
784         return kstrtobool(buf, &_debug_pagealloc_enabled_early);
785 }
786 early_param("debug_pagealloc", early_debug_pagealloc);
787
788 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
789 {
790         unsigned long res;
791
792         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
793                 pr_err("Bad debug_guardpage_minorder value\n");
794                 return 0;
795         }
796         _debug_guardpage_minorder = res;
797         pr_info("Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
798         return 0;
799 }
800 early_param("debug_guardpage_minorder", debug_guardpage_minorder_setup);
801
802 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
803                                 unsigned int order, int migratetype)
804 {
805         if (!debug_guardpage_enabled())
806                 return false;
807
808         if (order >= debug_guardpage_minorder())
809                 return false;
810
811         __SetPageGuard(page);
812         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
813         set_page_private(page, order);
814         /* Guard pages are not available for any usage */
815         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order), migratetype);
816
817         return true;
818 }
819
820 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
821                                 unsigned int order, int migratetype)
822 {
823         if (!debug_guardpage_enabled())
824                 return;
825
826         __ClearPageGuard(page);
827
828         set_page_private(page, 0);
829         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
830                 __mod_zone_freepage_state(zone, (1 << order), migratetype);
831 }
832 #else
833 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
834                         unsigned int order, int migratetype) { return false; }
835 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
836                                 unsigned int order, int migratetype) {}
837 #endif
838
839 /*
840  * Enable static keys related to various memory debugging and hardening options.
841  * Some override others, and depend on early params that are evaluated in the
842  * order of appearance. So we need to first gather the full picture of what was
843  * enabled, and then make decisions.
844  */
845 void init_mem_debugging_and_hardening(void)
846 {
847         bool page_poisoning_requested = false;
848
849 #ifdef CONFIG_PAGE_POISONING
850         /*
851          * Page poisoning is debug page alloc for some arches. If
852          * either of those options are enabled, enable poisoning.
853          */
854         if (page_poisoning_enabled() ||
855              (!IS_ENABLED(CONFIG_ARCH_SUPPORTS_DEBUG_PAGEALLOC) &&
856               debug_pagealloc_enabled())) {
857                 static_branch_enable(&_page_poisoning_enabled);
858                 page_poisoning_requested = true;
859         }
860 #endif
861
862         if ((_init_on_alloc_enabled_early || _init_on_free_enabled_early) &&
863             page_poisoning_requested) {
864                 pr_info("mem auto-init: CONFIG_PAGE_POISONING is on, "
865                         "will take precedence over init_on_alloc and init_on_free\n");
866                 _init_on_alloc_enabled_early = false;
867                 _init_on_free_enabled_early = false;
868         }
869
870         if (_init_on_alloc_enabled_early)
871                 static_branch_enable(&init_on_alloc);
872         else
873                 static_branch_disable(&init_on_alloc);
874
875         if (_init_on_free_enabled_early)
876                 static_branch_enable(&init_on_free);
877         else
878                 static_branch_disable(&init_on_free);
879
880 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
881         if (!debug_pagealloc_enabled())
882                 return;
883
884         static_branch_enable(&_debug_pagealloc_enabled);
885
886         if (!debug_guardpage_minorder())
887                 return;
888
889         static_branch_enable(&_debug_guardpage_enabled);
890 #endif
891 }
892
893 static inline void set_buddy_order(struct page *page, unsigned int order)
894 {
895         set_page_private(page, order);
896         __SetPageBuddy(page);
897 }
898
899 /*
900  * This function checks whether a page is free && is the buddy
901  * we can coalesce a page and its buddy if
902  * (a) the buddy is not in a hole (check before calling!) &&
903  * (b) the buddy is in the buddy system &&
904  * (c) a page and its buddy have the same order &&
905  * (d) a page and its buddy are in the same zone.
906  *
907  * For recording whether a page is in the buddy system, we set PageBuddy.
908  * Setting, clearing, and testing PageBuddy is serialized by zone->lock.
909  *
910  * For recording page's order, we use page_private(page).
911  */
912 static inline bool page_is_buddy(struct page *page, struct page *buddy,
913                                                         unsigned int order)
914 {
915         if (!page_is_guard(buddy) && !PageBuddy(buddy))
916                 return false;
917
918         if (buddy_order(buddy) != order)
919                 return false;
920
921         /*
922          * zone check is done late to avoid uselessly calculating
923          * zone/node ids for pages that could never merge.
924          */
925         if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
926                 return false;
927
928         VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
929
930         return true;
931 }
932
933 #ifdef CONFIG_COMPACTION
934 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
935 {
936         struct capture_control *capc = current->capture_control;
937
938         return unlikely(capc) &&
939                 !(current->flags & PF_KTHREAD) &&
940                 !capc->page &&
941                 capc->cc->zone == zone ? capc : NULL;
942 }
943
944 static inline bool
945 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
946                    int order, int migratetype)
947 {
948         if (!capc || order != capc->cc->order)
949                 return false;
950
951         /* Do not accidentally pollute CMA or isolated regions*/
952         if (is_migrate_cma(migratetype) ||
953             is_migrate_isolate(migratetype))
954                 return false;
955
956         /*
957          * Do not let lower order allocations pollute a movable pageblock.
958          * This might let an unmovable request use a reclaimable pageblock
959          * and vice-versa but no more than normal fallback logic which can
960          * have trouble finding a high-order free page.
961          */
962         if (order < pageblock_order && migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
963                 return false;
964
965         capc->page = page;
966         return true;
967 }
968
969 #else
970 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
971 {
972         return NULL;
973 }
974
975 static inline bool
976 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
977                    int order, int migratetype)
978 {
979         return false;
980 }
981 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
982
983 /* Used for pages not on another list */
984 static inline void add_to_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
985                                     unsigned int order, int migratetype)
986 {
987         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
988
989         list_add(&page->lru, &area->free_list[migratetype]);
990         area->nr_free++;
991 }
992
993 /* Used for pages not on another list */
994 static inline void add_to_free_list_tail(struct page *page, struct zone *zone,
995                                          unsigned int order, int migratetype)
996 {
997         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
998
999         list_add_tail(&page->lru, &area->free_list[migratetype]);
1000         area->nr_free++;
1001 }
1002
1003 /*
1004  * Used for pages which are on another list. Move the pages to the tail
1005  * of the list - so the moved pages won't immediately be considered for
1006  * allocation again (e.g., optimization for memory onlining).
1007  */
1008 static inline void move_to_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
1009                                      unsigned int order, int migratetype)
1010 {
1011         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
1012
1013         list_move_tail(&page->lru, &area->free_list[migratetype]);
1014 }
1015
1016 static inline void del_page_from_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
1017                                            unsigned int order)
1018 {
1019         /* clear reported state and update reported page count */
1020         if (page_reported(page))
1021                 __ClearPageReported(page);
1022
1023         list_del(&page->lru);
1024         __ClearPageBuddy(page);
1025         set_page_private(page, 0);
1026         zone->free_area[order].nr_free--;
1027 }
1028
1029 /*
1030  * If this is not the largest possible page, check if the buddy
1031  * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
1032  * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
1033  * that is happening, add the free page to the tail of the list
1034  * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
1035  * as a higher order page
1036  */
1037 static inline bool
1038 buddy_merge_likely(unsigned long pfn, unsigned long buddy_pfn,
1039                    struct page *page, unsigned int order)
1040 {
1041         struct page *higher_page, *higher_buddy;
1042         unsigned long combined_pfn;
1043
1044         if (order >= MAX_ORDER - 2)
1045                 return false;
1046
1047         combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
1048         higher_page = page + (combined_pfn - pfn);
1049         buddy_pfn = __find_buddy_pfn(combined_pfn, order + 1);
1050         higher_buddy = higher_page + (buddy_pfn - combined_pfn);
1051
1052         return page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1);
1053 }
1054
1055 /*
1056  * Freeing function for a buddy system allocator.
1057  *
1058  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
1059  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
1060  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
1061  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
1062  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
1063  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
1064  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
1065  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
1066  * parts of the VM system.
1067  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
1068  * free pages of length of (1 << order) and marked with PageBuddy.
1069  * Page's order is recorded in page_private(page) field.
1070  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
1071  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
1072  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
1073  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
1074  * triggers coalescing into a block of larger size.
1075  *
1076  * -- nyc
1077  */
1078
1079 static inline void __free_one_page(struct page *page,
1080                 unsigned long pfn,
1081                 struct zone *zone, unsigned int order,
1082                 int migratetype, fpi_t fpi_flags)
1083 {
1084         struct capture_control *capc = task_capc(zone);
1085         unsigned long buddy_pfn;
1086         unsigned long combined_pfn;
1087         unsigned int max_order;
1088         struct page *buddy;
1089         bool to_tail;
1090
1091         max_order = min_t(unsigned int, MAX_ORDER - 1, pageblock_order);
1092
1093         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
1094         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
1095
1096         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
1097         if (likely(!is_migrate_isolate(migratetype)))
1098                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
1099
1100         VM_BUG_ON_PAGE(pfn & ((1 << order) - 1), page);
1101         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
1102
1103 continue_merging:
1104         while (order < max_order) {
1105                 if (compaction_capture(capc, page, order, migratetype)) {
1106                         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
1107                                                                 migratetype);
1108                         return;
1109                 }
1110                 buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
1111                 buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
1112
1113                 if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
1114                         goto done_merging;
1115                 /*
1116                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
1117                  * merge with it and move up one order.
1118                  */
1119                 if (page_is_guard(buddy))
1120                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
1121                 else
1122                         del_page_from_free_list(buddy, zone, order);
1123                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
1124                 page = page + (combined_pfn - pfn);
1125                 pfn = combined_pfn;
1126                 order++;
1127         }
1128         if (order < MAX_ORDER - 1) {
1129                 /* If we are here, it means order is >= pageblock_order.
1130                  * We want to prevent merge between freepages on isolate
1131                  * pageblock and normal pageblock. Without this, pageblock
1132                  * isolation could cause incorrect freepage or CMA accounting.
1133                  *
1134                  * We don't want to hit this code for the more frequent
1135                  * low-order merging.
1136                  */
1137                 if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone))) {
1138                         int buddy_mt;
1139
1140                         buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
1141                         buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
1142                         buddy_mt = get_pageblock_migratetype(buddy);
1143
1144                         if (migratetype != buddy_mt
1145                                         && (is_migrate_isolate(migratetype) ||
1146                                                 is_migrate_isolate(buddy_mt)))
1147                                 goto done_merging;
1148                 }
1149                 max_order = order + 1;
1150                 goto continue_merging;
1151         }
1152
1153 done_merging:
1154         set_buddy_order(page, order);
1155
1156         if (fpi_flags & FPI_TO_TAIL)
1157                 to_tail = true;
1158         else if (is_shuffle_order(order))
1159                 to_tail = shuffle_pick_tail();
1160         else
1161                 to_tail = buddy_merge_likely(pfn, buddy_pfn, page, order);
1162
1163         if (to_tail)
1164                 add_to_free_list_tail(page, zone, order, migratetype);
1165         else
1166                 add_to_free_list(page, zone, order, migratetype);
1167
1168         /* Notify page reporting subsystem of freed page */
1169         if (!(fpi_flags & FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY))
1170                 page_reporting_notify_free(order);
1171 }
1172
1173 /*
1174  * A bad page could be due to a number of fields. Instead of multiple branches,
1175  * try and check multiple fields with one check. The caller must do a detailed
1176  * check if necessary.
1177  */
1178 static inline bool page_expected_state(struct page *page,
1179                                         unsigned long check_flags)
1180 {
1181         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1182                 return false;
1183
1184         if (unlikely((unsigned long)page->mapping |
1185                         page_ref_count(page) |
1186 #ifdef CONFIG_MEMCG
1187                         page->memcg_data |
1188 #endif
1189                         (page->flags & check_flags)))
1190                 return false;
1191
1192         return true;
1193 }
1194
1195 static const char *page_bad_reason(struct page *page, unsigned long flags)
1196 {
1197         const char *bad_reason = NULL;
1198
1199         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1200                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1201         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1202                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1203         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
1204                 bad_reason = "nonzero _refcount";
1205         if (unlikely(page->flags & flags)) {
1206                 if (flags == PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)
1207                         bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag(s) set";
1208                 else
1209                         bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
1210         }
1211 #ifdef CONFIG_MEMCG
1212         if (unlikely(page->memcg_data))
1213                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
1214 #endif
1215         return bad_reason;
1216 }
1217
1218 static void check_free_page_bad(struct page *page)
1219 {
1220         bad_page(page,
1221                  page_bad_reason(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE));
1222 }
1223
1224 static inline int check_free_page(struct page *page)
1225 {
1226         if (likely(page_expected_state(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)))
1227                 return 0;
1228
1229         /* Something has gone sideways, find it */
1230         check_free_page_bad(page);
1231         return 1;
1232 }
1233
1234 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
1235 {
1236         int ret = 1;
1237
1238         /*
1239          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
1240          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
1241          */
1242         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
1243
1244         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM)) {
1245                 ret = 0;
1246                 goto out;
1247         }
1248         switch (page - head_page) {
1249         case 1:
1250                 /* the first tail page: ->mapping may be compound_mapcount() */
1251                 if (unlikely(compound_mapcount(page))) {
1252                         bad_page(page, "nonzero compound_mapcount");
1253                         goto out;
1254                 }
1255                 break;
1256         case 2:
1257                 /*
1258                  * the second tail page: ->mapping is
1259                  * deferred_list.next -- ignore value.
1260                  */
1261                 break;
1262         default:
1263                 if (page->mapping != TAIL_MAPPING) {
1264                         bad_page(page, "corrupted mapping in tail page");
1265                         goto out;
1266                 }
1267                 break;
1268         }
1269         if (unlikely(!PageTail(page))) {
1270                 bad_page(page, "PageTail not set");
1271                 goto out;
1272         }
1273         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
1274                 bad_page(page, "compound_head not consistent");
1275                 goto out;
1276         }
1277         ret = 0;
1278 out:
1279         page->mapping = NULL;
1280         clear_compound_head(page);
1281         return ret;
1282 }
1283
1284 static void kernel_init_free_pages(struct page *page, int numpages, bool zero_tags)
1285 {
1286         int i;
1287
1288         if (zero_tags) {
1289                 for (i = 0; i < numpages; i++)
1290                         tag_clear_highpage(page + i);
1291                 return;
1292         }
1293
1294         /* s390's use of memset() could override KASAN redzones. */
1295         kasan_disable_current();
1296         for (i = 0; i < numpages; i++) {
1297                 u8 tag = page_kasan_tag(page + i);
1298                 page_kasan_tag_reset(page + i);
1299                 clear_highpage(page + i);
1300                 page_kasan_tag_set(page + i, tag);
1301         }
1302         kasan_enable_current();
1303 }
1304
1305 static __always_inline bool free_pages_prepare(struct page *page,
1306                         unsigned int order, bool check_free, fpi_t fpi_flags)
1307 {
1308         int bad = 0;
1309         bool skip_kasan_poison = should_skip_kasan_poison(page, fpi_flags);
1310
1311         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
1312
1313         trace_mm_page_free(page, order);
1314
1315         if (unlikely(PageHWPoison(page)) && !order) {
1316                 /*
1317                  * Do not let hwpoison pages hit pcplists/buddy
1318                  * Untie memcg state and reset page's owner
1319                  */
1320                 if (memcg_kmem_enabled() && PageMemcgKmem(page))
1321                         __memcg_kmem_uncharge_page(page, order);
1322                 reset_page_owner(page, order);
1323                 return false;
1324         }
1325
1326         /*
1327          * Check tail pages before head page information is cleared to
1328          * avoid checking PageCompound for order-0 pages.
1329          */
1330         if (unlikely(order)) {
1331                 bool compound = PageCompound(page);
1332                 int i;
1333
1334                 VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
1335
1336                 if (compound) {
1337                         ClearPageDoubleMap(page);
1338                         ClearPageHasHWPoisoned(page);
1339                 }
1340                 for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1341                         if (compound)
1342                                 bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
1343                         if (unlikely(check_free_page(page + i))) {
1344                                 bad++;
1345                                 continue;
1346                         }
1347                         (page + i)->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1348                 }
1349         }
1350         if (PageMappingFlags(page))
1351                 page->mapping = NULL;
1352         if (memcg_kmem_enabled() && PageMemcgKmem(page))
1353                 __memcg_kmem_uncharge_page(page, order);
1354         if (check_free)
1355                 bad += check_free_page(page);
1356         if (bad)
1357                 return false;
1358
1359         page_cpupid_reset_last(page);
1360         page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1361         reset_page_owner(page, order);
1362
1363         if (!PageHighMem(page)) {
1364                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1365                                            PAGE_SIZE << order);
1366                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1367                                            PAGE_SIZE << order);
1368         }
1369
1370         kernel_poison_pages(page, 1 << order);
1371
1372         /*
1373          * As memory initialization might be integrated into KASAN,
1374          * kasan_free_pages and kernel_init_free_pages must be
1375          * kept together to avoid discrepancies in behavior.
1376          *
1377          * With hardware tag-based KASAN, memory tags must be set before the
1378          * page becomes unavailable via debug_pagealloc or arch_free_page.
1379          */
1380         if (kasan_has_integrated_init()) {
1381                 if (!skip_kasan_poison)
1382                         kasan_free_pages(page, order);
1383         } else {
1384                 bool init = want_init_on_free();
1385
1386                 if (init)
1387                         kernel_init_free_pages(page, 1 << order, false);
1388                 if (!skip_kasan_poison)
1389                         kasan_poison_pages(page, order, init);
1390         }
1391
1392         /*
1393          * arch_free_page() can make the page's contents inaccessible.  s390
1394          * does this.  So nothing which can access the page's contents should
1395          * happen after this.
1396          */
1397         arch_free_page(page, order);
1398
1399         debug_pagealloc_unmap_pages(page, 1 << order);
1400
1401         return true;
1402 }
1403
1404 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1405 /*
1406  * With DEBUG_VM enabled, order-0 pages are checked immediately when being freed
1407  * to pcp lists. With debug_pagealloc also enabled, they are also rechecked when
1408  * moved from pcp lists to free lists.
1409  */
1410 static bool free_pcp_prepare(struct page *page, unsigned int order)
1411 {
1412         return free_pages_prepare(page, order, true, FPI_NONE);
1413 }
1414
1415 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1416 {
1417         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1418                 return check_free_page(page);
1419         else
1420                 return false;
1421 }
1422 #else
1423 /*
1424  * With DEBUG_VM disabled, order-0 pages being freed are checked only when
1425  * moving from pcp lists to free list in order to reduce overhead. With
1426  * debug_pagealloc enabled, they are checked also immediately when being freed
1427  * to the pcp lists.
1428  */
1429 static bool free_pcp_prepare(struct page *page, unsigned int order)
1430 {
1431         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1432                 return free_pages_prepare(page, order, true, FPI_NONE);
1433         else
1434                 return free_pages_prepare(page, order, false, FPI_NONE);
1435 }
1436
1437 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1438 {
1439         return check_free_page(page);
1440 }
1441 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1442
1443 static inline void prefetch_buddy(struct page *page)
1444 {
1445         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1446         unsigned long buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, 0);
1447         struct page *buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
1448
1449         prefetch(buddy);
1450 }
1451
1452 /*
1453  * Frees a number of pages from the PCP lists
1454  * Assumes all pages on list are in same zone, and of same order.
1455  * count is the number of pages to free.
1456  *
1457  * If the zone was previously in an "all pages pinned" state then look to
1458  * see if this freeing clears that state.
1459  *
1460  * And clear the zone's pages_scanned counter, to hold off the "all pages are
1461  * pinned" detection logic.
1462  */
1463 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
1464                                         struct per_cpu_pages *pcp)
1465 {
1466         int pindex = 0;
1467         int batch_free = 0;
1468         int nr_freed = 0;
1469         unsigned int order;
1470         int prefetch_nr = READ_ONCE(pcp->batch);
1471         bool isolated_pageblocks;
1472         struct page *page, *tmp;
1473         LIST_HEAD(head);
1474
1475         /*
1476          * Ensure proper count is passed which otherwise would stuck in the
1477          * below while (list_empty(list)) loop.
1478          */
1479         count = min(pcp->count, count);
1480         while (count > 0) {
1481                 struct list_head *list;
1482
1483                 /*
1484                  * Remove pages from lists in a round-robin fashion. A
1485                  * batch_free count is maintained that is incremented when an
1486                  * empty list is encountered.  This is so more pages are freed
1487                  * off fuller lists instead of spinning excessively around empty
1488                  * lists
1489                  */
1490                 do {
1491                         batch_free++;
1492                         if (++pindex == NR_PCP_LISTS)
1493                                 pindex = 0;
1494                         list = &pcp->lists[pindex];
1495                 } while (list_empty(list));
1496
1497                 /* This is the only non-empty list. Free them all. */
1498                 if (batch_free == NR_PCP_LISTS)
1499                         batch_free = count;
1500
1501                 order = pindex_to_order(pindex);
1502                 BUILD_BUG_ON(MAX_ORDER >= (1<<NR_PCP_ORDER_WIDTH));
1503                 do {
1504                         page = list_last_entry(list, struct page, lru);
1505                         /* must delete to avoid corrupting pcp list */
1506                         list_del(&page->lru);
1507                         nr_freed += 1 << order;
1508                         count -= 1 << order;
1509
1510                         if (bulkfree_pcp_prepare(page))
1511                                 continue;
1512
1513                         /* Encode order with the migratetype */
1514                         page->index <<= NR_PCP_ORDER_WIDTH;
1515                         page->index |= order;
1516
1517                         list_add_tail(&page->lru, &head);
1518
1519                         /*
1520                          * We are going to put the page back to the global
1521                          * pool, prefetch its buddy to speed up later access
1522                          * under zone->lock. It is believed the overhead of
1523                          * an additional test and calculating buddy_pfn here
1524                          * can be offset by reduced memory latency later. To
1525                          * avoid excessive prefetching due to large count, only
1526                          * prefetch buddy for the first pcp->batch nr of pages.
1527                          */
1528                         if (prefetch_nr) {
1529                                 prefetch_buddy(page);
1530                                 prefetch_nr--;
1531                         }
1532                 } while (count > 0 && --batch_free && !list_empty(list));
1533         }
1534         pcp->count -= nr_freed;
1535
1536         /*
1537          * local_lock_irq held so equivalent to spin_lock_irqsave for
1538          * both PREEMPT_RT and non-PREEMPT_RT configurations.
1539          */
1540         spin_lock(&zone->lock);
1541         isolated_pageblocks = has_isolate_pageblock(zone);
1542
1543         /*
1544          * Use safe version since after __free_one_page(),
1545          * page->lru.next will not point to original list.
1546          */
1547         list_for_each_entry_safe(page, tmp, &head, lru) {
1548                 int mt = get_pcppage_migratetype(page);
1549
1550                 /* mt has been encoded with the order (see above) */
1551                 order = mt & NR_PCP_ORDER_MASK;
1552                 mt >>= NR_PCP_ORDER_WIDTH;
1553
1554                 /* MIGRATE_ISOLATE page should not go to pcplists */
1555                 VM_BUG_ON_PAGE(is_migrate_isolate(mt), page);
1556                 /* Pageblock could have been isolated meanwhile */
1557                 if (unlikely(isolated_pageblocks))
1558                         mt = get_pageblock_migratetype(page);
1559
1560                 __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, order, mt, FPI_NONE);
1561                 trace_mm_page_pcpu_drain(page, order, mt);
1562         }
1563         spin_unlock(&zone->lock);
1564 }
1565
1566 static void free_one_page(struct zone *zone,
1567                                 struct page *page, unsigned long pfn,
1568                                 unsigned int order,
1569                                 int migratetype, fpi_t fpi_flags)
1570 {
1571         unsigned long flags;
1572
1573         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1574         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1575                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1576                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1577         }
1578         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype, fpi_flags);
1579         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1580 }
1581
1582 static void __meminit __init_single_page(struct page *page, unsigned long pfn,
1583                                 unsigned long zone, int nid)
1584 {
1585         mm_zero_struct_page(page);
1586         set_page_links(page, zone, nid, pfn);
1587         init_page_count(page);
1588         page_mapcount_reset(page);
1589         page_cpupid_reset_last(page);
1590         page_kasan_tag_reset(page);
1591
1592         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1593 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
1594         /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
1595         if (!is_highmem_idx(zone))
1596                 set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
1597 #endif
1598 }
1599
1600 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1601 static void __meminit init_reserved_page(unsigned long pfn)
1602 {
1603         pg_data_t *pgdat;
1604         int nid, zid;
1605
1606         if (!early_page_uninitialised(pfn))
1607                 return;
1608
1609         nid = early_pfn_to_nid(pfn);
1610         pgdat = NODE_DATA(nid);
1611
1612         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1613                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zid];
1614
1615                 if (pfn >= zone->zone_start_pfn && pfn < zone_end_pfn(zone))
1616                         break;
1617         }
1618         __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zid, nid);
1619 }
1620 #else
1621 static inline void init_reserved_page(unsigned long pfn)
1622 {
1623 }
1624 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1625
1626 /*
1627  * Initialised pages do not have PageReserved set. This function is
1628  * called for each range allocated by the bootmem allocator and
1629  * marks the pages PageReserved. The remaining valid pages are later
1630  * sent to the buddy page allocator.
1631  */
1632 void __meminit reserve_bootmem_region(phys_addr_t start, phys_addr_t end)
1633 {
1634         unsigned long start_pfn = PFN_DOWN(start);
1635         unsigned long end_pfn = PFN_UP(end);
1636
1637         for (; start_pfn < end_pfn; start_pfn++) {
1638                 if (pfn_valid(start_pfn)) {
1639                         struct page *page = pfn_to_page(start_pfn);
1640
1641                         init_reserved_page(start_pfn);
1642
1643                         /* Avoid false-positive PageTail() */
1644                         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1645
1646                         /*
1647                          * no need for atomic set_bit because the struct
1648                          * page is not visible yet so nobody should
1649                          * access it yet.
1650                          */
1651                         __SetPageReserved(page);
1652                 }
1653         }
1654 }
1655
1656 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order,
1657                             fpi_t fpi_flags)
1658 {
1659         unsigned long flags;
1660         int migratetype;
1661         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1662         struct zone *zone = page_zone(page);
1663
1664         if (!free_pages_prepare(page, order, true, fpi_flags))
1665                 return;
1666
1667         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1668
1669         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1670         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1671                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1672                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1673         }
1674         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype, fpi_flags);
1675         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1676
1677         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1678 }
1679
1680 void __free_pages_core(struct page *page, unsigned int order)
1681 {
1682         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1683         struct page *p = page;
1684         unsigned int loop;
1685
1686         /*
1687          * When initializing the memmap, __init_single_page() sets the refcount
1688          * of all pages to 1 ("allocated"/"not free"). We have to set the
1689          * refcount of all involved pages to 0.
1690          */
1691         prefetchw(p);
1692         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1693                 prefetchw(p + 1);
1694                 __ClearPageReserved(p);
1695                 set_page_count(p, 0);
1696         }
1697         __ClearPageReserved(p);
1698         set_page_count(p, 0);
1699
1700         atomic_long_add(nr_pages, &page_zone(page)->managed_pages);
1701
1702         /*
1703          * Bypass PCP and place fresh pages right to the tail, primarily
1704          * relevant for memory onlining.
1705          */
1706         __free_pages_ok(page, order, FPI_TO_TAIL | FPI_SKIP_KASAN_POISON);
1707 }
1708
1709 #ifdef CONFIG_NUMA
1710
1711 /*
1712  * During memory init memblocks map pfns to nids. The search is expensive and
1713  * this caches recent lookups. The implementation of __early_pfn_to_nid
1714  * treats start/end as pfns.
1715  */
1716 struct mminit_pfnnid_cache {
1717         unsigned long last_start;
1718         unsigned long last_end;
1719         int last_nid;
1720 };
1721
1722 static struct mminit_pfnnid_cache early_pfnnid_cache __meminitdata;
1723
1724 /*
1725  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
1726  */
1727 static int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn,
1728                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1729 {
1730         unsigned long start_pfn, end_pfn;
1731         int nid;
1732
1733         if (state->last_start <= pfn && pfn < state->last_end)
1734                 return state->last_nid;
1735
1736         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
1737         if (nid != NUMA_NO_NODE) {
1738                 state->last_start = start_pfn;
1739                 state->last_end = end_pfn;
1740                 state->last_nid = nid;
1741         }
1742
1743         return nid;
1744 }
1745
1746 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
1747 {
1748         static DEFINE_SPINLOCK(early_pfn_lock);
1749         int nid;
1750
1751         spin_lock(&early_pfn_lock);
1752         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1753         if (nid < 0)
1754                 nid = first_online_node;
1755         spin_unlock(&early_pfn_lock);
1756
1757         return nid;
1758 }
1759 #endif /* CONFIG_NUMA */
1760
1761 void __init memblock_free_pages(struct page *page, unsigned long pfn,
1762                                                         unsigned int order)
1763 {
1764         if (early_page_uninitialised(pfn))
1765                 return;
1766         __free_pages_core(page, order);
1767 }
1768
1769 /*
1770  * Check that the whole (or subset of) a pageblock given by the interval of
1771  * [start_pfn, end_pfn) is valid and within the same zone, before scanning it
1772  * with the migration of free compaction scanner.
1773  *
1774  * Return struct page pointer of start_pfn, or NULL if checks were not passed.
1775  *
1776  * It's possible on some configurations to have a setup like node0 node1 node0
1777  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of pages do not
1778  * belong to a single zone. We assume that a border between node0 and node1
1779  * can occur within a single pageblock, but not a node0 node1 node0
1780  * interleaving within a single pageblock. It is therefore sufficient to check
1781  * the first and last page of a pageblock and avoid checking each individual
1782  * page in a pageblock.
1783  */
1784 struct page *__pageblock_pfn_to_page(unsigned long start_pfn,
1785                                      unsigned long end_pfn, struct zone *zone)
1786 {
1787         struct page *start_page;
1788         struct page *end_page;
1789
1790         /* end_pfn is one past the range we are checking */
1791         end_pfn--;
1792
1793         if (!pfn_valid(start_pfn) || !pfn_valid(end_pfn))
1794                 return NULL;
1795
1796         start_page = pfn_to_online_page(start_pfn);
1797         if (!start_page)
1798                 return NULL;
1799
1800         if (page_zone(start_page) != zone)
1801                 return NULL;
1802
1803         end_page = pfn_to_page(end_pfn);
1804
1805         /* This gives a shorter code than deriving page_zone(end_page) */
1806         if (page_zone_id(start_page) != page_zone_id(end_page))
1807                 return NULL;
1808
1809         return start_page;
1810 }
1811
1812 void set_zone_contiguous(struct zone *zone)
1813 {
1814         unsigned long block_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
1815         unsigned long block_end_pfn;
1816
1817         block_end_pfn = ALIGN(block_start_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
1818         for (; block_start_pfn < zone_end_pfn(zone);
1819                         block_start_pfn = block_end_pfn,
1820                          block_end_pfn += pageblock_nr_pages) {
1821
1822                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, zone_end_pfn(zone));
1823
1824                 if (!__pageblock_pfn_to_page(block_start_pfn,
1825                                              block_end_pfn, zone))
1826                         return;
1827                 cond_resched();
1828         }
1829
1830         /* We confirm that there is no hole */
1831         zone->contiguous = true;
1832 }
1833
1834 void clear_zone_contiguous(struct zone *zone)
1835 {
1836         zone->contiguous = false;
1837 }
1838
1839 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1840 static void __init deferred_free_range(unsigned long pfn,
1841                                        unsigned long nr_pages)
1842 {
1843         struct page *page;
1844         unsigned long i;
1845
1846         if (!nr_pages)
1847                 return;
1848
1849         page = pfn_to_page(pfn);
1850
1851         /* Free a large naturally-aligned chunk if possible */
1852         if (nr_pages == pageblock_nr_pages &&
1853             (pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0) {
1854                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1855                 __free_pages_core(page, pageblock_order);
1856                 return;
1857         }
1858
1859         for (i = 0; i < nr_pages; i++, page++, pfn++) {
1860                 if ((pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0)
1861                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1862                 __free_pages_core(page, 0);
1863         }
1864 }
1865
1866 /* Completion tracking for deferred_init_memmap() threads */
1867 static atomic_t pgdat_init_n_undone __initdata;
1868 static __initdata DECLARE_COMPLETION(pgdat_init_all_done_comp);
1869
1870 static inline void __init pgdat_init_report_one_done(void)
1871 {
1872         if (atomic_dec_and_test(&pgdat_init_n_undone))
1873                 complete(&pgdat_init_all_done_comp);
1874 }
1875
1876 /*
1877  * Returns true if page needs to be initialized or freed to buddy allocator.
1878  *
1879  * First we check if pfn is valid on architectures where it is possible to have
1880  * holes within pageblock_nr_pages. On systems where it is not possible, this
1881  * function is optimized out.
1882  *
1883  * Then, we check if a current large page is valid by only checking the validity
1884  * of the head pfn.
1885  */
1886 static inline bool __init deferred_pfn_valid(unsigned long pfn)
1887 {
1888         if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) && !pfn_valid(pfn))
1889                 return false;
1890         return true;
1891 }
1892
1893 /*
1894  * Free pages to buddy allocator. Try to free aligned pages in
1895  * pageblock_nr_pages sizes.
1896  */
1897 static void __init deferred_free_pages(unsigned long pfn,
1898                                        unsigned long end_pfn)
1899 {
1900         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1901         unsigned long nr_free = 0;
1902
1903         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1904                 if (!deferred_pfn_valid(pfn)) {
1905                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1906                         nr_free = 0;
1907                 } else if (!(pfn & nr_pgmask)) {
1908                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1909                         nr_free = 1;
1910                 } else {
1911                         nr_free++;
1912                 }
1913         }
1914         /* Free the last block of pages to allocator */
1915         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1916 }
1917
1918 /*
1919  * Initialize struct pages.  We minimize pfn page lookups and scheduler checks
1920  * by performing it only once every pageblock_nr_pages.
1921  * Return number of pages initialized.
1922  */
1923 static unsigned long  __init deferred_init_pages(struct zone *zone,
1924                                                  unsigned long pfn,
1925                                                  unsigned long end_pfn)
1926 {
1927         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1928         int nid = zone_to_nid(zone);
1929         unsigned long nr_pages = 0;
1930         int zid = zone_idx(zone);
1931         struct page *page = NULL;
1932
1933         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1934                 if (!deferred_pfn_valid(pfn)) {
1935                         page = NULL;
1936                         continue;
1937                 } else if (!page || !(pfn & nr_pgmask)) {
1938                         page = pfn_to_page(pfn);
1939                 } else {
1940                         page++;
1941                 }
1942                 __init_single_page(page, pfn, zid, nid);
1943                 nr_pages++;
1944         }
1945         return (nr_pages);
1946 }
1947
1948 /*
1949  * This function is meant to pre-load the iterator for the zone init.
1950  * Specifically it walks through the ranges until we are caught up to the
1951  * first_init_pfn value and exits there. If we never encounter the value we
1952  * return false indicating there are no valid ranges left.
1953  */
1954 static bool __init
1955 deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(u64 *i, struct zone *zone,
1956                                     unsigned long *spfn, unsigned long *epfn,
1957                                     unsigned long first_init_pfn)
1958 {
1959         u64 j;
1960
1961         /*
1962          * Start out by walking through the ranges in this zone that have
1963          * already been initialized. We don't need to do anything with them
1964          * so we just need to flush them out of the system.
1965          */
1966         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone(j, zone, spfn, epfn) {
1967                 if (*epfn <= first_init_pfn)
1968                         continue;
1969                 if (*spfn < first_init_pfn)
1970                         *spfn = first_init_pfn;
1971                 *i = j;
1972                 return true;
1973         }
1974
1975         return false;
1976 }
1977
1978 /*
1979  * Initialize and free pages. We do it in two loops: first we initialize
1980  * struct page, then free to buddy allocator, because while we are
1981  * freeing pages we can access pages that are ahead (computing buddy
1982  * page in __free_one_page()).
1983  *
1984  * In order to try and keep some memory in the cache we have the loop
1985  * broken along max page order boundaries. This way we will not cause
1986  * any issues with the buddy page computation.
1987  */
1988 static unsigned long __init
1989 deferred_init_maxorder(u64 *i, struct zone *zone, unsigned long *start_pfn,
1990                        unsigned long *end_pfn)
1991 {
1992         unsigned long mo_pfn = ALIGN(*start_pfn + 1, MAX_ORDER_NR_PAGES);
1993         unsigned long spfn = *start_pfn, epfn = *end_pfn;
1994         unsigned long nr_pages = 0;
1995         u64 j = *i;
1996
1997         /* First we loop through and initialize the page values */
1998         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone_from(j, zone, start_pfn, end_pfn) {
1999                 unsigned long t;
2000
2001                 if (mo_pfn <= *start_pfn)
2002                         break;
2003
2004                 t = min(mo_pfn, *end_pfn);
2005                 nr_pages += deferred_init_pages(zone, *start_pfn, t);
2006
2007                 if (mo_pfn < *end_pfn) {
2008                         *start_pfn = mo_pfn;
2009                         break;
2010                 }
2011         }
2012
2013         /* Reset values and now loop through freeing pages as needed */
2014         swap(j, *i);
2015
2016         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone_from(j, zone, &spfn, &epfn) {
2017                 unsigned long t;
2018
2019                 if (mo_pfn <= spfn)
2020                         break;
2021
2022                 t = min(mo_pfn, epfn);
2023                 deferred_free_pages(spfn, t);
2024
2025                 if (mo_pfn <= epfn)
2026                         break;
2027         }
2028
2029         return nr_pages;
2030 }
2031
2032 static void __init
2033 deferred_init_memmap_chunk(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn,
2034                            void *arg)
2035 {
2036         unsigned long spfn, epfn;
2037         struct zone *zone = arg;
2038         u64 i;
2039
2040         deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn, start_pfn);
2041
2042         /*
2043          * Initialize and free pages in MAX_ORDER sized increments so that we
2044          * can avoid introducing any issues with the buddy allocator.
2045          */
2046         while (spfn < end_pfn) {
2047                 deferred_init_maxorder(&i, zone, &spfn, &epfn);
2048                 cond_resched();
2049         }
2050 }
2051
2052 /* An arch may override for more concurrency. */
2053 __weak int __init
2054 deferred_page_init_max_threads(const struct cpumask *node_cpumask)
2055 {
2056         return 1;
2057 }
2058
2059 /* Initialise remaining memory on a node */
2060 static int __init deferred_init_memmap(void *data)
2061 {
2062         pg_data_t *pgdat = data;
2063         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
2064         unsigned long spfn = 0, epfn = 0;
2065         unsigned long first_init_pfn, flags;
2066         unsigned long start = jiffies;
2067         struct zone *zone;
2068         int zid, max_threads;
2069         u64 i;
2070
2071         /* Bind memory initialisation thread to a local node if possible */
2072         if (!cpumask_empty(cpumask))
2073                 set_cpus_allowed_ptr(current, cpumask);
2074
2075         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
2076         first_init_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
2077         if (first_init_pfn == ULONG_MAX) {
2078                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2079                 pgdat_init_report_one_done();
2080                 return 0;
2081         }
2082
2083         /* Sanity check boundaries */
2084         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn < pgdat->node_start_pfn);
2085         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn > pgdat_end_pfn(pgdat));
2086         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
2087
2088         /*
2089          * Once we unlock here, the zone cannot be grown anymore, thus if an
2090          * interrupt thread must allocate this early in boot, zone must be
2091          * pre-grown prior to start of deferred page initialization.
2092          */
2093         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2094
2095         /* Only the highest zone is deferred so find it */
2096         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
2097                 zone = pgdat->node_zones + zid;
2098                 if (first_init_pfn < zone_end_pfn(zone))
2099                         break;
2100         }
2101
2102         /* If the zone is empty somebody else may have cleared out the zone */
2103         if (!deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
2104                                                  first_init_pfn))
2105                 goto zone_empty;
2106
2107         max_threads = deferred_page_init_max_threads(cpumask);
2108
2109         while (spfn < epfn) {
2110                 unsigned long epfn_align = ALIGN(epfn, PAGES_PER_SECTION);
2111                 struct padata_mt_job job = {
2112                         .thread_fn   = deferred_init_memmap_chunk,
2113                         .fn_arg      = zone,
2114                         .start       = spfn,
2115                         .size        = epfn_align - spfn,
2116                         .align       = PAGES_PER_SECTION,
2117                         .min_chunk   = PAGES_PER_SECTION,
2118                         .max_threads = max_threads,
2119                 };
2120
2121                 padata_do_multithreaded(&job);
2122                 deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
2123                                                     epfn_align);
2124         }
2125 zone_empty:
2126         /* Sanity check that the next zone really is unpopulated */
2127         WARN_ON(++zid < MAX_NR_ZONES && populated_zone(++zone));
2128
2129         pr_info("node %d deferred pages initialised in %ums\n",
2130                 pgdat->node_id, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
2131
2132         pgdat_init_report_one_done();
2133         return 0;
2134 }
2135
2136 /*
2137  * If this zone has deferred pages, try to grow it by initializing enough
2138  * deferred pages to satisfy the allocation specified by order, rounded up to
2139  * the nearest PAGES_PER_SECTION boundary.  So we're adding memory in increments
2140  * of SECTION_SIZE bytes by initializing struct pages in increments of
2141  * PAGES_PER_SECTION * sizeof(struct page) bytes.
2142  *
2143  * Return true when zone was grown, otherwise return false. We return true even
2144  * when we grow less than requested, to let the caller decide if there are
2145  * enough pages to satisfy the allocation.
2146  *
2147  * Note: We use noinline because this function is needed only during boot, and
2148  * it is called from a __ref function _deferred_grow_zone. This way we are
2149  * making sure that it is not inlined into permanent text section.
2150  */
2151 static noinline bool __init
2152 deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
2153 {
2154         unsigned long nr_pages_needed = ALIGN(1 << order, PAGES_PER_SECTION);
2155         pg_data_t *pgdat = zone->zone_pgdat;
2156         unsigned long first_deferred_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
2157         unsigned long spfn, epfn, flags;
2158         unsigned long nr_pages = 0;
2159         u64 i;
2160
2161         /* Only the last zone may have deferred pages */
2162         if (zone_end_pfn(zone) != pgdat_end_pfn(pgdat))
2163                 return false;
2164
2165         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
2166
2167         /*
2168          * If someone grew this zone while we were waiting for spinlock, return
2169          * true, as there might be enough pages already.
2170          */
2171         if (first_deferred_pfn != pgdat->first_deferred_pfn) {
2172                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2173                 return true;
2174         }
2175
2176         /* If the zone is empty somebody else may have cleared out the zone */
2177         if (!deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
2178                                                  first_deferred_pfn)) {
2179                 pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
2180                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2181                 /* Retry only once. */
2182                 return first_deferred_pfn != ULONG_MAX;
2183         }
2184
2185         /*
2186          * Initialize and free pages in MAX_ORDER sized increments so
2187          * that we can avoid introducing any issues with the buddy
2188          * allocator.
2189          */
2190         while (spfn < epfn) {
2191                 /* update our first deferred PFN for this section */
2192                 first_deferred_pfn = spfn;
2193
2194                 nr_pages += deferred_init_maxorder(&i, zone, &spfn, &epfn);
2195                 touch_nmi_watchdog();
2196
2197                 /* We should only stop along section boundaries */
2198                 if ((first_deferred_pfn ^ spfn) < PAGES_PER_SECTION)
2199                         continue;
2200
2201                 /* If our quota has been met we can stop here */
2202                 if (nr_pages >= nr_pages_needed)
2203                         break;
2204         }
2205
2206         pgdat->first_deferred_pfn = spfn;
2207         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2208
2209         return nr_pages > 0;
2210 }
2211
2212 /*
2213  * deferred_grow_zone() is __init, but it is called from
2214  * get_page_from_freelist() during early boot until deferred_pages permanently
2215  * disables this call. This is why we have refdata wrapper to avoid warning,
2216  * and to ensure that the function body gets unloaded.
2217  */
2218 static bool __ref
2219 _deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
2220 {
2221         return deferred_grow_zone(zone, order);
2222 }
2223
2224 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
2225
2226 void __init page_alloc_init_late(void)
2227 {
2228         struct zone *zone;
2229         int nid;
2230
2231 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
2232
2233         /* There will be num_node_state(N_MEMORY) threads */
2234         atomic_set(&pgdat_init_n_undone, num_node_state(N_MEMORY));
2235         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
2236                 kthread_run(deferred_init_memmap, NODE_DATA(nid), "pgdatinit%d", nid);
2237         }
2238
2239         /* Block until all are initialised */
2240         wait_for_completion(&pgdat_init_all_done_comp);
2241
2242         /*
2243          * We initialized the rest of the deferred pages.  Permanently disable
2244          * on-demand struct page initialization.
2245          */
2246         static_branch_disable(&deferred_pages);
2247
2248         /* Reinit limits that are based on free pages after the kernel is up */
2249         files_maxfiles_init();
2250 #endif
2251
2252         buffer_init();
2253
2254         /* Discard memblock private memory */
2255         memblock_discard();
2256
2257         for_each_node_state(nid, N_MEMORY)
2258                 shuffle_free_memory(NODE_DATA(nid));
2259
2260         for_each_populated_zone(zone)
2261                 set_zone_contiguous(zone);
2262 }
2263
2264 #ifdef CONFIG_CMA
2265 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
2266 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
2267 {
2268         unsigned i = pageblock_nr_pages;
2269         struct page *p = page;
2270
2271         do {
2272                 __ClearPageReserved(p);
2273                 set_page_count(p, 0);
2274         } while (++p, --i);
2275
2276         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
2277
2278         if (pageblock_order >= MAX_ORDER) {
2279                 i = pageblock_nr_pages;
2280                 p = page;
2281                 do {
2282                         set_page_refcounted(p);
2283                         __free_pages(p, MAX_ORDER - 1);
2284                         p += MAX_ORDER_NR_PAGES;
2285                 } while (i -= MAX_ORDER_NR_PAGES);
2286         } else {
2287                 set_page_refcounted(page);
2288                 __free_pages(page, pageblock_order);
2289         }
2290
2291         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
2292         page_zone(page)->cma_pages += pageblock_nr_pages;
2293 }
2294 #endif
2295
2296 /*
2297  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
2298  * Please do not alter this order without good reasons and regression
2299  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
2300  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
2301  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
2302  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
2303  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
2304  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
2305  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
2306  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
2307  *
2308  * -- nyc
2309  */
2310 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
2311         int low, int high, int migratetype)
2312 {
2313         unsigned long size = 1 << high;
2314
2315         while (high > low) {
2316                 high--;
2317                 size >>= 1;
2318                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
2319
2320                 /*
2321                  * Mark as guard pages (or page), that will allow to
2322                  * merge back to allocator when buddy will be freed.
2323                  * Corresponding page table entries will not be touched,
2324                  * pages will stay not present in virtual address space
2325                  */
2326                 if (set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype))
2327                         continue;
2328
2329                 add_to_free_list(&page[size], zone, high, migratetype);
2330                 set_buddy_order(&page[size], high);
2331         }
2332 }
2333
2334 static void check_new_page_bad(struct page *page)
2335 {
2336         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
2337                 /* Don't complain about hwpoisoned pages */
2338                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
2339                 return;
2340         }
2341
2342         bad_page(page,
2343                  page_bad_reason(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP));
2344 }
2345
2346 /*
2347  * This page is about to be returned from the page allocator
2348  */
2349 static inline int check_new_page(struct page *page)
2350 {
2351         if (likely(page_expected_state(page,
2352                                 PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP|__PG_HWPOISON)))
2353                 return 0;
2354
2355         check_new_page_bad(page);
2356         return 1;
2357 }
2358
2359 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
2360 /*
2361  * With DEBUG_VM enabled, order-0 pages are checked for expected state when
2362  * being allocated from pcp lists. With debug_pagealloc also enabled, they are
2363  * also checked when pcp lists are refilled from the free lists.
2364  */
2365 static inline bool check_pcp_refill(struct page *page)
2366 {
2367         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2368                 return check_new_page(page);
2369         else
2370                 return false;
2371 }
2372
2373 static inline bool check_new_pcp(struct page *page)
2374 {
2375         return check_new_page(page);
2376 }
2377 #else
2378 /*
2379  * With DEBUG_VM disabled, free order-0 pages are checked for expected state
2380  * when pcp lists are being refilled from the free lists. With debug_pagealloc
2381  * enabled, they are also checked when being allocated from the pcp lists.
2382  */
2383 static inline bool check_pcp_refill(struct page *page)
2384 {
2385         return check_new_page(page);
2386 }
2387 static inline bool check_new_pcp(struct page *page)
2388 {
2389         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2390                 return check_new_page(page);
2391         else
2392                 return false;
2393 }
2394 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
2395
2396 static bool check_new_pages(struct page *page, unsigned int order)
2397 {
2398         int i;
2399         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
2400                 struct page *p = page + i;
2401
2402                 if (unlikely(check_new_page(p)))
2403                         return true;
2404         }
2405
2406         return false;
2407 }
2408
2409 inline void post_alloc_hook(struct page *page, unsigned int order,
2410                                 gfp_t gfp_flags)
2411 {
2412         set_page_private(page, 0);
2413         set_page_refcounted(page);
2414
2415         arch_alloc_page(page, order);
2416         debug_pagealloc_map_pages(page, 1 << order);
2417
2418         /*
2419          * Page unpoisoning must happen before memory initialization.
2420          * Otherwise, the poison pattern will be overwritten for __GFP_ZERO
2421          * allocations and the page unpoisoning code will complain.
2422          */
2423         kernel_unpoison_pages(page, 1 << order);
2424
2425         /*
2426          * As memory initialization might be integrated into KASAN,
2427          * kasan_alloc_pages and kernel_init_free_pages must be
2428          * kept together to avoid discrepancies in behavior.
2429          */
2430         if (kasan_has_integrated_init()) {
2431                 kasan_alloc_pages(page, order, gfp_flags);
2432         } else {
2433                 bool init = !want_init_on_free() && want_init_on_alloc(gfp_flags);
2434
2435                 kasan_unpoison_pages(page, order, init);
2436                 if (init)
2437                         kernel_init_free_pages(page, 1 << order,
2438                                                gfp_flags & __GFP_ZEROTAGS);
2439         }
2440
2441         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
2442 }
2443
2444 static void prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
2445                                                         unsigned int alloc_flags)
2446 {
2447         post_alloc_hook(page, order, gfp_flags);
2448
2449         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
2450                 prep_compound_page(page, order);
2451
2452         /*
2453          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
2454          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
2455          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
2456          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
2457          */
2458         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
2459                 set_page_pfmemalloc(page);
2460         else
2461                 clear_page_pfmemalloc(page);
2462 }
2463
2464 /*
2465  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
2466  * the smallest available page from the freelists
2467  */
2468 static __always_inline
2469 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
2470                                                 int migratetype)
2471 {
2472         unsigned int current_order;
2473         struct free_area *area;
2474         struct page *page;
2475
2476         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
2477         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
2478                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2479                 page = get_page_from_free_area(area, migratetype);
2480                 if (!page)
2481                         continue;
2482                 del_page_from_free_list(page, zone, current_order);
2483                 expand(zone, page, order, current_order, migratetype);
2484                 set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2485                 return page;
2486         }
2487
2488         return NULL;
2489 }
2490
2491
2492 /*
2493  * This array describes the order lists are fallen back to when
2494  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
2495  */
2496 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][3] = {
2497         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2498         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_TYPES },
2499         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2500 #ifdef CONFIG_CMA
2501         [MIGRATE_CMA]         = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
2502 #endif
2503 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
2504         [MIGRATE_ISOLATE]     = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
2505 #endif
2506 };
2507
2508 #ifdef CONFIG_CMA
2509 static __always_inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2510                                         unsigned int order)
2511 {
2512         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
2513 }
2514 #else
2515 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2516                                         unsigned int order) { return NULL; }
2517 #endif
2518
2519 /*
2520  * Move the free pages in a range to the freelist tail of the requested type.
2521  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
2522  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
2523  */
2524 static int move_freepages(struct zone *zone,
2525                           unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn,
2526                           int migratetype, int *num_movable)
2527 {
2528         struct page *page;
2529         unsigned long pfn;
2530         unsigned int order;
2531         int pages_moved = 0;
2532
2533         for (pfn = start_pfn; pfn <= end_pfn;) {
2534                 page = pfn_to_page(pfn);
2535                 if (!PageBuddy(page)) {
2536                         /*
2537                          * We assume that pages that could be isolated for
2538                          * migration are movable. But we don't actually try
2539                          * isolating, as that would be expensive.
2540                          */
2541                         if (num_movable &&
2542                                         (PageLRU(page) || __PageMovable(page)))
2543                                 (*num_movable)++;
2544                         pfn++;
2545                         continue;
2546                 }
2547
2548                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
2549                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
2550                 VM_BUG_ON_PAGE(page_zone(page) != zone, page);
2551
2552                 order = buddy_order(page);
2553                 move_to_free_list(page, zone, order, migratetype);
2554                 pfn += 1 << order;
2555                 pages_moved += 1 << order;
2556         }
2557
2558         return pages_moved;
2559 }
2560
2561 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
2562                                 int migratetype, int *num_movable)
2563 {
2564         unsigned long start_pfn, end_pfn, pfn;
2565
2566         if (num_movable)
2567                 *num_movable = 0;
2568
2569         pfn = page_to_pfn(page);
2570         start_pfn = pfn & ~(pageblock_nr_pages - 1);
2571         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
2572
2573         /* Do not cross zone boundaries */
2574         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
2575                 start_pfn = pfn;
2576         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
2577                 return 0;
2578
2579         return move_freepages(zone, start_pfn, end_pfn, migratetype,
2580                                                                 num_movable);
2581 }
2582
2583 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
2584                                         int start_order, int migratetype)
2585 {
2586         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
2587
2588         while (nr_pageblocks--) {
2589                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
2590                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
2591         }
2592 }
2593
2594 /*
2595  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
2596  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
2597  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
2598  *
2599  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
2600  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
2601  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
2602  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
2603  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
2604  * pageblocks.
2605  */
2606 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
2607 {
2608         /*
2609          * Leaving this order check is intended, although there is
2610          * relaxed order check in next check. The reason is that
2611          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
2612          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
2613          * so could be changed anytime.
2614          */
2615         if (order >= pageblock_order)
2616                 return true;
2617
2618         if (order >= pageblock_order / 2 ||
2619                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
2620                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
2621                 page_group_by_mobility_disabled)
2622                 return true;
2623
2624         return false;
2625 }
2626
2627 static inline bool boost_watermark(struct zone *zone)
2628 {
2629         unsigned long max_boost;
2630
2631         if (!watermark_boost_factor)
2632                 return false;
2633         /*
2634          * Don't bother in zones that are unlikely to produce results.
2635          * On small machines, including kdump capture kernels running
2636          * in a small area, boosting the watermark can cause an out of
2637          * memory situation immediately.
2638          */
2639         if ((pageblock_nr_pages * 4) > zone_managed_pages(zone))
2640                 return false;
2641
2642         max_boost = mult_frac(zone->_watermark[WMARK_HIGH],
2643                         watermark_boost_factor, 10000);
2644
2645         /*
2646          * high watermark may be uninitialised if fragmentation occurs
2647          * very early in boot so do not boost. We do not fall
2648          * through and boost by pageblock_nr_pages as failing
2649          * allocations that early means that reclaim is not going
2650          * to help and it may even be impossible to reclaim the
2651          * boosted watermark resulting in a hang.
2652          */
2653         if (!max_boost)
2654                 return false;
2655
2656         max_boost = max(pageblock_nr_pages, max_boost);
2657
2658         zone->watermark_boost = min(zone->watermark_boost + pageblock_nr_pages,
2659                 max_boost);
2660
2661         return true;
2662 }
2663
2664 /*
2665  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
2666  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
2667  * pageblock to our migratetype and determine how many already-allocated pages
2668  * are there in the pageblock with a compatible migratetype. If at least half
2669  * of pages are free or compatible, we can change migratetype of the pageblock
2670  * itself, so pages freed in the future will be put on the correct free list.
2671  */
2672 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
2673                 unsigned int alloc_flags, int start_type, bool whole_block)
2674 {
2675         unsigned int current_order = buddy_order(page);
2676         int free_pages, movable_pages, alike_pages;
2677         int old_block_type;
2678
2679         old_block_type = get_pageblock_migratetype(page);
2680
2681         /*
2682          * This can happen due to races and we want to prevent broken
2683          * highatomic accounting.
2684          */
2685         if (is_migrate_highatomic(old_block_type))
2686                 goto single_page;
2687
2688         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
2689         if (current_order >= pageblock_order) {
2690                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
2691                 goto single_page;
2692         }
2693
2694         /*
2695          * Boost watermarks to increase reclaim pressure to reduce the
2696          * likelihood of future fallbacks. Wake kswapd now as the node
2697          * may be balanced overall and kswapd will not wake naturally.
2698          */
2699         if (boost_watermark(zone) && (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD))
2700                 set_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
2701
2702         /* We are not allowed to try stealing from the whole block */
2703         if (!whole_block)
2704                 goto single_page;
2705
2706         free_pages = move_freepages_block(zone, page, start_type,
2707                                                 &movable_pages);
2708         /*
2709          * Determine how many pages are compatible with our allocation.
2710          * For movable allocation, it's the number of movable pages which
2711          * we just obtained. For other types it's a bit more tricky.
2712          */
2713         if (start_type == MIGRATE_MOVABLE) {
2714                 alike_pages = movable_pages;
2715         } else {
2716                 /*
2717                  * If we are falling back a RECLAIMABLE or UNMOVABLE allocation
2718                  * to MOVABLE pageblock, consider all non-movable pages as
2719                  * compatible. If it's UNMOVABLE falling back to RECLAIMABLE or
2720                  * vice versa, be conservative since we can't distinguish the
2721                  * exact migratetype of non-movable pages.
2722                  */
2723                 if (old_block_type == MIGRATE_MOVABLE)
2724                         alike_pages = pageblock_nr_pages
2725                                                 - (free_pages + movable_pages);
2726                 else
2727                         alike_pages = 0;
2728         }
2729
2730         /* moving whole block can fail due to zone boundary conditions */
2731         if (!free_pages)
2732                 goto single_page;
2733
2734         /*
2735          * If a sufficient number of pages in the block are either free or of
2736          * comparable migratability as our allocation, claim the whole block.
2737          */
2738         if (free_pages + alike_pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
2739                         page_group_by_mobility_disabled)
2740                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
2741
2742         return;
2743
2744 single_page:
2745         move_to_free_list(page, zone, current_order, start_type);
2746 }
2747
2748 /*
2749  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
2750  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
2751  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
2752  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
2753  */
2754 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
2755                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
2756 {
2757         int i;
2758         int fallback_mt;
2759
2760         if (area->nr_free == 0)
2761                 return -1;
2762
2763         *can_steal = false;
2764         for (i = 0;; i++) {
2765                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
2766                 if (fallback_mt == MIGRATE_TYPES)
2767                         break;
2768
2769                 if (free_area_empty(area, fallback_mt))
2770                         continue;
2771
2772                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
2773                         *can_steal = true;
2774
2775                 if (!only_stealable)
2776                         return fallback_mt;
2777
2778                 if (*can_steal)
2779                         return fallback_mt;
2780         }
2781
2782         return -1;
2783 }
2784
2785 /*
2786  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
2787  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
2788  */
2789 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone,
2790                                 unsigned int alloc_order)
2791 {
2792         int mt;
2793         unsigned long max_managed, flags;
2794
2795         /*
2796          * Limit the number reserved to 1 pageblock or roughly 1% of a zone.
2797          * Check is race-prone but harmless.
2798          */
2799         max_managed = (zone_managed_pages(zone) / 100) + pageblock_nr_pages;
2800         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2801                 return;
2802
2803         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2804
2805         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
2806         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2807                 goto out_unlock;
2808
2809         /* Yoink! */
2810         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2811         if (!is_migrate_highatomic(mt) && !is_migrate_isolate(mt)
2812             && !is_migrate_cma(mt)) {
2813                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
2814                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2815                 move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_HIGHATOMIC, NULL);
2816         }
2817
2818 out_unlock:
2819         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2820 }
2821
2822 /*
2823  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
2824  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
2825  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
2826  * to recover from than an OOM.
2827  *
2828  * If @force is true, try to unreserve a pageblock even though highatomic
2829  * pageblock is exhausted.
2830  */
2831 static bool unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac,
2832                                                 bool force)
2833 {
2834         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2835         unsigned long flags;
2836         struct zoneref *z;
2837         struct zone *zone;
2838         struct page *page;
2839         int order;
2840         bool ret;
2841
2842         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->highest_zoneidx,
2843                                                                 ac->nodemask) {
2844                 /*
2845                  * Preserve at least one pageblock unless memory pressure
2846                  * is really high.
2847                  */
2848                 if (!force && zone->nr_reserved_highatomic <=
2849                                         pageblock_nr_pages)
2850                         continue;
2851
2852                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2853                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
2854                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
2855
2856                         page = get_page_from_free_area(area, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2857                         if (!page)
2858                                 continue;
2859
2860                         /*
2861                          * In page freeing path, migratetype change is racy so
2862                          * we can counter several free pages in a pageblock
2863                          * in this loop although we changed the pageblock type
2864                          * from highatomic to ac->migratetype. So we should
2865                          * adjust the count once.
2866                          */
2867                         if (is_migrate_highatomic_page(page)) {
2868                                 /*
2869                                  * It should never happen but changes to
2870                                  * locking could inadvertently allow a per-cpu
2871                                  * drain to add pages to MIGRATE_HIGHATOMIC
2872                                  * while unreserving so be safe and watch for
2873                                  * underflows.
2874                                  */
2875                                 zone->nr_reserved_highatomic -= min(
2876                                                 pageblock_nr_pages,
2877                                                 zone->nr_reserved_highatomic);
2878                         }
2879
2880                         /*
2881                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
2882                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
2883                          * is doing the work and needs the pages. More
2884                          * importantly, if the block was always converted to
2885                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
2886                          * of pageblocks that cannot be completely freed
2887                          * may increase.
2888                          */
2889                         set_pageblock_migratetype(page, ac->migratetype);
2890                         ret = move_freepages_block(zone, page, ac->migratetype,
2891                                                                         NULL);
2892                         if (ret) {
2893                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2894                                 return ret;
2895                         }
2896                 }
2897                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2898         }
2899
2900         return false;
2901 }
2902
2903 /*
2904  * Try finding a free buddy page on the fallback list and put it on the free
2905  * list of requested migratetype, possibly along with other pages from the same
2906  * block, depending on fragmentation avoidance heuristics. Returns true if
2907  * fallback was found so that __rmqueue_smallest() can grab it.
2908  *
2909  * The use of signed ints for order and current_order is a deliberate
2910  * deviation from the rest of this file, to make the for loop
2911  * condition simpler.
2912  */
2913 static __always_inline bool
2914 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, int order, int start_migratetype,
2915                                                 unsigned int alloc_flags)
2916 {
2917         struct free_area *area;
2918         int current_order;
2919         int min_order = order;
2920         struct page *page;
2921         int fallback_mt;
2922         bool can_steal;
2923
2924         /*
2925          * Do not steal pages from freelists belonging to other pageblocks
2926          * i.e. orders < pageblock_order. If there are no local zones free,
2927          * the zonelists will be reiterated without ALLOC_NOFRAGMENT.
2928          */
2929         if (alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT)
2930                 min_order = pageblock_order;
2931
2932         /*
2933          * Find the largest available free page in the other list. This roughly
2934          * approximates finding the pageblock with the most free pages, which
2935          * would be too costly to do exactly.
2936          */
2937         for (current_order = MAX_ORDER - 1; current_order >= min_order;
2938                                 --current_order) {
2939                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2940                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2941                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2942                 if (fallback_mt == -1)
2943                         continue;
2944
2945                 /*
2946                  * We cannot steal all free pages from the pageblock and the
2947                  * requested migratetype is movable. In that case it's better to
2948                  * steal and split the smallest available page instead of the
2949                  * largest available page, because even if the next movable
2950                  * allocation falls back into a different pageblock than this
2951                  * one, it won't cause permanent fragmentation.
2952                  */
2953                 if (!can_steal && start_migratetype == MIGRATE_MOVABLE
2954                                         && current_order > order)
2955                         goto find_smallest;
2956
2957                 goto do_steal;
2958         }
2959
2960         return false;
2961
2962 find_smallest:
2963         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER;
2964                                                         current_order++) {
2965                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2966                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2967                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2968                 if (fallback_mt != -1)
2969                         break;
2970         }
2971
2972         /*
2973          * This should not happen - we already found a suitable fallback
2974          * when looking for the largest page.
2975          */
2976         VM_BUG_ON(current_order == MAX_ORDER);
2977
2978 do_steal:
2979         page = get_page_from_free_area(area, fallback_mt);
2980
2981         steal_suitable_fallback(zone, page, alloc_flags, start_migratetype,
2982                                                                 can_steal);
2983
2984         trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
2985                 start_migratetype, fallback_mt);
2986
2987         return true;
2988
2989 }
2990
2991 /*
2992  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
2993  * Call me with the zone->lock already held.
2994  */
2995 static __always_inline struct page *
2996 __rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order, int migratetype,
2997                                                 unsigned int alloc_flags)
2998 {
2999         struct page *page;
3000
3001         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA)) {
3002                 /*
3003                  * Balance movable allocations between regular and CMA areas by
3004                  * allocating from CMA when over more than a given proportion of
3005                  * the zone's free memory is in the CMA area.
3006                  */
3007                 if (alloc_flags & ALLOC_CMA &&
3008                     zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES) >
3009                     zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES) / ALLOC_IN_CMA_THRESHOLD_MAX
3010                     * _alloc_in_cma_threshold) {
3011                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
3012                         if (page)
3013                                 goto out;
3014                 }
3015         }
3016 retry:
3017         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
3018         if (unlikely(!page)) {
3019                 if (alloc_flags & ALLOC_CMA)
3020                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
3021
3022                 if (!page && __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype,
3023                                                                 alloc_flags))
3024                         goto retry;
3025         }
3026 out:
3027         if (page)
3028                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
3029         return page;
3030 }
3031
3032 /*
3033  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
3034  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
3035  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
3036  */
3037 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
3038                         unsigned long count, struct list_head *list,
3039                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
3040 {
3041         int i, allocated = 0;
3042
3043         /*
3044          * local_lock_irq held so equivalent to spin_lock_irqsave for
3045          * both PREEMPT_RT and non-PREEMPT_RT configurations.
3046          */
3047         spin_lock(&zone->lock);
3048         for (i = 0; i < count; ++i) {
3049                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype,
3050                                                                 alloc_flags);
3051                 if (unlikely(page == NULL))
3052                         break;
3053
3054                 if (unlikely(check_pcp_refill(page)))
3055                         continue;
3056
3057                 /*
3058                  * Split buddy pages returned by expand() are received here in
3059                  * physical page order. The page is added to the tail of
3060                  * caller's list. From the callers perspective, the linked list
3061                  * is ordered by page number under some conditions. This is
3062                  * useful for IO devices that can forward direction from the
3063                  * head, thus also in the physical page order. This is useful
3064                  * for IO devices that can merge IO requests if the physical
3065                  * pages are ordered properly.
3066                  */
3067                 list_add_tail(&page->lru, list);
3068                 allocated++;
3069                 if (is_migrate_cma(get_pcppage_migratetype(page)))
3070                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
3071                                               -(1 << order));
3072         }
3073
3074         /*
3075          * i pages were removed from the buddy list even if some leak due
3076          * to check_pcp_refill failing so adjust NR_FREE_PAGES based
3077          * on i. Do not confuse with 'allocated' which is the number of
3078          * pages added to the pcp list.
3079          */
3080         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
3081         spin_unlock(&zone->lock);
3082         return allocated;
3083 }
3084
3085 #ifdef CONFIG_NUMA
3086 /*
3087  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
3088  * currently executing processor on remote nodes after they have
3089  * expired.
3090  *
3091  * Note that this function must be called with the thread pinned to
3092  * a single processor.
3093  */
3094 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
3095 {
3096         unsigned long flags;
3097         int to_drain, batch;
3098
3099         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3100         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
3101         to_drain = min(pcp->count, batch);
3102         if (to_drain > 0)
3103                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp);
3104         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3105 }
3106 #endif
3107
3108 /*
3109  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
3110  *
3111  * The processor must either be the current processor and the
3112  * thread pinned to the current processor or a processor that
3113  * is not online.
3114  */
3115 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
3116 {
3117         unsigned long flags;
3118         struct per_cpu_pages *pcp;
3119
3120         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3121
3122         pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
3123         if (pcp->count)
3124                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp);
3125
3126         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3127 }
3128
3129 /*
3130  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
3131  *
3132  * The processor must either be the current processor and the
3133  * thread pinned to the current processor or a processor that
3134  * is not online.
3135  */
3136 static void drain_pages(unsigned int cpu)
3137 {
3138         struct zone *zone;
3139
3140         for_each_populated_zone(zone) {
3141                 drain_pages_zone(cpu, zone);
3142         }
3143 }
3144
3145 /*
3146  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
3147  *
3148  * The CPU has to be pinned. When zone parameter is non-NULL, spill just
3149  * the single zone's pages.
3150  */
3151 void drain_local_pages(struct zone *zone)
3152 {
3153         int cpu = smp_processor_id();
3154
3155         if (zone)
3156                 drain_pages_zone(cpu, zone);
3157         else
3158                 drain_pages(cpu);
3159 }
3160
3161 static void drain_local_pages_wq(struct work_struct *work)
3162 {
3163         struct pcpu_drain *drain;
3164
3165         drain = container_of(work, struct pcpu_drain, work);
3166
3167         /*
3168          * drain_all_pages doesn't use proper cpu hotplug protection so
3169          * we can race with cpu offline when the WQ can move this from
3170          * a cpu pinned worker to an unbound one. We can operate on a different
3171          * cpu which is alright but we also have to make sure to not move to
3172          * a different one.
3173          */
3174         migrate_disable();
3175         drain_local_pages(drain->zone);
3176         migrate_enable();
3177 }
3178
3179 /*
3180  * The implementation of drain_all_pages(), exposing an extra parameter to
3181  * drain on all cpus.
3182  *
3183  * drain_all_pages() is optimized to only execute on cpus where pcplists are
3184  * not empty. The check for non-emptiness can however race with a free to
3185  * pcplist that has not yet increased the pcp->count from 0 to 1. Callers
3186  * that need the guarantee that every CPU has drained can disable the
3187  * optimizing racy check.
3188  */
3189 static void __drain_all_pages(struct zone *zone, bool force_all_cpus)
3190 {
3191         int cpu;
3192
3193         /*
3194          * Allocate in the BSS so we won't require allocation in
3195          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
3196          */
3197         static cpumask_t cpus_with_pcps;
3198
3199         /*
3200          * Make sure nobody triggers this path before mm_percpu_wq is fully
3201          * initialized.
3202          */
3203         if (WARN_ON_ONCE(!mm_percpu_wq))
3204                 return;
3205
3206         /*
3207          * Do not drain if one is already in progress unless it's specific to
3208          * a zone. Such callers are primarily CMA and memory hotplug and need
3209          * the drain to be complete when the call returns.
3210          */
3211         if (unlikely(!mutex_trylock(&pcpu_drain_mutex))) {
3212                 if (!zone)
3213                         return;
3214                 mutex_lock(&pcpu_drain_mutex);
3215         }
3216
3217         /*
3218          * We don't care about racing with CPU hotplug event
3219          * as offline notification will cause the notified
3220          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
3221          * disables preemption as part of its processing
3222          */
3223         for_each_online_cpu(cpu) {
3224                 struct per_cpu_pages *pcp;
3225                 struct zone *z;
3226                 bool has_pcps = false;
3227
3228                 if (force_all_cpus) {
3229                         /*
3230                          * The pcp.count check is racy, some callers need a
3231                          * guarantee that no cpu is missed.
3232                          */
3233                         has_pcps = true;
3234                 } else if (zone) {
3235                         pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
3236                         if (pcp->count)
3237                                 has_pcps = true;
3238                 } else {
3239                         for_each_populated_zone(z) {
3240                                 pcp = per_cpu_ptr(z->per_cpu_pageset, cpu);
3241                                 if (pcp->count) {
3242                                         has_pcps = true;
3243                                         break;
3244                                 }
3245                         }
3246                 }
3247
3248                 if (has_pcps)
3249                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
3250                 else
3251                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
3252         }
3253
3254         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps) {
3255                 struct pcpu_drain *drain = per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu);
3256
3257                 drain->zone = zone;
3258                 INIT_WORK(&drain->work, drain_local_pages_wq);
3259                 queue_work_on(cpu, mm_percpu_wq, &drain->work);
3260         }
3261         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps)
3262                 flush_work(&per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu)->work);
3263
3264         mutex_unlock(&pcpu_drain_mutex);
3265 }
3266
3267 /*
3268  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
3269  *
3270  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
3271  *
3272  * Note that this can be extremely slow as the draining happens in a workqueue.
3273  */
3274 void drain_all_pages(struct zone *zone)
3275 {
3276         __drain_all_pages(zone, false);
3277 }
3278
3279 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
3280
3281 /*
3282  * Touch the watchdog for every WD_PAGE_COUNT pages.
3283  */
3284 #define WD_PAGE_COUNT   (128*1024)
3285
3286 void mark_free_pages(struct zone *zone)
3287 {
3288         unsigned long pfn, max_zone_pfn, page_count = WD_PAGE_COUNT;
3289         unsigned long flags;
3290         unsigned int order, t;
3291         struct page *page;
3292
3293         if (zone_is_empty(zone))
3294                 return;
3295
3296         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3297
3298         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
3299         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
3300                 if (pfn_valid(pfn)) {
3301                         page = pfn_to_page(pfn);
3302
3303                         if (!--page_count) {
3304                                 touch_nmi_watchdog();
3305                                 page_count = WD_PAGE_COUNT;
3306                         }
3307
3308                         if (page_zone(page) != zone)
3309                                 continue;
3310
3311                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
3312                                 swsusp_unset_page_free(page);
3313                 }
3314
3315         for_each_migratetype_order(order, t) {
3316                 list_for_each_entry(page,
3317                                 &zone->free_area[order].free_list[t], lru) {
3318                         unsigned long i;
3319
3320                         pfn = page_to_pfn(page);
3321                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++) {
3322                                 if (!--page_count) {
3323                                         touch_nmi_watchdog();
3324                                         page_count = WD_PAGE_COUNT;
3325                                 }
3326                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
3327                         }
3328                 }
3329         }
3330         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3331 }
3332 #endif /* CONFIG_PM */
3333
3334 static bool free_unref_page_prepare(struct page *page, unsigned long pfn,
3335                                                         unsigned int order)
3336 {
3337         int migratetype;
3338
3339         if (!free_pcp_prepare(page, order))
3340                 return false;
3341
3342         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
3343         set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
3344         return true;
3345 }
3346
3347 static int nr_pcp_free(struct per_cpu_pages *pcp, int high, int batch)
3348 {
3349         int min_nr_free, max_nr_free;
3350
3351         /* Check for PCP disabled or boot pageset */
3352         if (unlikely(high < batch))
3353                 return 1;
3354
3355         /* Leave at least pcp->batch pages on the list */
3356         min_nr_free = batch;
3357         max_nr_free = high - batch;
3358
3359         /*
3360          * Double the number of pages freed each time there is subsequent
3361          * freeing of pages without any allocation.
3362          */
3363         batch <<= pcp->free_factor;
3364         if (batch < max_nr_free)
3365                 pcp->free_factor++;
3366         batch = clamp(batch, min_nr_free, max_nr_free);
3367
3368         return batch;
3369 }
3370
3371 static int nr_pcp_high(struct per_cpu_pages *pcp, struct zone *zone)
3372 {
3373         int high = READ_ONCE(pcp->high);
3374
3375         if (unlikely(!high))
3376                 return 0;
3377
3378         if (!test_bit(ZONE_RECLAIM_ACTIVE, &zone->flags))
3379                 return high;
3380
3381         /*
3382          * If reclaim is active, limit the number of pages that can be
3383          * stored on pcp lists
3384          */
3385         return min(READ_ONCE(pcp->batch) << 2, high);
3386 }
3387
3388 static void free_unref_page_commit(struct page *page, unsigned long pfn,
3389                                    int migratetype, unsigned int order)
3390 {
3391         struct zone *zone = page_zone(page);
3392         struct per_cpu_pages *pcp;
3393         int high;
3394         int pindex;
3395
3396         __count_vm_event(PGFREE);
3397         pcp = this_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset);
3398         pindex = order_to_pindex(migratetype, order);
3399         list_add(&page->lru, &pcp->lists[pindex]);
3400         pcp->count += 1 << order;
3401         high = nr_pcp_high(pcp, zone);
3402         if (pcp->count >= high) {
3403                 int batch = READ_ONCE(pcp->batch);
3404
3405                 free_pcppages_bulk(zone, nr_pcp_free(pcp, high, batch), pcp);
3406         }
3407 }
3408
3409 /*
3410  * Free a pcp page
3411  */
3412 void free_unref_page(struct page *page, unsigned int order)
3413 {
3414         unsigned long flags;
3415         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
3416         int migratetype;
3417
3418         if (!free_unref_page_prepare(page, pfn, order))
3419                 return;
3420
3421         /*
3422          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
3423          * Place ISOLATE pages on the isolated list because they are being
3424          * offlined but treat HIGHATOMIC as movable pages so we can get those
3425          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
3426          * excessively into the page allocator
3427          */
3428         migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
3429         if (unlikely(migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES)) {
3430                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
3431                         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype, FPI_NONE);
3432                         return;
3433                 }
3434                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
3435         }
3436
3437         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3438         free_unref_page_commit(page, pfn, migratetype, order);
3439         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3440 }
3441
3442 /*
3443  * Free a list of 0-order pages
3444  */
3445 void free_unref_page_list(struct list_head *list)
3446 {
3447         struct page *page, *next;
3448         unsigned long flags, pfn;
3449         int batch_count = 0;
3450         int migratetype;
3451
3452         /* Prepare pages for freeing */
3453         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
3454                 pfn = page_to_pfn(page);
3455                 if (!free_unref_page_prepare(page, pfn, 0)) {
3456                         list_del(&page->lru);
3457                         continue;
3458                 }
3459
3460                 /*
3461                  * Free isolated pages directly to the allocator, see
3462                  * comment in free_unref_page.
3463                  */
3464                 migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
3465                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
3466                         list_del(&page->lru);
3467                         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, 0, migratetype, FPI_NONE);
3468                         continue;
3469                 }
3470
3471                 set_page_private(page, pfn);
3472         }
3473
3474         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3475         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
3476                 pfn = page_private(page);
3477                 set_page_private(page, 0);
3478
3479                 /*
3480                  * Non-isolated types over MIGRATE_PCPTYPES get added
3481                  * to the MIGRATE_MOVABLE pcp list.
3482                  */
3483                 migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
3484                 if (unlikely(migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES))
3485                         migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
3486
3487                 trace_mm_page_free_batched(page);
3488                 free_unref_page_commit(page, pfn, migratetype, 0);
3489
3490                 /*
3491                  * Guard against excessive IRQ disabled times when we get
3492                  * a large list of pages to free.
3493                  */
3494                 if (++batch_count == SWAP_CLUSTER_MAX) {
3495                         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3496                         batch_count = 0;
3497                         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3498                 }
3499         }
3500         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3501 }
3502
3503 /*
3504  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
3505  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
3506  * Each sub-page must be freed individually.
3507  *
3508  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
3509  * Please consult with lkml before using this in your driver.
3510  */
3511 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
3512 {
3513         int i;
3514
3515         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
3516         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
3517
3518         for (i = 1; i < (1 << order); i++)
3519                 set_page_refcounted(page + i);
3520         split_page_owner(page, 1 << order);
3521         split_page_memcg(page, 1 << order);
3522 }
3523 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
3524
3525 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
3526 {
3527         unsigned long watermark;
3528         struct zone *zone;
3529         int mt;
3530
3531         BUG_ON(!PageBuddy(page));
3532
3533         zone = page_zone(page);
3534         mt = get_pageblock_migratetype(page);
3535
3536         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
3537                 /*
3538                  * Obey watermarks as if the page was being allocated. We can
3539                  * emulate a high-order watermark check with a raised order-0
3540                  * watermark, because we already know our high-order page
3541                  * exists.
3542                  */
3543                 watermark = zone->_watermark[WMARK_MIN] + (1UL << order);
3544                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, ALLOC_CMA))
3545                         return 0;
3546
3547                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
3548         }
3549
3550         /* Remove page from free list */
3551
3552         del_page_from_free_list(page, zone, order);
3553
3554         /*
3555          * Set the pageblock if the isolated page is at least half of a
3556          * pageblock
3557          */
3558         if (order >= pageblock_order - 1) {
3559                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
3560                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
3561                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
3562                         if (!is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt)
3563                             && !is_migrate_highatomic(mt))
3564                                 set_pageblock_migratetype(page,
3565                                                           MIGRATE_MOVABLE);
3566                 }
3567         }
3568
3569
3570         return 1UL << order;
3571 }
3572
3573 /**
3574  * __putback_isolated_page - Return a now-isolated page back where we got it
3575  * @page: Page that was isolated
3576  * @order: Order of the isolated page
3577  * @mt: The page's pageblock's migratetype
3578  *
3579  * This function is meant to return a page pulled from the free lists via
3580  * __isolate_free_page back to the free lists they were pulled from.
3581  */
3582 void __putback_isolated_page(struct page *page, unsigned int order, int mt)
3583 {
3584         struct zone *zone = page_zone(page);
3585
3586         /* zone lock should be held when this function is called */
3587         lockdep_assert_held(&zone->lock);
3588
3589         /* Return isolated page to tail of freelist. */
3590         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, order, mt,
3591                         FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY | FPI_TO_TAIL);
3592 }
3593
3594 /*
3595  * Update NUMA hit/miss statistics
3596  *
3597  * Must be called with interrupts disabled.
3598  */
3599 static inline void zone_statistics(struct zone *preferred_zone, struct zone *z,
3600                                    long nr_account)
3601 {
3602 #ifdef CONFIG_NUMA
3603         enum numa_stat_item local_stat = NUMA_LOCAL;
3604
3605         /* skip numa counters update if numa stats is disabled */
3606         if (!static_branch_likely(&vm_numa_stat_key))
3607                 return;
3608
3609         if (zone_to_nid(z) != numa_node_id())
3610                 local_stat = NUMA_OTHER;
3611
3612         if (zone_to_nid(z) == zone_to_nid(preferred_zone))
3613                 __count_numa_events(z, NUMA_HIT, nr_account);
3614         else {
3615                 __count_numa_events(z, NUMA_MISS, nr_account);
3616                 __count_numa_events(preferred_zone, NUMA_FOREIGN, nr_account);
3617         }
3618         __count_numa_events(z, local_stat, nr_account);
3619 #endif
3620 }
3621
3622 /* Remove page from the per-cpu list, caller must protect the list */
3623 static inline
3624 struct page *__rmqueue_pcplist(struct zone *zone, unsigned int order,
3625                         int migratetype,
3626                         unsigned int alloc_flags,
3627                         struct per_cpu_pages *pcp,
3628                         struct list_head *list)
3629 {
3630         struct page *page;
3631
3632         do {
3633                 if (list_empty(list)) {
3634                         int batch = READ_ONCE(pcp->batch);
3635                         int alloced;
3636
3637                         /*
3638                          * Scale batch relative to order if batch implies
3639                          * free pages can be stored on the PCP. Batch can
3640                          * be 1 for small zones or for boot pagesets which
3641                          * should never store free pages as the pages may
3642                          * belong to arbitrary zones.
3643                          */
3644                         if (batch > 1)
3645                                 batch = max(batch >> order, 2);
3646                         alloced = rmqueue_bulk(zone, order,
3647                                         batch, list,
3648                                         migratetype, alloc_flags);
3649
3650                         pcp->count += alloced << order;
3651                         if (unlikely(list_empty(list)))
3652                                 return NULL;
3653                 }
3654
3655                 page = list_first_entry(list, struct page, lru);
3656                 list_del(&page->lru);
3657                 pcp->count -= 1 << order;
3658         } while (check_new_pcp(page));
3659
3660         return page;
3661 }
3662
3663 /* Lock and remove page from the per-cpu list */
3664 static struct page *rmqueue_pcplist(struct zone *preferred_zone,
3665                         struct zone *zone, unsigned int order,
3666                         gfp_t gfp_flags, int migratetype,
3667                         unsigned int alloc_flags)
3668 {
3669         struct per_cpu_pages *pcp;
3670         struct list_head *list;
3671         struct page *page;
3672         unsigned long flags;
3673
3674         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3675
3676         /*
3677          * On allocation, reduce the number of pages that are batch freed.
3678          * See nr_pcp_free() where free_factor is increased for subsequent
3679          * frees.
3680          */
3681         pcp = this_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset);
3682         pcp->free_factor >>= 1;
3683         list = &pcp->lists[order_to_pindex(migratetype, order)];
3684         page = __rmqueue_pcplist(zone, order, migratetype, alloc_flags, pcp, list);
3685         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3686         if (page) {
3687                 __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1);
3688                 zone_statistics(preferred_zone, zone, 1);
3689         }
3690         return page;
3691 }
3692
3693 /*
3694  * Allocate a page from the given zone. Use pcplists for order-0 allocations.
3695  */
3696 static inline
3697 struct page *rmqueue(struct zone *preferred_zone,
3698                         struct zone *zone, unsigned int order,
3699                         gfp_t gfp_flags, unsigned int alloc_flags,
3700                         int migratetype)
3701 {
3702         unsigned long flags;
3703         struct page *page;
3704
3705         if (likely(pcp_allowed_order(order))) {
3706                 /*
3707                  * MIGRATE_MOVABLE pcplist could have the pages on CMA area and
3708                  * we need to skip it when CMA area isn't allowed.
3709                  */
3710                 if (!IS_ENABLED(CONFIG_CMA) || alloc_flags & ALLOC_CMA ||
3711                                 migratetype != MIGRATE_MOVABLE) {
3712                         page = rmqueue_pcplist(preferred_zone, zone, order,
3713                                         gfp_flags, migratetype, alloc_flags);
3714                         goto out;
3715                 }
3716         }
3717
3718         /*
3719          * We most definitely don't want callers attempting to
3720          * allocate greater than order-1 page units with __GFP_NOFAIL.
3721          */
3722         WARN_ON_ONCE((gfp_flags & __GFP_NOFAIL) && (order > 1));
3723         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3724
3725         do {
3726                 page = NULL;
3727                 /*
3728                  * order-0 request can reach here when the pcplist is skipped
3729                  * due to non-CMA allocation context. HIGHATOMIC area is
3730                  * reserved for high-order atomic allocation, so order-0
3731                  * request should skip it.
3732                  */
3733                 if (order > 0 && alloc_flags & ALLOC_HARDER) {
3734                         page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
3735                         if (page)
3736                                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
3737                 }
3738                 if (!page)
3739                         page = __rmqueue(zone, order, migratetype, alloc_flags);
3740         } while (page && check_new_pages(page, order));
3741         if (!page)
3742                 goto failed;
3743
3744         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
3745                                   get_pcppage_migratetype(page));
3746         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3747
3748         __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
3749         zone_statistics(preferred_zone, zone, 1);
3750
3751 out:
3752         /* Separate test+clear to avoid unnecessary atomics */
3753         if (test_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags)) {
3754                 clear_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
3755                 wakeup_kswapd(zone, 0, 0, zone_idx(zone));
3756         }
3757
3758         VM_BUG_ON_PAGE(page && bad_range(zone, page), page);
3759         return page;
3760
3761 failed:
3762         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3763         return NULL;
3764 }
3765
3766 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
3767
3768 static struct {
3769         struct fault_attr attr;
3770
3771         bool ignore_gfp_highmem;
3772         bool ignore_gfp_reclaim;
3773         u32 min_order;
3774 } fail_page_alloc = {
3775         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
3776         .ignore_gfp_reclaim = true,
3777         .ignore_gfp_highmem = true,
3778         .min_order = 1,
3779 };
3780
3781 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
3782 {
3783         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
3784 }
3785 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
3786
3787 static bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3788 {
3789         if (order < fail_page_alloc.min_order)
3790                 return false;
3791         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3792                 return false;
3793         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
3794                 return false;
3795         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim &&
3796                         (gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3797                 return false;
3798
3799         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
3800 }
3801
3802 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
3803
3804 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
3805 {
3806         umode_t mode = S_IFREG | 0600;
3807         struct dentry *dir;
3808
3809         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
3810                                         &fail_page_alloc.attr);
3811
3812         debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
3813                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim);
3814         debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
3815                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem);
3816         debugfs_create_u32("min-order", mode, dir, &fail_page_alloc.min_order);
3817
3818         return 0;
3819 }
3820
3821 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
3822
3823 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
3824
3825 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3826
3827 static inline bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3828 {
3829         return false;
3830 }
3831
3832 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3833
3834 noinline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3835 {
3836         return __should_fail_alloc_page(gfp_mask, order);
3837 }
3838 ALLOW_ERROR_INJECTION(should_fail_alloc_page, TRUE);
3839
3840 static inline long __zone_watermark_unusable_free(struct zone *z,
3841                                 unsigned int order, unsigned int alloc_flags)
3842 {
3843         const bool alloc_harder = (alloc_flags & (ALLOC_HARDER|ALLOC_OOM));
3844         long unusable_free = (1 << order) - 1;
3845
3846         /*
3847          * If the caller does not have rights to ALLOC_HARDER then subtract
3848          * the high-atomic reserves. This will over-estimate the size of the
3849          * atomic reserve but it avoids a search.
3850          */
3851         if (likely(!alloc_harder))
3852                 unusable_free += z->nr_reserved_highatomic;
3853
3854 #ifdef CONFIG_CMA
3855         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
3856         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
3857                 unusable_free += zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
3858 #endif
3859
3860         return unusable_free;
3861 }
3862
3863 /*
3864  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
3865  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
3866  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
3867  * to check in the allocation paths if no pages are free.
3868  */
3869 bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3870                          int highest_zoneidx, unsigned int alloc_flags,
3871                          long free_pages)
3872 {
3873         long min = mark;
3874         int o;
3875         const bool alloc_harder = (alloc_flags & (ALLOC_HARDER|ALLOC_OOM));
3876
3877         /* free_pages may go negative - that's OK */
3878         free_pages -= __zone_watermark_unusable_free(z, order, alloc_flags);
3879
3880         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
3881                 min -= min / 2;
3882
3883         if (unlikely(alloc_harder)) {
3884                 /*
3885                  * OOM victims can try even harder than normal ALLOC_HARDER
3886                  * users on the grounds that it's definitely going to be in
3887                  * the exit path shortly and free memory. Any allocation it
3888                  * makes during the free path will be small and short-lived.
3889                  */
3890                 if (alloc_flags & ALLOC_OOM)
3891                         min -= min / 2;
3892                 else
3893                         min -= min / 4;
3894         }
3895
3896         /*
3897          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
3898          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
3899          * even if a suitable page happened to be free.
3900          */
3901         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[highest_zoneidx])
3902                 return false;
3903
3904         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
3905         if (!order)
3906                 return true;
3907
3908         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
3909         for (o = order; o < MAX_ORDER; o++) {
3910                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
3911                 int mt;
3912
3913                 if (!area->nr_free)
3914                         continue;
3915
3916                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
3917                         if (!free_area_empty(area, mt))
3918                                 return true;
3919                 }
3920
3921 #ifdef CONFIG_CMA
3922                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
3923                     !free_area_empty(area, MIGRATE_CMA)) {
3924                         return true;
3925                 }
3926 #endif
3927                 if (alloc_harder && !free_area_empty(area, MIGRATE_HIGHATOMIC))
3928                         return true;
3929         }
3930         return false;
3931 }
3932
3933 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3934                       int highest_zoneidx, unsigned int alloc_flags)
3935 {
3936         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, alloc_flags,
3937                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
3938 }
3939
3940 static inline bool zone_watermark_fast(struct zone *z, unsigned int order,
3941                                 unsigned long mark, int highest_zoneidx,
3942                                 unsigned int alloc_flags, gfp_t gfp_mask)
3943 {
3944         long free_pages;
3945
3946         free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3947
3948         /*
3949          * Fast check for order-0 only. If this fails then the reserves
3950          * need to be calculated.
3951          */
3952         if (!order) {
3953                 long usable_free;
3954                 long reserved;
3955
3956                 usable_free = free_pages;
3957                 reserved = __zone_watermark_unusable_free(z, 0, alloc_flags);
3958
3959                 /* reserved may over estimate high-atomic reserves. */
3960                 usable_free -= min(usable_free, reserved);
3961                 if (usable_free > mark + z->lowmem_reserve[highest_zoneidx])
3962                         return true;
3963         }
3964
3965         if (__zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, alloc_flags,
3966                                         free_pages))
3967                 return true;
3968         /*
3969          * Ignore watermark boosting for GFP_ATOMIC order-0 allocations
3970          * when checking the min watermark. The min watermark is the
3971          * point where boosting is ignored so that kswapd is woken up
3972          * when below the low watermark.
3973          */
3974         if (unlikely(!order && (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) && z->watermark_boost
3975                 && ((alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK) == WMARK_MIN))) {
3976                 mark = z->_watermark[WMARK_MIN];
3977                 return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx,
3978                                         alloc_flags, free_pages);
3979         }
3980
3981         return false;
3982 }
3983
3984 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
3985                         unsigned long mark, int highest_zoneidx)
3986 {
3987         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3988
3989         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
3990                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
3991
3992         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, 0,
3993                                                                 free_pages);
3994 }
3995
3996 #ifdef CONFIG_NUMA
3997 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3998 {
3999         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <=
4000                                 node_reclaim_distance;
4001 }
4002 #else   /* CONFIG_NUMA */
4003 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
4004 {
4005         return true;
4006 }
4007 #endif  /* CONFIG_NUMA */
4008
4009 /*
4010  * The restriction on ZONE_DMA32 as being a suitable zone to use to avoid
4011  * fragmentation is subtle. If the preferred zone was HIGHMEM then
4012  * premature use of a lower zone may cause lowmem pressure problems that
4013  * are worse than fragmentation. If the next zone is ZONE_DMA then it is
4014  * probably too small. It only makes sense to spread allocations to avoid
4015  * fragmentation between the Normal and DMA32 zones.
4016  */
4017 static inline unsigned int
4018 alloc_flags_nofragment(struct zone *zone, gfp_t gfp_mask)
4019 {
4020         unsigned int alloc_flags;
4021
4022         /*
4023          * __GFP_KSWAPD_RECLAIM is assumed to be the same as ALLOC_KSWAPD
4024          * to save a branch.
4025          */
4026         alloc_flags = (__force int) (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM);
4027
4028 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
4029         if (!zone)
4030                 return alloc_flags;
4031
4032         if (zone_idx(zone) != ZONE_NORMAL)
4033                 return alloc_flags;
4034
4035         /*
4036          * If ZONE_DMA32 exists, assume it is the one after ZONE_NORMAL and
4037          * the pointer is within zone->zone_pgdat->node_zones[]. Also assume
4038          * on UMA that if Normal is populated then so is DMA32.
4039          */
4040         BUILD_BUG_ON(ZONE_NORMAL - ZONE_DMA32 != 1);
4041         if (nr_online_nodes > 1 && !populated_zone(--zone))
4042                 return alloc_flags;
4043
4044         alloc_flags |= ALLOC_NOFRAGMENT;
4045 #endif /* CONFIG_ZONE_DMA32 */
4046         return alloc_flags;
4047 }
4048
4049 /* Must be called after current_gfp_context() which can change gfp_mask */
4050 static inline unsigned int gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_t gfp_mask,
4051                                                   unsigned int alloc_flags)
4052 {
4053 #ifdef CONFIG_CMA
4054         if (gfp_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
4055                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
4056 #endif
4057         return alloc_flags;
4058 }
4059
4060 /*
4061  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
4062  * a page.
4063  */
4064 static struct page *
4065 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
4066                                                 const struct alloc_context *ac)
4067 {
4068         struct zoneref *z;
4069         struct zone *zone;
4070         struct pglist_data *last_pgdat_dirty_limit = NULL;
4071         bool no_fallback;
4072
4073 retry:
4074         /*
4075          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
4076          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
4077          */
4078         no_fallback = alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT;
4079         z = ac->preferred_zoneref;
4080         for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->highest_zoneidx,
4081                                         ac->nodemask) {
4082                 struct page *page;
4083                 unsigned long mark;
4084
4085                 if (cpusets_enabled() &&
4086                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
4087                         !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
4088                                 continue;
4089                 /*
4090                  * When allocating a page cache page for writing, we
4091                  * want to get it from a node that is within its dirty
4092                  * limit, such that no single node holds more than its
4093                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
4094                  * The dirty limits take into account the node's
4095                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
4096                  * should be able to balance it without having to
4097                  * write pages from its LRU list.
4098                  *
4099                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
4100                  * exceed the per-node dirty limit in the slowpath
4101                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
4102                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
4103                  * nodes are together not big enough to reach the
4104                  * global limit.  The proper fix for these situations
4105                  * will require awareness of nodes in the
4106                  * dirty-throttling and the flusher threads.
4107                  */
4108                 if (ac->spread_dirty_pages) {
4109                         if (last_pgdat_dirty_limit == zone->zone_pgdat)
4110                                 continue;
4111
4112                         if (!node_dirty_ok(zone->zone_pgdat)) {
4113                                 last_pgdat_dirty_limit = zone->zone_pgdat;
4114                                 continue;
4115                         }
4116                 }
4117
4118                 if (no_fallback && nr_online_nodes > 1 &&
4119                     zone != ac->preferred_zoneref->zone) {
4120                         int local_nid;
4121
4122                         /*
4123                          * If moving to a remote node, retry but allow
4124                          * fragmenting fallbacks. Locality is more important
4125                          * than fragmentation avoidance.
4126                          */
4127                         local_nid = zone_to_nid(ac->preferred_zoneref->zone);
4128                         if (zone_to_nid(zone) != local_nid) {
4129                                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
4130                                 goto retry;
4131                         }
4132                 }
4133
4134                 mark = wmark_pages(zone, alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK);
4135                 if (!zone_watermark_fast(zone, order, mark,
4136                                        ac->highest_zoneidx, alloc_flags,
4137                                        gfp_mask)) {
4138                         int ret;
4139
4140 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
4141                         /*
4142                          * Watermark failed for this zone, but see if we can
4143                          * grow this zone if it contains deferred pages.
4144                          */
4145                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
4146                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
4147                                         goto try_this_zone;
4148                         }
4149 #endif
4150                         /* Checked here to keep the fast path fast */
4151                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
4152                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
4153                                 goto try_this_zone;
4154
4155                         if (!node_reclaim_enabled() ||
4156                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zoneref->zone, zone))
4157                                 continue;
4158
4159                         ret = node_reclaim(zone->zone_pgdat, gfp_mask, order);
4160                         switch (ret) {
4161                         case NODE_RECLAIM_NOSCAN:
4162                                 /* did not scan */
4163                                 continue;
4164                         case NODE_RECLAIM_FULL:
4165                                 /* scanned but unreclaimable */
4166                                 continue;
4167                         default:
4168                                 /* did we reclaim enough */
4169                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
4170                                         ac->highest_zoneidx, alloc_flags))
4171                                         goto try_this_zone;
4172
4173                                 continue;
4174                         }
4175                 }
4176
4177 try_this_zone:
4178                 page = rmqueue(ac->preferred_zoneref->zone, zone, order,
4179                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
4180                 if (page) {
4181                         prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
4182
4183                         /*
4184                          * If this is a high-order atomic allocation then check
4185                          * if the pageblock should be reserved for the future
4186                          */
4187                         if (unlikely(order && (alloc_flags & ALLOC_HARDER)))
4188                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone, order);
4189
4190                         return page;
4191                 } else {
4192 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
4193                         /* Try again if zone has deferred pages */
4194                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
4195                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
4196                                         goto try_this_zone;
4197                         }
4198 #endif
4199                 }
4200         }
4201
4202         /*
4203          * It's possible on a UMA machine to get through all zones that are
4204          * fragmented. If avoiding fragmentation, reset and try again.
4205          */
4206         if (no_fallback) {
4207                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
4208                 goto retry;
4209         }
4210
4211         return NULL;
4212 }
4213
4214 static void warn_alloc_show_mem(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
4215 {
4216         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
4217
4218         /*
4219          * This documents exceptions given to allocations in certain
4220          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
4221          * of allowed nodes.
4222          */
4223         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4224                 if (tsk_is_oom_victim(current) ||
4225                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
4226                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
4227         if (!in_task() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
4228                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
4229
4230         show_mem(filter, nodemask);
4231 }
4232
4233 void warn_alloc(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask, const char *fmt, ...)
4234 {
4235         struct va_format vaf;
4236         va_list args;
4237         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs, 10*HZ, 1);
4238
4239         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) ||
4240              !__ratelimit(&nopage_rs) ||
4241              ((gfp_mask & __GFP_DMA) && !has_managed_dma()))
4242                 return;
4243
4244         va_start(args, fmt);
4245         vaf.fmt = fmt;
4246         vaf.va = &args;
4247         pr_warn("%s: %pV, mode:%#x(%pGg), nodemask=%*pbl",
4248                         current->comm, &vaf, gfp_mask, &gfp_mask,
4249                         nodemask_pr_args(nodemask));
4250         va_end(args);
4251
4252         cpuset_print_current_mems_allowed();
4253         pr_cont("\n");
4254         dump_stack();
4255         warn_alloc_show_mem(gfp_mask, nodemask);
4256 }
4257
4258 static inline struct page *
4259 __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4260                               unsigned int alloc_flags,
4261                               const struct alloc_context *ac)
4262 {
4263         struct page *page;
4264
4265         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
4266                         alloc_flags|ALLOC_CPUSET, ac);
4267         /*
4268          * fallback to ignore cpuset restriction if our nodes
4269          * are depleted
4270          */
4271         if (!page)
4272                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
4273                                 alloc_flags, ac);
4274
4275         return page;
4276 }
4277
4278 static inline struct page *
4279 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4280         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
4281 {
4282         struct oom_control oc = {
4283                 .zonelist = ac->zonelist,
4284                 .nodemask = ac->nodemask,
4285                 .memcg = NULL,
4286                 .gfp_mask = gfp_mask,
4287                 .order = order,
4288         };
4289         struct page *page;
4290
4291         *did_some_progress = 0;
4292
4293         /*
4294          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
4295          * making progress for us.
4296          */
4297         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
4298                 *did_some_progress = 1;
4299                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
4300                 return NULL;
4301         }
4302
4303         /*
4304          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
4305          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
4306          * we're still under heavy pressure. But make sure that this reclaim
4307          * attempt shall not depend on __GFP_DIRECT_RECLAIM && !__GFP_NORETRY
4308          * allocation which will never fail due to oom_lock already held.
4309          */
4310         page = get_page_from_freelist((gfp_mask | __GFP_HARDWALL) &
4311                                       ~__GFP_DIRECT_RECLAIM, order,
4312                                       ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
4313         if (page)
4314                 goto out;
4315
4316         /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
4317         if (current->flags & PF_DUMPCORE)
4318                 goto out;
4319         /* The OOM killer will not help higher order allocs */
4320         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4321                 goto out;
4322         /*
4323          * We have already exhausted all our reclaim opportunities without any
4324          * success so it is time to admit defeat. We will skip the OOM killer
4325          * because it is very likely that the caller has a more reasonable
4326          * fallback than shooting a random task.
4327          *
4328          * The OOM killer may not free memory on a specific node.
4329          */
4330         if (gfp_mask & (__GFP_RETRY_MAYFAIL | __GFP_THISNODE))
4331                 goto out;
4332         /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
4333         if (ac->highest_zoneidx < ZONE_NORMAL)
4334                 goto out;
4335         if (pm_suspended_storage())
4336                 goto out;
4337         /*
4338          * XXX: GFP_NOFS allocations should rather fail than rely on
4339          * other request to make a forward progress.
4340          * We are in an unfortunate situation where out_of_memory cannot
4341          * do much for this context but let's try it to at least get
4342          * access to memory reserved if the current task is killed (see
4343          * out_of_memory). Once filesystems are ready to handle allocation
4344          * failures more gracefully we should just bail out here.
4345          */
4346
4347         /* Exhausted what can be done so it's blame time */
4348         if (out_of_memory(&oc) || WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
4349                 *did_some_progress = 1;
4350
4351                 /*
4352                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
4353                  * reserves
4354                  */
4355                 if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
4356                         page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order,
4357                                         ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
4358         }
4359 out:
4360         mutex_unlock(&oom_lock);
4361         return page;
4362 }
4363
4364 /*
4365  * Maximum number of compaction retries with a progress before OOM
4366  * killer is consider as the only way to move forward.
4367  */
4368 #define MAX_COMPACT_RETRIES 16
4369
4370 #ifdef CONFIG_COMPACTION
4371 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
4372 static struct page *
4373 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4374                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4375                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
4376 {
4377         struct page *page = NULL;
4378         unsigned long pflags;
4379         unsigned int noreclaim_flag;
4380
4381         if (!order)
4382                 return NULL;
4383
4384         psi_memstall_enter(&pflags);
4385         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4386
4387         *compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4388                                                                 prio, &page);
4389
4390         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4391         psi_memstall_leave(&pflags);
4392
4393         if (*compact_result == COMPACT_SKIPPED)
4394                 return NULL;
4395         /*
4396          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
4397          * count a compaction stall
4398          */
4399         count_vm_event(COMPACTSTALL);
4400
4401         /* Prep a captured page if available */
4402         if (page)
4403                 prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
4404
4405         /* Try get a page from the freelist if available */
4406         if (!page)
4407                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4408
4409         if (page) {
4410                 struct zone *zone = page_zone(page);
4411
4412                 zone->compact_blockskip_flush = false;
4413                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
4414                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
4415                 return page;
4416         }
4417
4418         /*
4419          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
4420          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
4421          */
4422         count_vm_event(COMPACTFAIL);
4423
4424         cond_resched();
4425
4426         return NULL;
4427 }
4428
4429 static inline bool
4430 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, int order, int alloc_flags,
4431                      enum compact_result compact_result,
4432                      enum compact_priority *compact_priority,
4433                      int *compaction_retries)
4434 {
4435         int max_retries = MAX_COMPACT_RETRIES;
4436         int min_priority;
4437         bool ret = false;
4438         int retries = *compaction_retries;
4439         enum compact_priority priority = *compact_priority;
4440
4441         if (!order)
4442                 return false;
4443
4444         if (fatal_signal_pending(current))
4445                 return false;
4446
4447         if (compaction_made_progress(compact_result))
4448                 (*compaction_retries)++;
4449
4450         /*
4451          * compaction considers all the zone as desperately out of memory
4452          * so it doesn't really make much sense to retry except when the
4453          * failure could be caused by insufficient priority
4454          */
4455         if (compaction_failed(compact_result))
4456                 goto check_priority;
4457
4458         /*
4459          * compaction was skipped because there are not enough order-0 pages
4460          * to work with, so we retry only if it looks like reclaim can help.
4461          */
4462         if (compaction_needs_reclaim(compact_result)) {
4463                 ret = compaction_zonelist_suitable(ac, order, alloc_flags);
4464                 goto out;
4465         }
4466
4467         /*
4468          * make sure the compaction wasn't deferred or didn't bail out early
4469          * due to locks contention before we declare that we should give up.
4470          * But the next retry should use a higher priority if allowed, so
4471          * we don't just keep bailing out endlessly.
4472          */
4473         if (compaction_withdrawn(compact_result)) {
4474                 goto check_priority;
4475         }
4476
4477         /*
4478          * !costly requests are much more important than __GFP_RETRY_MAYFAIL
4479          * costly ones because they are de facto nofail and invoke OOM
4480          * killer to move on while costly can fail and users are ready
4481          * to cope with that. 1/4 retries is rather arbitrary but we
4482          * would need much more detailed feedback from compaction to
4483          * make a better decision.
4484          */
4485         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4486                 max_retries /= 4;
4487         if (*compaction_retries <= max_retries) {
4488                 ret = true;
4489                 goto out;
4490         }
4491
4492         /*
4493          * Make sure there are attempts at the highest priority if we exhausted
4494          * all retries or failed at the lower priorities.
4495          */
4496 check_priority:
4497         min_priority = (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) ?
4498                         MIN_COMPACT_COSTLY_PRIORITY : MIN_COMPACT_PRIORITY;
4499
4500         if (*compact_priority > min_priority) {
4501                 (*compact_priority)--;
4502                 *compaction_retries = 0;
4503                 ret = true;
4504         }
4505 out:
4506         trace_compact_retry(order, priority, compact_result, retries, max_retries, ret);
4507         return ret;
4508 }
4509 #else
4510 static inline struct page *
4511 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4512                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4513                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
4514 {
4515         *compact_result = COMPACT_SKIPPED;
4516         return NULL;
4517 }
4518
4519 static inline bool
4520 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, unsigned int order, int alloc_flags,
4521                      enum compact_result compact_result,
4522                      enum compact_priority *compact_priority,
4523                      int *compaction_retries)
4524 {
4525         struct zone *zone;
4526         struct zoneref *z;
4527
4528         if (!order || order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4529                 return false;
4530
4531         /*
4532          * There are setups with compaction disabled which would prefer to loop
4533          * inside the allocator rather than hit the oom killer prematurely.
4534          * Let's give them a good hope and keep retrying while the order-0
4535          * watermarks are OK.
4536          */
4537         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
4538                                 ac->highest_zoneidx, ac->nodemask) {
4539                 if (zone_watermark_ok(zone, 0, min_wmark_pages(zone),
4540                                         ac->highest_zoneidx, alloc_flags))
4541                         return true;
4542         }
4543         return false;
4544 }
4545 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
4546
4547 #ifdef CONFIG_LOCKDEP
4548 static struct lockdep_map __fs_reclaim_map =
4549         STATIC_LOCKDEP_MAP_INIT("fs_reclaim", &__fs_reclaim_map);
4550
4551 static bool __need_reclaim(gfp_t gfp_mask)
4552 {
4553         /* no reclaim without waiting on it */
4554         if (!(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
4555                 return false;
4556
4557         /* this guy won't enter reclaim */
4558         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4559                 return false;
4560
4561         if (gfp_mask & __GFP_NOLOCKDEP)
4562                 return false;
4563
4564         return true;
4565 }
4566
4567 void __fs_reclaim_acquire(unsigned long ip)
4568 {
4569         lock_acquire_exclusive(&__fs_reclaim_map, 0, 0, NULL, ip);
4570 }
4571
4572 void __fs_reclaim_release(unsigned long ip)
4573 {
4574         lock_release(&__fs_reclaim_map, ip);
4575 }
4576
4577 void fs_reclaim_acquire(gfp_t gfp_mask)
4578 {
4579         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4580
4581         if (__need_reclaim(gfp_mask)) {
4582                 if (gfp_mask & __GFP_FS)
4583                         __fs_reclaim_acquire(_RET_IP_);
4584
4585 #ifdef CONFIG_MMU_NOTIFIER
4586                 lock_map_acquire(&__mmu_notifier_invalidate_range_start_map);
4587                 lock_map_release(&__mmu_notifier_invalidate_range_start_map);
4588 #endif
4589
4590         }
4591 }
4592 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_acquire);
4593
4594 void fs_reclaim_release(gfp_t gfp_mask)
4595 {
4596         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4597
4598         if (__need_reclaim(gfp_mask)) {
4599                 if (gfp_mask & __GFP_FS)
4600                         __fs_reclaim_release(_RET_IP_);
4601         }
4602 }
4603 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_release);
4604 #endif
4605
4606 /*
4607  * Zonelists may change due to hotplug during allocation. Detect when zonelists
4608  * have been rebuilt so allocation retries. Reader side does not lock and
4609  * retries the allocation if zonelist changes. Writer side is protected by the
4610  * embedded spin_lock.
4611  */
4612 static DEFINE_SEQLOCK(zonelist_update_seq);
4613
4614 static unsigned int zonelist_iter_begin(void)
4615 {
4616         if (IS_ENABLED(CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE))
4617                 return read_seqbegin(&zonelist_update_seq);
4618
4619         return 0;
4620 }
4621
4622 static unsigned int check_retry_zonelist(unsigned int seq)
4623 {
4624         if (IS_ENABLED(CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE))
4625                 return read_seqretry(&zonelist_update_seq, seq);
4626
4627         return seq;
4628 }
4629
4630 /* Perform direct synchronous page reclaim */
4631 static unsigned long
4632 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4633                                         const struct alloc_context *ac)
4634 {
4635         unsigned int noreclaim_flag;
4636         unsigned long pflags, progress;
4637
4638         cond_resched();
4639
4640         /* We now go into synchronous reclaim */
4641         cpuset_memory_pressure_bump();
4642         psi_memstall_enter(&pflags);
4643         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
4644         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4645
4646         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
4647                                                                 ac->nodemask);
4648
4649         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4650         fs_reclaim_release(gfp_mask);
4651         psi_memstall_leave(&pflags);
4652
4653         cond_resched();
4654
4655         return progress;
4656 }
4657
4658 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
4659 static inline struct page *
4660 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4661                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4662                 unsigned long *did_some_progress)
4663 {
4664         struct page *page = NULL;
4665         bool drained = false;
4666
4667         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
4668         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
4669                 return NULL;
4670
4671 retry:
4672         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4673
4674         /*
4675          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
4676          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
4677          * Shrink them and try again
4678          */
4679         if (!page && !drained) {
4680                 unreserve_highatomic_pageblock(ac, false);
4681                 drain_all_pages(NULL);
4682                 drained = true;
4683                 goto retry;
4684         }
4685
4686         return page;
4687 }
4688
4689 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, gfp_t gfp_mask,
4690                              const struct alloc_context *ac)
4691 {
4692         struct zoneref *z;
4693         struct zone *zone;
4694         pg_data_t *last_pgdat = NULL;
4695         enum zone_type highest_zoneidx = ac->highest_zoneidx;
4696
4697         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, highest_zoneidx,
4698                                         ac->nodemask) {
4699                 if (last_pgdat != zone->zone_pgdat)
4700                         wakeup_kswapd(zone, gfp_mask, order, highest_zoneidx);
4701                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
4702         }
4703 }
4704
4705 static inline unsigned int
4706 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4707 {
4708         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
4709
4710         /*
4711          * __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH
4712          * and __GFP_KSWAPD_RECLAIM is assumed to be the same as ALLOC_KSWAPD
4713          * to save two branches.
4714          */
4715         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
4716         BUILD_BUG_ON(__GFP_KSWAPD_RECLAIM != (__force gfp_t) ALLOC_KSWAPD);
4717
4718         /*
4719          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
4720          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
4721          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
4722          * set both ALLOC_HARDER (__GFP_ATOMIC) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
4723          */
4724         alloc_flags |= (__force int)
4725                 (gfp_mask & (__GFP_HIGH | __GFP_KSWAPD_RECLAIM));
4726
4727         if (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) {
4728                 /*
4729                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
4730                  * if it can't schedule.
4731                  */
4732                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4733                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
4734                 /*
4735                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
4736                  * comment for __cpuset_node_allowed().
4737                  */
4738                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
4739         } else if (unlikely(rt_task(current)) && in_task())
4740                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
4741
4742         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, alloc_flags);
4743
4744         return alloc_flags;
4745 }
4746
4747 static bool oom_reserves_allowed(struct task_struct *tsk)
4748 {
4749         if (!tsk_is_oom_victim(tsk))
4750                 return false;
4751
4752         /*
4753          * !MMU doesn't have oom reaper so give access to memory reserves
4754          * only to the thread with TIF_MEMDIE set
4755          */
4756         if (!IS_ENABLED(CONFIG_MMU) && !test_thread_flag(TIF_MEMDIE))
4757                 return false;
4758
4759         return true;
4760 }
4761
4762 /*
4763  * Distinguish requests which really need access to full memory
4764  * reserves from oom victims which can live with a portion of it
4765  */
4766 static inline int __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4767 {
4768         if (unlikely(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4769                 return 0;
4770         if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
4771                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4772         if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
4773                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4774         if (!in_interrupt()) {
4775                 if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4776                         return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4777                 else if (oom_reserves_allowed(current))
4778                         return ALLOC_OOM;
4779         }
4780
4781         return 0;
4782 }
4783
4784 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
4785 {
4786         return !!__gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4787 }
4788
4789 /*
4790  * Checks whether it makes sense to retry the reclaim to make a forward progress
4791  * for the given allocation request.
4792  *
4793  * We give up when we either have tried MAX_RECLAIM_RETRIES in a row
4794  * without success, or when we couldn't even meet the watermark if we
4795  * reclaimed all remaining pages on the LRU lists.
4796  *
4797  * Returns true if a retry is viable or false to enter the oom path.
4798  */
4799 static inline bool
4800 should_reclaim_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned order,
4801                      struct alloc_context *ac, int alloc_flags,
4802                      bool did_some_progress, int *no_progress_loops)
4803 {
4804         struct zone *zone;
4805         struct zoneref *z;
4806         bool ret = false;
4807
4808         /*
4809          * Costly allocations might have made a progress but this doesn't mean
4810          * their order will become available due to high fragmentation so
4811          * always increment the no progress counter for them
4812          */
4813         if (did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4814                 *no_progress_loops = 0;
4815         else
4816                 (*no_progress_loops)++;
4817
4818         /*
4819          * Make sure we converge to OOM if we cannot make any progress
4820          * several times in the row.
4821          */
4822         if (*no_progress_loops > MAX_RECLAIM_RETRIES) {
4823                 /* Before OOM, exhaust highatomic_reserve */
4824                 return unreserve_highatomic_pageblock(ac, true);
4825         }
4826
4827         /*
4828          * Keep reclaiming pages while there is a chance this will lead
4829          * somewhere.  If none of the target zones can satisfy our allocation
4830          * request even if all reclaimable pages are considered then we are
4831          * screwed and have to go OOM.
4832          */
4833         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
4834                                 ac->highest_zoneidx, ac->nodemask) {
4835                 unsigned long available;
4836                 unsigned long reclaimable;
4837                 unsigned long min_wmark = min_wmark_pages(zone);
4838                 bool wmark;
4839
4840                 available = reclaimable = zone_reclaimable_pages(zone);
4841                 available += zone_page_state_snapshot(zone, NR_FREE_PAGES);
4842
4843                 /*
4844                  * Would the allocation succeed if we reclaimed all
4845                  * reclaimable pages?
4846                  */
4847                 wmark = __zone_watermark_ok(zone, order, min_wmark,
4848                                 ac->highest_zoneidx, alloc_flags, available);
4849                 trace_reclaim_retry_zone(z, order, reclaimable,
4850                                 available, min_wmark, *no_progress_loops, wmark);
4851                 if (wmark) {
4852                         /*
4853                          * If we didn't make any progress and have a lot of
4854                          * dirty + writeback pages then we should wait for
4855                          * an IO to complete to slow down the reclaim and
4856                          * prevent from pre mature OOM
4857                          */
4858                         if (!did_some_progress) {
4859                                 unsigned long write_pending;
4860
4861                                 write_pending = zone_page_state_snapshot(zone,
4862                                                         NR_ZONE_WRITE_PENDING);
4863
4864                                 if (2 * write_pending > reclaimable) {
4865                                         congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
4866                                         return true;
4867                                 }
4868                         }
4869
4870                         ret = true;
4871                         goto out;
4872                 }
4873         }
4874
4875 out:
4876         /*
4877          * Memory allocation/reclaim might be called from a WQ context and the
4878          * current implementation of the WQ concurrency control doesn't
4879          * recognize that a particular WQ is congested if the worker thread is
4880          * looping without ever sleeping. Therefore we have to do a short sleep
4881          * here rather than calling cond_resched().
4882          */
4883         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
4884                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
4885         else
4886                 cond_resched();
4887         return ret;
4888 }
4889
4890 static inline bool
4891 check_retry_cpuset(int cpuset_mems_cookie, struct alloc_context *ac)
4892 {
4893         /*
4894          * It's possible that cpuset's mems_allowed and the nodemask from
4895          * mempolicy don't intersect. This should be normally dealt with by
4896          * policy_nodemask(), but it's possible to race with cpuset update in
4897          * such a way the check therein was true, and then it became false
4898          * before we got our cpuset_mems_cookie here.
4899          * This assumes that for all allocations, ac->nodemask can come only
4900          * from MPOL_BIND mempolicy (whose documented semantics is to be ignored
4901          * when it does not intersect with the cpuset restrictions) or the
4902          * caller can deal with a violated nodemask.
4903          */
4904         if (cpusets_enabled() && ac->nodemask &&
4905                         !cpuset_nodemask_valid_mems_allowed(ac->nodemask)) {
4906                 ac->nodemask = NULL;
4907                 return true;
4908         }
4909
4910         /*
4911          * When updating a task's mems_allowed or mempolicy nodemask, it is
4912          * possible to race with parallel threads in such a way that our
4913          * allocation can fail while the mask is being updated. If we are about
4914          * to fail, check if the cpuset changed during allocation and if so,
4915          * retry.
4916          */
4917         if (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))
4918                 return true;
4919
4920         return false;
4921 }
4922
4923 static inline struct page *
4924 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4925                                                 struct alloc_context *ac)
4926 {
4927         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
4928         const bool costly_order = order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER;
4929         struct page *page = NULL;
4930         unsigned int alloc_flags;
4931         unsigned long did_some_progress;
4932         enum compact_priority compact_priority;
4933         enum compact_result compact_result;
4934         int compaction_retries;
4935         int no_progress_loops;
4936         unsigned int cpuset_mems_cookie;
4937         unsigned int zonelist_iter_cookie;
4938         int reserve_flags;
4939
4940         /*
4941          * We also sanity check to catch abuse of atomic reserves being used by
4942          * callers that are not in atomic context.
4943          */
4944         if (WARN_ON_ONCE((gfp_mask & (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)) ==
4945                                 (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)))
4946                 gfp_mask &= ~__GFP_ATOMIC;
4947
4948 restart:
4949         compaction_retries = 0;
4950         no_progress_loops = 0;
4951         compact_priority = DEF_COMPACT_PRIORITY;
4952         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
4953         zonelist_iter_cookie = zonelist_iter_begin();
4954
4955         /*
4956          * The fast path uses conservative alloc_flags to succeed only until
4957          * kswapd needs to be woken up, and to avoid the cost of setting up
4958          * alloc_flags precisely. So we do that now.
4959          */
4960         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
4961
4962         /*
4963          * We need to recalculate the starting point for the zonelist iterator
4964          * because we might have used different nodemask in the fast path, or
4965          * there was a cpuset modification and we are retrying - otherwise we
4966          * could end up iterating over non-eligible zones endlessly.
4967          */
4968         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4969                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
4970         if (!ac->preferred_zoneref->zone)
4971                 goto nopage;
4972
4973         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4974                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4975
4976         /*
4977          * The adjusted alloc_flags might result in immediate success, so try
4978          * that first
4979          */
4980         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4981         if (page)
4982                 goto got_pg;
4983
4984         /*
4985          * For costly allocations, try direct compaction first, as it's likely
4986          * that we have enough base pages and don't need to reclaim. For non-
4987          * movable high-order allocations, do that as well, as compaction will
4988          * try prevent permanent fragmentation by migrating from blocks of the
4989          * same migratetype.
4990          * Don't try this for allocations that are allowed to ignore
4991          * watermarks, as the ALLOC_NO_WATERMARKS attempt didn't yet happen.
4992          */
4993         if (can_direct_reclaim &&
4994                         (costly_order ||
4995                            (order > 0 && ac->migratetype != MIGRATE_MOVABLE))
4996                         && !gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_mask)) {
4997                 page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order,
4998                                                 alloc_flags, ac,
4999                                                 INIT_COMPACT_PRIORITY,
5000                                                 &compact_result);
5001                 if (page)
5002                         goto got_pg;
5003
5004                 /*
5005                  * Checks for costly allocations with __GFP_NORETRY, which
5006                  * includes some THP page fault allocations
5007                  */
5008                 if (costly_order && (gfp_mask & __GFP_NORETRY)) {
5009                         /*
5010                          * If allocating entire pageblock(s) and compaction
5011                          * failed because all zones are below low watermarks
5012                          * or is prohibited because it recently failed at this
5013                          * order, fail immediately unless the allocator has
5014                          * requested compaction and reclaim retry.
5015                          *
5016                          * Reclaim is
5017                          *  - potentially very expensive because zones are far
5018                          *    below their low watermarks or this is part of very
5019                          *    bursty high order allocations,
5020                          *  - not guaranteed to help because isolate_freepages()
5021                          *    may not iterate over freed pages as part of its
5022                          *    linear scan, and
5023                          *  - unlikely to make entire pageblocks free on its
5024                          *    own.
5025                          */
5026                         if (compact_result == COMPACT_SKIPPED ||
5027                             compact_result == COMPACT_DEFERRED)
5028                                 goto nopage;
5029
5030                         /*
5031                          * Looks like reclaim/compaction is worth trying, but
5032                          * sync compaction could be very expensive, so keep
5033                          * using async compaction.
5034                          */
5035                         compact_priority = INIT_COMPACT_PRIORITY;
5036                 }
5037         }
5038
5039 retry:
5040         /* Ensure kswapd doesn't accidentally go to sleep as long as we loop */
5041         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
5042                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
5043
5044         reserve_flags = __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
5045         if (reserve_flags)
5046                 alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, reserve_flags);
5047
5048         /*
5049          * Reset the nodemask and zonelist iterators if memory policies can be
5050          * ignored. These allocations are high priority and system rather than
5051          * user oriented.
5052          */
5053         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) || reserve_flags) {
5054                 ac->nodemask = NULL;
5055                 ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
5056                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
5057         }
5058
5059         /* Attempt with potentially adjusted zonelist and alloc_flags */
5060         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
5061         if (page)
5062                 goto got_pg;
5063
5064         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
5065         if (!can_direct_reclaim)
5066                 goto nopage;
5067
5068         /* Avoid recursion of direct reclaim */
5069         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
5070                 goto nopage;
5071
5072         /* Try direct reclaim and then allocating */
5073         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
5074                                                         &did_some_progress);
5075         if (page)
5076                 goto got_pg;
5077
5078         /* Try direct compaction and then allocating */
5079         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
5080                                         compact_priority, &compact_result);
5081         if (page)
5082                 goto got_pg;
5083
5084         /* Do not loop if specifically requested */
5085         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
5086                 goto nopage;
5087
5088         /*
5089          * Do not retry costly high order allocations unless they are
5090          * __GFP_RETRY_MAYFAIL
5091          */
5092         if (costly_order && !(gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL))
5093                 goto nopage;
5094
5095         if (should_reclaim_retry(gfp_mask, order, ac, alloc_flags,
5096                                  did_some_progress > 0, &no_progress_loops))
5097                 goto retry;
5098
5099         /*
5100          * It doesn't make any sense to retry for the compaction if the order-0
5101          * reclaim is not able to make any progress because the current
5102          * implementation of the compaction depends on the sufficient amount
5103          * of free memory (see __compaction_suitable)
5104          */
5105         if (did_some_progress > 0 &&
5106                         should_compact_retry(ac, order, alloc_flags,
5107                                 compact_result, &compact_priority,
5108                                 &compaction_retries))
5109                 goto retry;
5110
5111
5112         /*
5113          * Deal with possible cpuset update races or zonelist updates to avoid
5114          * a unnecessary OOM kill.
5115          */
5116         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac) ||
5117             check_retry_zonelist(zonelist_iter_cookie))
5118                 goto restart;
5119
5120         /* Reclaim has failed us, start killing things */
5121         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
5122         if (page)
5123                 goto got_pg;
5124
5125         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
5126         if (tsk_is_oom_victim(current) &&
5127             (alloc_flags & ALLOC_OOM ||
5128              (gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC)))
5129                 goto nopage;
5130
5131         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
5132         if (did_some_progress) {
5133                 no_progress_loops = 0;
5134                 goto retry;
5135         }
5136
5137 nopage:
5138         /*
5139          * Deal with possible cpuset update races or zonelist updates to avoid
5140          * a unnecessary OOM kill.
5141          */
5142         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac) ||
5143             check_retry_zonelist(zonelist_iter_cookie))
5144                 goto restart;
5145
5146         /*
5147          * Make sure that __GFP_NOFAIL request doesn't leak out and make sure
5148          * we always retry
5149          */
5150         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL) {
5151                 /*
5152                  * All existing users of the __GFP_NOFAIL are blockable, so warn
5153                  * of any new users that actually require GFP_NOWAIT
5154                  */
5155                 if (WARN_ON_ONCE(!can_direct_reclaim))
5156                         goto fail;
5157
5158                 /*
5159                  * PF_MEMALLOC request from this context is rather bizarre
5160                  * because we cannot reclaim anything and only can loop waiting
5161                  * for somebody to do a work for us
5162                  */
5163                 WARN_ON_ONCE(current->flags & PF_MEMALLOC);
5164
5165                 /*
5166                  * non failing costly orders are a hard requirement which we
5167                  * are not prepared for much so let's warn about these users
5168                  * so that we can identify them and convert them to something
5169                  * else.
5170                  */
5171                 WARN_ON_ONCE(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
5172
5173                 /*
5174                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
5175                  * reserves but do not use ALLOC_NO_WATERMARKS because this
5176                  * could deplete whole memory reserves which would just make
5177                  * the situation worse
5178                  */
5179                 page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order, ALLOC_HARDER, ac);
5180                 if (page)
5181                         goto got_pg;
5182
5183                 cond_resched();
5184                 goto retry;
5185         }
5186 fail:
5187         warn_alloc(gfp_mask, ac->nodemask,
5188                         "page allocation failure: order:%u", order);
5189 got_pg:
5190         return page;
5191 }
5192
5193 static inline bool prepare_alloc_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
5194                 int preferred_nid, nodemask_t *nodemask,
5195                 struct alloc_context *ac, gfp_t *alloc_gfp,
5196                 unsigned int *alloc_flags)
5197 {
5198         ac->highest_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
5199         ac->zonelist = node_zonelist(preferred_nid, gfp_mask);
5200         ac->nodemask = nodemask;
5201         ac->migratetype = gfp_migratetype(gfp_mask);
5202
5203         if (cpusets_enabled()) {
5204                 *alloc_gfp |= __GFP_HARDWALL;
5205                 /*
5206                  * When we are in the interrupt context, it is irrelevant
5207                  * to the current task context. It means that any node ok.
5208                  */
5209                 if (in_task() && !ac->nodemask)
5210                         ac->nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
5211                 else
5212                         *alloc_flags |= ALLOC_CPUSET;
5213         }
5214
5215         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
5216         fs_reclaim_release(gfp_mask);
5217
5218         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM);
5219
5220         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
5221                 return false;
5222
5223         *alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, *alloc_flags);
5224
5225         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
5226         ac->spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
5227
5228         /*
5229          * The preferred zone is used for statistics but crucially it is
5230          * also used as the starting point for the zonelist iterator. It
5231          * may get reset for allocations that ignore memory policies.
5232          */
5233         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
5234                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
5235
5236         return true;
5237 }
5238
5239 /*
5240  * __alloc_pages_bulk - Allocate a number of order-0 pages to a list or array
5241  * @gfp: GFP flags for the allocation
5242  * @preferred_nid: The preferred NUMA node ID to allocate from
5243  * @nodemask: Set of nodes to allocate from, may be NULL
5244  * @nr_pages: The number of pages desired on the list or array
5245  * @page_list: Optional list to store the allocated pages
5246  * @page_array: Optional array to store the pages
5247  *
5248  * This is a batched version of the page allocator that attempts to
5249  * allocate nr_pages quickly. Pages are added to page_list if page_list
5250  * is not NULL, otherwise it is assumed that the page_array is valid.
5251  *
5252  * For lists, nr_pages is the number of pages that should be allocated.
5253  *
5254  * For arrays, only NULL elements are populated with pages and nr_pages
5255  * is the maximum number of pages that will be stored in the array.
5256  *
5257  * Returns the number of pages on the list or array.
5258  */
5259 unsigned long __alloc_pages_bulk(gfp_t gfp, int preferred_nid,
5260                         nodemask_t *nodemask, int nr_pages,
5261                         struct list_head *page_list,
5262                         struct page **page_array)
5263 {
5264         struct page *page;
5265         unsigned long flags;
5266         struct zone *zone;
5267         struct zoneref *z;
5268         struct per_cpu_pages *pcp;
5269         struct list_head *pcp_list;
5270         struct alloc_context ac;
5271         gfp_t alloc_gfp;
5272         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
5273         int nr_populated = 0, nr_account = 0;
5274
5275         /*
5276          * Skip populated array elements to determine if any pages need
5277          * to be allocated before disabling IRQs.
5278          */
5279         while (page_array && nr_populated < nr_pages && page_array[nr_populated])
5280                 nr_populated++;
5281
5282         /* No pages requested? */
5283         if (unlikely(nr_pages <= 0))
5284                 goto out;
5285
5286         /* Already populated array? */
5287         if (unlikely(page_array && nr_pages - nr_populated == 0))
5288                 goto out;
5289
5290         /* Bulk allocator does not support memcg accounting. */
5291         if (memcg_kmem_enabled() && (gfp & __GFP_ACCOUNT))
5292                 goto failed;
5293
5294         /* Use the single page allocator for one page. */
5295         if (nr_pages - nr_populated == 1)
5296                 goto failed;
5297
5298 #ifdef CONFIG_PAGE_OWNER
5299         /*
5300          * PAGE_OWNER may recurse into the allocator to allocate space to
5301          * save the stack with pagesets.lock held. Releasing/reacquiring
5302          * removes much of the performance benefit of bulk allocation so
5303          * force the caller to allocate one page at a time as it'll have
5304          * similar performance to added complexity to the bulk allocator.
5305          */
5306         if (static_branch_unlikely(&page_owner_inited))
5307                 goto failed;
5308 #endif
5309
5310         /* May set ALLOC_NOFRAGMENT, fragmentation will return 1 page. */
5311         gfp &= gfp_allowed_mask;
5312         alloc_gfp = gfp;
5313         if (!prepare_alloc_pages(gfp, 0, preferred_nid, nodemask, &ac, &alloc_gfp, &alloc_flags))
5314                 goto out;
5315         gfp = alloc_gfp;
5316
5317         /* Find an allowed local zone that meets the low watermark. */
5318         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac.zonelist, ac.highest_zoneidx, ac.nodemask) {
5319                 unsigned long mark;
5320
5321                 if (cpusets_enabled() && (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
5322                     !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp)) {
5323                         continue;
5324                 }
5325
5326                 if (nr_online_nodes > 1 && zone != ac.preferred_zoneref->zone &&
5327                     zone_to_nid(zone) != zone_to_nid(ac.preferred_zoneref->zone)) {
5328                         goto failed;
5329                 }
5330
5331                 mark = wmark_pages(zone, alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK) + nr_pages;
5332                 if (zone_watermark_fast(zone, 0,  mark,
5333                                 zonelist_zone_idx(ac.preferred_zoneref),
5334                                 alloc_flags, gfp)) {
5335                         break;
5336                 }
5337         }
5338
5339         /*
5340          * If there are no allowed local zones that meets the watermarks then
5341          * try to allocate a single page and reclaim if necessary.
5342          */
5343         if (unlikely(!zone))
5344                 goto failed;
5345
5346         /* Attempt the batch allocation */
5347         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
5348         pcp = this_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset);
5349         pcp_list = &pcp->lists[order_to_pindex(ac.migratetype, 0)];
5350
5351         while (nr_populated < nr_pages) {
5352
5353                 /* Skip existing pages */
5354                 if (page_array && page_array[nr_populated]) {
5355                         nr_populated++;
5356                         continue;
5357                 }
5358
5359                 page = __rmqueue_pcplist(zone, 0, ac.migratetype, alloc_flags,
5360                                                                 pcp, pcp_list);
5361                 if (unlikely(!page)) {
5362                         /* Try and allocate at least one page */
5363                         if (!nr_account)
5364                                 goto failed_irq;
5365                         break;
5366                 }
5367                 nr_account++;
5368
5369                 prep_new_page(page, 0, gfp, 0);
5370                 if (page_list)
5371                         list_add(&page->lru, page_list);
5372                 else
5373                         page_array[nr_populated] = page;
5374                 nr_populated++;
5375         }
5376
5377         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
5378
5379         __count_zid_vm_events(PGALLOC, zone_idx(zone), nr_account);
5380         zone_statistics(ac.preferred_zoneref->zone, zone, nr_account);
5381
5382 out:
5383         return nr_populated;
5384
5385 failed_irq:
5386         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
5387
5388 failed:
5389         page = __alloc_pages(gfp, 0, preferred_nid, nodemask);
5390         if (page) {
5391                 if (page_list)
5392                         list_add(&page->lru, page_list);
5393                 else
5394                         page_array[nr_populated] = page;
5395                 nr_populated++;
5396         }
5397
5398         goto out;
5399 }
5400 EXPORT_SYMBOL_GPL(__alloc_pages_bulk);
5401
5402 /*
5403  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
5404  */
5405 struct page *__alloc_pages(gfp_t gfp, unsigned int order, int preferred_nid,
5406                                                         nodemask_t *nodemask)
5407 {
5408         struct page *page;
5409         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
5410         gfp_t alloc_gfp; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
5411         struct alloc_context ac = { };
5412
5413         /*
5414          * There are several places where we assume that the order value is sane
5415          * so bail out early if the request is out of bound.
5416          */
5417         if (unlikely(order >= MAX_ORDER)) {
5418                 WARN_ON_ONCE(!(gfp & __GFP_NOWARN));
5419                 return NULL;
5420         }
5421
5422         gfp &= gfp_allowed_mask;
5423         /*
5424          * Apply scoped allocation constraints. This is mainly about GFP_NOFS
5425          * resp. GFP_NOIO which has to be inherited for all allocation requests
5426          * from a particular context which has been marked by
5427          * memalloc_no{fs,io}_{save,restore}. And PF_MEMALLOC_PIN which ensures
5428          * movable zones are not used during allocation.
5429          */
5430         gfp = current_gfp_context(gfp);
5431         alloc_gfp = gfp;
5432         if (!prepare_alloc_pages(gfp, order, preferred_nid, nodemask, &ac,
5433                         &alloc_gfp, &alloc_flags))
5434                 return NULL;
5435
5436         /*
5437          * Forbid the first pass from falling back to types that fragment
5438          * memory until all local zones are considered.
5439          */
5440         alloc_flags |= alloc_flags_nofragment(ac.preferred_zoneref->zone, gfp);
5441
5442         /* First allocation attempt */
5443         page = get_page_from_freelist(alloc_gfp, order, alloc_flags, &ac);
5444         if (likely(page))
5445                 goto out;
5446
5447         alloc_gfp = gfp;
5448         ac.spread_dirty_pages = false;
5449
5450         /*
5451          * Restore the original nodemask if it was potentially replaced with
5452          * &cpuset_current_mems_allowed to optimize the fast-path attempt.
5453          */
5454         ac.nodemask = nodemask;
5455
5456         page = __alloc_pages_slowpath(alloc_gfp, order, &ac);
5457
5458 out:
5459         if (memcg_kmem_enabled() && (gfp & __GFP_ACCOUNT) && page &&
5460             unlikely(__memcg_kmem_charge_page(page, gfp, order) != 0)) {
5461                 __free_pages(page, order);
5462                 page = NULL;
5463         }
5464
5465         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_gfp, ac.migratetype);
5466
5467         return page;
5468 }
5469 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages);
5470
5471 /*
5472  * Common helper functions. Never use with __GFP_HIGHMEM because the returned
5473  * address cannot represent highmem pages. Use alloc_pages and then kmap if
5474  * you need to access high mem.
5475  */
5476 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
5477 {
5478         struct page *page;
5479
5480         page = alloc_pages(gfp_mask & ~__GFP_HIGHMEM, order);
5481         if (!page)
5482                 return 0;
5483         return (unsigned long) page_address(page);
5484 }
5485 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
5486
5487 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
5488 {
5489         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
5490 }
5491 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
5492
5493 /**
5494  * __free_pages - Free pages allocated with alloc_pages().
5495  * @page: The page pointer returned from alloc_pages().
5496  * @order: The order of the allocation.
5497  *
5498  * This function can free multi-page allocations that are not compound
5499  * pages.  It does not check that the @order passed in matches that of
5500  * the allocation, so it is easy to leak memory.  Freeing more memory
5501  * than was allocated will probably emit a warning.
5502  *
5503  * If the last reference to this page is speculative, it will be released
5504  * by put_page() which only frees the first page of a non-compound
5505  * allocation.  To prevent the remaining pages from being leaked, we free
5506  * the subsequent pages here.  If you want to use the page's reference
5507  * count to decide when to free the allocation, you should allocate a
5508  * compound page, and use put_page() instead of __free_pages().
5509  *
5510  * Context: May be called in interrupt context or while holding a normal
5511  * spinlock, but not in NMI context or while holding a raw spinlock.
5512  */
5513 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
5514 {
5515         if (put_page_testzero(page))
5516                 free_the_page(page, order);
5517         else if (!PageHead(page))
5518                 while (order-- > 0)
5519                         free_the_page(page + (1 << order), order);
5520 }
5521 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
5522
5523 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
5524 {
5525         if (addr != 0) {
5526                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
5527                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
5528         }
5529 }
5530
5531 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
5532
5533 /*
5534  * Page Fragment:
5535  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
5536  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
5537  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
5538  *
5539  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
5540  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
5541  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
5542  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
5543  */
5544 static struct page *__page_frag_cache_refill(struct page_frag_cache *nc,
5545                                              gfp_t gfp_mask)
5546 {
5547         struct page *page = NULL;
5548         gfp_t gfp = gfp_mask;
5549
5550 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
5551         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
5552                     __GFP_NOMEMALLOC;
5553         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
5554                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
5555         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
5556 #endif
5557         if (unlikely(!page))
5558                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
5559
5560         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
5561
5562         return page;
5563 }
5564
5565 void __page_frag_cache_drain(struct page *page, unsigned int count)
5566 {
5567         VM_BUG_ON_PAGE(page_ref_count(page) == 0, page);
5568
5569         if (page_ref_sub_and_test(page, count))
5570                 free_the_page(page, compound_order(page));
5571 }
5572 EXPORT_SYMBOL(__page_frag_cache_drain);
5573
5574 void *page_frag_alloc_align(struct page_frag_cache *nc,
5575                       unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask,
5576                       unsigned int align_mask)
5577 {
5578         unsigned int size = PAGE_SIZE;
5579         struct page *page;
5580         int offset;
5581
5582         if (unlikely(!nc->va)) {
5583 refill:
5584                 page = __page_frag_cache_refill(nc, gfp_mask);
5585                 if (!page)
5586                         return NULL;
5587
5588 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
5589                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
5590                 size = nc->size;
5591 #endif
5592                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
5593                  * This would break get_page_unless_zero() users.
5594                  */
5595                 page_ref_add(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE);
5596
5597                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
5598                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
5599                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
5600                 nc->offset = size;
5601         }
5602
5603         offset = nc->offset - fragsz;
5604         if (unlikely(offset < 0)) {
5605                 page = virt_to_page(nc->va);
5606
5607                 if (!page_ref_sub_and_test(page, nc->pagecnt_bias))
5608                         goto refill;
5609
5610                 if (unlikely(nc->pfmemalloc)) {
5611                         free_the_page(page, compound_order(page));
5612                         goto refill;
5613                 }
5614
5615 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
5616                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
5617                 size = nc->size;
5618 #endif
5619                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
5620                 set_page_count(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1);
5621
5622                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
5623                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
5624                 offset = size - fragsz;
5625                 if (unlikely(offset < 0)) {
5626                         /*
5627                          * The caller is trying to allocate a fragment
5628                          * with fragsz > PAGE_SIZE but the cache isn't big
5629                          * enough to satisfy the request, this may
5630                          * happen in low memory conditions.
5631                          * We don't release the cache page because
5632                          * it could make memory pressure worse
5633                          * so we simply return NULL here.
5634                          */
5635                         return NULL;
5636                 }
5637         }
5638
5639         nc->pagecnt_bias--;
5640         offset &= align_mask;
5641         nc->offset = offset;
5642
5643         return nc->va + offset;
5644 }
5645 EXPORT_SYMBOL(page_frag_alloc_align);
5646
5647 /*
5648  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
5649  */
5650 void page_frag_free(void *addr)
5651 {
5652         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
5653
5654         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
5655                 free_the_page(page, compound_order(page));
5656 }
5657 EXPORT_SYMBOL(page_frag_free);
5658
5659 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
5660                 size_t size)
5661 {
5662         if (addr) {
5663                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
5664                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
5665
5666                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
5667                 while (used < alloc_end) {
5668                         free_page(used);
5669                         used += PAGE_SIZE;
5670                 }
5671         }
5672         return (void *)addr;
5673 }
5674
5675 /**
5676  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
5677  * @size: the number of bytes to allocate
5678  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
5679  *
5680  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
5681  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
5682  * allocate memory in power-of-two pages.
5683  *
5684  * This function is also limited by MAX_ORDER.
5685  *
5686  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
5687  *
5688  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
5689  */
5690 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
5691 {
5692         unsigned int order = get_order(size);
5693         unsigned long addr;
5694
5695         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_COMP))
5696                 gfp_mask &= ~__GFP_COMP;
5697
5698         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
5699         return make_alloc_exact(addr, order, size);
5700 }
5701 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
5702
5703 /**
5704  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
5705  *                         pages on a node.
5706  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
5707  * @size: the number of bytes to allocate
5708  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
5709  *
5710  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
5711  * back.
5712  *
5713  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
5714  */
5715 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
5716 {
5717         unsigned int order = get_order(size);
5718         struct page *p;
5719
5720         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_COMP))
5721                 gfp_mask &= ~__GFP_COMP;
5722
5723         p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
5724         if (!p)
5725                 return NULL;
5726         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
5727 }
5728
5729 /**
5730  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
5731  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
5732  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
5733  *
5734  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
5735  */
5736 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
5737 {
5738         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
5739         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
5740
5741         while (addr < end) {
5742                 free_page(addr);
5743                 addr += PAGE_SIZE;
5744         }
5745 }
5746 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
5747
5748 /**
5749  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
5750  * @offset: The zone index of the highest zone
5751  *
5752  * nr_free_zone_pages() counts the number of pages which are beyond the
5753  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
5754  * zone, the number of pages is calculated as:
5755  *
5756  *     nr_free_zone_pages = managed_pages - high_pages
5757  *
5758  * Return: number of pages beyond high watermark.
5759  */
5760 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
5761 {
5762         struct zoneref *z;
5763         struct zone *zone;
5764
5765         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
5766         unsigned long sum = 0;
5767
5768         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
5769
5770         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
5771                 unsigned long size = zone_managed_pages(zone);
5772                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
5773                 if (size > high)
5774                         sum += size - high;
5775         }
5776
5777         return sum;
5778 }
5779
5780 /**
5781  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
5782  *
5783  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
5784  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
5785  *
5786  * Return: number of pages beyond high watermark within ZONE_DMA and
5787  * ZONE_NORMAL.
5788  */
5789 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
5790 {
5791         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
5792 }
5793 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
5794
5795 static inline void show_node(struct zone *zone)
5796 {
5797         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
5798                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
5799 }
5800
5801 long si_mem_available(void)
5802 {
5803         long available;
5804         unsigned long pagecache;
5805         unsigned long wmark_low = 0;
5806         unsigned long pages[NR_LRU_LISTS];
5807         unsigned long reclaimable;
5808         struct zone *zone;
5809         int lru;
5810
5811         for (lru = LRU_BASE; lru < NR_LRU_LISTS; lru++)
5812                 pages[lru] = global_node_page_state(NR_LRU_BASE + lru);
5813
5814         for_each_zone(zone)
5815                 wmark_low += low_wmark_pages(zone);
5816
5817         /*
5818          * Estimate the amount of memory available for userspace allocations,
5819          * without causing swapping.
5820          */
5821         available = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES) - totalreserve_pages;
5822
5823         /*
5824          * Not all the page cache can be freed, otherwise the system will
5825          * start swapping. Assume at least half of the page cache, or the
5826          * low watermark worth of cache, needs to stay.
5827          */
5828         pagecache = pages[LRU_ACTIVE_FILE] + pages[LRU_INACTIVE_FILE];
5829         pagecache -= min(pagecache / 2, wmark_low);
5830         available += pagecache;
5831
5832         /*
5833          * Part of the reclaimable slab and other kernel memory consists of
5834          * items that are in use, and cannot be freed. Cap this estimate at the
5835          * low watermark.
5836          */
5837         reclaimable = global_node_page_state_pages(NR_SLAB_RECLAIMABLE_B) +
5838                 global_node_page_state(NR_KERNEL_MISC_RECLAIMABLE);
5839         available += reclaimable - min(reclaimable / 2, wmark_low);
5840
5841         if (available < 0)
5842                 available = 0;
5843         return available;
5844 }
5845 EXPORT_SYMBOL_GPL(si_mem_available);
5846
5847 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
5848 {
5849         val->totalram = totalram_pages();
5850         val->sharedram = global_node_page_state(NR_SHMEM);
5851         val->freeram = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES);
5852         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
5853         val->totalhigh = totalhigh_pages();
5854         val->freehigh = nr_free_highpages();
5855         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
5856 }
5857
5858 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
5859
5860 #ifdef CONFIG_NUMA
5861 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
5862 {
5863         int zone_type;          /* needs to be signed */
5864         unsigned long managed_pages = 0;
5865         unsigned long managed_highpages = 0;
5866         unsigned long free_highpages = 0;
5867         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5868
5869         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
5870                 managed_pages += zone_managed_pages(&pgdat->node_zones[zone_type]);
5871         val->totalram = managed_pages;
5872         val->sharedram = node_page_state(pgdat, NR_SHMEM);
5873         val->freeram = sum_zone_node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
5874 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
5875         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++) {
5876                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
5877
5878                 if (is_highmem(zone)) {
5879                         managed_highpages += zone_managed_pages(zone);
5880                         free_highpages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
5881                 }
5882         }
5883         val->totalhigh = managed_highpages;
5884         val->freehigh = free_highpages;
5885 #else
5886         val->totalhigh = managed_highpages;
5887         val->freehigh = free_highpages;
5888 #endif
5889         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
5890 }
5891 #endif
5892
5893 /*
5894  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
5895  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
5896  */
5897 static bool show_mem_node_skip(unsigned int flags, int nid, nodemask_t *nodemask)
5898 {
5899         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
5900                 return false;
5901
5902         /*
5903          * no node mask - aka implicit memory numa policy. Do not bother with
5904          * the synchronization - read_mems_allowed_begin - because we do not
5905          * have to be precise here.
5906          */
5907         if (!nodemask)
5908                 nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
5909
5910         return !node_isset(nid, *nodemask);
5911 }
5912
5913 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
5914
5915 static void show_migration_types(unsigned char type)
5916 {
5917         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
5918                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
5919                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
5920                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
5921                 [MIGRATE_HIGHATOMIC]    = 'H',
5922 #ifdef CONFIG_CMA
5923                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
5924 #endif
5925 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
5926                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
5927 #endif
5928         };
5929         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
5930         char *p = tmp;
5931         int i;
5932
5933         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
5934                 if (type & (1 << i))
5935                         *p++ = types[i];
5936         }
5937
5938         *p = '\0';
5939         printk(KERN_CONT "(%s) ", tmp);
5940 }
5941
5942 /*
5943  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
5944  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
5945  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
5946  *
5947  * Bits in @filter:
5948  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
5949  *   cpuset.
5950  */
5951 void show_free_areas(unsigned int filter, nodemask_t *nodemask)
5952 {
5953         unsigned long free_pcp = 0;
5954         int cpu;
5955         struct zone *zone;
5956         pg_data_t *pgdat;
5957
5958         for_each_populated_zone(zone) {
5959                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5960                         continue;
5961
5962                 for_each_online_cpu(cpu)
5963                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu)->count;
5964         }
5965
5966         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
5967                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
5968                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu\n"
5969                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
5970                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
5971                 " kernel_misc_reclaimable:%lu\n"
5972                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
5973                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
5974                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
5975                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
5976                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
5977                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
5978                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
5979                 global_node_page_state(NR_UNEVICTABLE),
5980                 global_node_page_state(NR_FILE_DIRTY),
5981                 global_node_page_state(NR_WRITEBACK),
5982                 global_node_page_state_pages(NR_SLAB_RECLAIMABLE_B),
5983                 global_node_page_state_pages(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE_B),
5984                 global_node_page_state(NR_FILE_MAPPED),
5985                 global_node_page_state(NR_SHMEM),
5986                 global_node_page_state(NR_PAGETABLE),
5987                 global_zone_page_state(NR_BOUNCE),
5988                 global_node_page_state(NR_KERNEL_MISC_RECLAIMABLE),
5989                 global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES),
5990                 free_pcp,
5991                 global_zone_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
5992
5993         for_each_online_pgdat(pgdat) {
5994                 if (show_mem_node_skip(filter, pgdat->node_id, nodemask))
5995                         continue;
5996
5997                 printk("Node %d"
5998                         " active_anon:%lukB"
5999                         " inactive_anon:%lukB"
6000                         " active_file:%lukB"
6001                         " inactive_file:%lukB"
6002                         " unevictable:%lukB"
6003                         " isolated(anon):%lukB"
6004                         " isolated(file):%lukB"
6005                         " mapped:%lukB"
6006                         " dirty:%lukB"
6007                         " writeback:%lukB"
6008                         " shmem:%lukB"
6009 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
6010                         " shmem_thp: %lukB"
6011                         " shmem_pmdmapped: %lukB"
6012                         " anon_thp: %lukB"
6013 #endif
6014                         " writeback_tmp:%lukB"
6015                         " kernel_stack:%lukB"
6016 #ifdef CONFIG_SHADOW_CALL_STACK
6017                         " shadow_call_stack:%lukB"
6018 #endif
6019                         " pagetables:%lukB"
6020                         " all_unreclaimable? %s"
6021                         "\n",
6022                         pgdat->node_id,
6023                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_ANON)),
6024                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON)),
6025                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE)),
6026                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE)),
6027                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNEVICTABLE)),
6028                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON)),
6029                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_FILE)),
6030                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_MAPPED)),
6031                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_DIRTY)),
6032                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK)),
6033                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM)),
6034 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
6035                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_THPS)),
6036                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_PMDMAPPED)),
6037                         K(node_page_state(pgdat, NR_ANON_THPS)),
6038 #endif
6039                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK_TEMP)),
6040                         node_page_state(pgdat, NR_KERNEL_STACK_KB),
6041 #ifdef CONFIG_SHADOW_CALL_STACK
6042                         node_page_state(pgdat, NR_KERNEL_SCS_KB),
6043 #endif
6044                         K(node_page_state(pgdat, NR_PAGETABLE)),
6045                         pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES ?
6046                                 "yes" : "no");
6047         }
6048
6049         for_each_populated_zone(zone) {
6050                 int i;
6051
6052                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
6053                         continue;
6054
6055                 free_pcp = 0;
6056                 for_each_online_cpu(cpu)
6057                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu)->count;
6058
6059                 show_node(zone);
6060                 printk(KERN_CONT
6061                         "%s"
6062                         " free:%lukB"
6063                         " min:%lukB"
6064                         " low:%lukB"
6065                         " high:%lukB"
6066                         " reserved_highatomic:%luKB"
6067                         " active_anon:%lukB"
6068                         " inactive_anon:%lukB"
6069                         " active_file:%lukB"
6070                         " inactive_file:%lukB"
6071                         " unevictable:%lukB"
6072                         " writepending:%lukB"
6073                         " present:%lukB"
6074                         " managed:%lukB"
6075                         " mlocked:%lukB"
6076                         " bounce:%lukB"
6077                         " free_pcp:%lukB"
6078                         " local_pcp:%ukB"
6079                         " free_cma:%lukB"
6080                         "\n",
6081                         zone->name,
6082                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
6083                         K(min_wmark_pages(zone)),
6084                         K(low_wmark_pages(zone)),
6085                         K(high_wmark_pages(zone)),
6086                         K(zone->nr_reserved_highatomic),
6087                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_ANON)),
6088                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_ANON)),
6089                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_FILE)),
6090                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_FILE)),
6091                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_UNEVICTABLE)),
6092                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_WRITE_PENDING)),
6093                         K(zone->present_pages),
6094                         K(zone_managed_pages(zone)),
6095                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
6096                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
6097                         K(free_pcp),
6098                         K(this_cpu_read(zone->per_cpu_pageset->count)),
6099                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)));
6100                 printk("lowmem_reserve[]:");
6101                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
6102                         printk(KERN_CONT " %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
6103                 printk(KERN_CONT "\n");
6104         }
6105
6106         for_each_populated_zone(zone) {
6107                 unsigned int order;
6108                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, total = 0;
6109                 unsigned char types[MAX_ORDER];
6110
6111                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
6112                         continue;
6113                 show_node(zone);
6114                 printk(KERN_CONT "%s: ", zone->name);
6115
6116                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6117                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
6118                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
6119                         int type;
6120
6121                         nr[order] = area->nr_free;
6122                         total += nr[order] << order;
6123
6124                         types[order] = 0;
6125                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
6126                                 if (!free_area_empty(area, type))
6127                                         types[order] |= 1 << type;
6128                         }
6129                 }
6130                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6131                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
6132                         printk(KERN_CONT "%lu*%lukB ",
6133                                nr[order], K(1UL) << order);
6134                         if (nr[order])
6135                                 show_migration_types(types[order]);
6136                 }
6137                 printk(KERN_CONT "= %lukB\n", K(total));
6138         }
6139
6140         hugetlb_show_meminfo();
6141
6142         printk("%ld total pagecache pages\n", global_node_page_state(NR_FILE_PAGES));
6143
6144         show_swap_cache_info();
6145 }
6146
6147 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
6148 {
6149         zoneref->zone = zone;
6150         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
6151 }
6152
6153 /*
6154  * Builds allocation fallback zone lists.
6155  *
6156  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
6157  */
6158 static int build_zonerefs_node(pg_data_t *pgdat, struct zoneref *zonerefs)
6159 {
6160         struct zone *zone;
6161         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
6162         int nr_zones = 0;
6163
6164         do {
6165                 zone_type--;
6166                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
6167                 if (populated_zone(zone)) {
6168                         zoneref_set_zone(zone, &zonerefs[nr_zones++]);
6169                         check_highest_zone(zone_type);
6170                 }
6171         } while (zone_type);
6172
6173         return nr_zones;
6174 }
6175
6176 #ifdef CONFIG_NUMA
6177
6178 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
6179 {
6180         /*
6181          * We used to support different zonelists modes but they turned
6182          * out to be just not useful. Let's keep the warning in place
6183          * if somebody still use the cmd line parameter so that we do
6184          * not fail it silently
6185          */
6186         if (!(*s == 'd' || *s == 'D' || *s == 'n' || *s == 'N')) {
6187                 pr_warn("Ignoring unsupported numa_zonelist_order value:  %s\n", s);
6188                 return -EINVAL;
6189         }
6190         return 0;
6191 }
6192
6193 char numa_zonelist_order[] = "Node";
6194
6195 /*
6196  * sysctl handler for numa_zonelist_order
6197  */
6198 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
6199                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6200 {
6201         if (write)
6202                 return __parse_numa_zonelist_order(buffer);
6203         return proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
6204 }
6205
6206
6207 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
6208 static int node_load[MAX_NUMNODES];
6209
6210 /**
6211  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
6212  * @node: node whose fallback list we're appending
6213  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
6214  *
6215  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
6216  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
6217  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
6218  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
6219  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
6220  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
6221  * on them otherwise.
6222  *
6223  * Return: node id of the found node or %NUMA_NO_NODE if no node is found.
6224  */
6225 int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
6226 {
6227         int n, val;
6228         int min_val = INT_MAX;
6229         int best_node = NUMA_NO_NODE;
6230
6231         /* Use the local node if we haven't already */
6232         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
6233                 node_set(node, *used_node_mask);
6234                 return node;
6235         }
6236
6237         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
6238
6239                 /* Don't want a node to appear more than once */
6240                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
6241                         continue;
6242
6243                 /* Use the distance array to find the distance */
6244                 val = node_distance(node, n);
6245
6246                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
6247                 val += (n < node);
6248
6249                 /* Give preference to headless and unused nodes */
6250                 if (!cpumask_empty(cpumask_of_node(n)))
6251                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
6252
6253                 /* Slight preference for less loaded node */
6254                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
6255                 val += node_load[n];
6256
6257                 if (val < min_val) {
6258                         min_val = val;
6259                         best_node = n;
6260                 }
6261         }
6262
6263         if (best_node >= 0)
6264                 node_set(best_node, *used_node_mask);
6265
6266         return best_node;
6267 }
6268
6269
6270 /*
6271  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
6272  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
6273  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
6274  */
6275 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int *node_order,
6276                 unsigned nr_nodes)
6277 {
6278         struct zoneref *zonerefs;
6279         int i;
6280
6281         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
6282
6283         for (i = 0; i < nr_nodes; i++) {
6284                 int nr_zones;
6285
6286                 pg_data_t *node = NODE_DATA(node_order[i]);
6287
6288                 nr_zones = build_zonerefs_node(node, zonerefs);
6289                 zonerefs += nr_zones;
6290         }
6291         zonerefs->zone = NULL;
6292         zonerefs->zone_idx = 0;
6293 }
6294
6295 /*
6296  * Build gfp_thisnode zonelists
6297  */
6298 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
6299 {
6300         struct zoneref *zonerefs;
6301         int nr_zones;
6302
6303         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_NOFALLBACK]._zonerefs;
6304         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
6305         zonerefs += nr_zones;
6306         zonerefs->zone = NULL;
6307         zonerefs->zone_idx = 0;
6308 }
6309
6310 /*
6311  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
6312  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
6313  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
6314  * may still exist in local DMA zone.
6315  */
6316
6317 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
6318 {
6319         static int node_order[MAX_NUMNODES];
6320         int node, load, nr_nodes = 0;
6321         nodemask_t used_mask = NODE_MASK_NONE;
6322         int local_node, prev_node;
6323
6324         /* NUMA-aware ordering of nodes */
6325         local_node = pgdat->node_id;
6326         load = nr_online_nodes;
6327         prev_node = local_node;
6328
6329         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
6330         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
6331                 /*
6332                  * We don't want to pressure a particular node.
6333                  * So adding penalty to the first node in same
6334                  * distance group to make it round-robin.
6335                  */
6336                 if (node_distance(local_node, node) !=
6337                     node_distance(local_node, prev_node))
6338                         node_load[node] = load;
6339
6340                 node_order[nr_nodes++] = node;
6341                 prev_node = node;
6342                 load--;
6343         }
6344
6345         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node_order, nr_nodes);
6346         build_thisnode_zonelists(pgdat);
6347 }
6348
6349 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
6350 /*
6351  * Return node id of node used for "local" allocations.
6352  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
6353  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
6354  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
6355  */
6356 int local_memory_node(int node)
6357 {
6358         struct zoneref *z;
6359
6360         z = first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
6361                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
6362                                    NULL);
6363         return zone_to_nid(z->zone);
6364 }
6365 #endif
6366
6367 static void setup_min_unmapped_ratio(void);
6368 static void setup_min_slab_ratio(void);
6369 #else   /* CONFIG_NUMA */
6370
6371 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
6372 {
6373         int node, local_node;
6374         struct zoneref *zonerefs;
6375         int nr_zones;
6376
6377         local_node = pgdat->node_id;
6378
6379         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
6380         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
6381         zonerefs += nr_zones;
6382
6383         /*
6384          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
6385          * of all the other nodes.
6386          * We don't want to pressure a particular node, so when
6387          * building the zones for node N, we make sure that the
6388          * zones coming right after the local ones are those from
6389          * node N+1 (modulo N)
6390          */
6391         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
6392                 if (!node_online(node))
6393                         continue;
6394                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
6395                 zonerefs += nr_zones;
6396         }
6397         for (node = 0; node < local_node; node++) {
6398                 if (!node_online(node))
6399                         continue;
6400                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
6401                 zonerefs += nr_zones;
6402         }
6403
6404         zonerefs->zone = NULL;
6405         zonerefs->zone_idx = 0;
6406 }
6407
6408 #endif  /* CONFIG_NUMA */
6409
6410 /*
6411  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
6412  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
6413  * that an item put on a list will immediately be handed over to
6414  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
6415  * with interrupts disabled.
6416  *
6417  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
6418  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
6419  * hotplugged processors.
6420  *
6421  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
6422  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
6423  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
6424  */
6425 static void per_cpu_pages_init(struct per_cpu_pages *pcp, struct per_cpu_zonestat *pzstats);
6426 /* These effectively disable the pcplists in the boot pageset completely */
6427 #define BOOT_PAGESET_HIGH       0
6428 #define BOOT_PAGESET_BATCH      1
6429 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pages, boot_pageset);
6430 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_zonestat, boot_zonestats);
6431 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_nodestat, boot_nodestats);
6432
6433 static void __build_all_zonelists(void *data)
6434 {
6435         int nid;
6436         int __maybe_unused cpu;
6437         pg_data_t *self = data;
6438
6439         write_seqlock(&zonelist_update_seq);
6440
6441 #ifdef CONFIG_NUMA
6442         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
6443 #endif
6444
6445         /*
6446          * This node is hotadded and no memory is yet present.   So just
6447          * building zonelists is fine - no need to touch other nodes.
6448          */
6449         if (self && !node_online(self->node_id)) {
6450                 build_zonelists(self);
6451         } else {
6452                 for_each_online_node(nid) {
6453                         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6454
6455                         build_zonelists(pgdat);
6456                 }
6457
6458 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
6459                 /*
6460                  * We now know the "local memory node" for each node--
6461                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
6462                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
6463                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
6464                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
6465                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
6466                  */
6467                 for_each_online_cpu(cpu)
6468                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
6469 #endif
6470         }
6471
6472         write_sequnlock(&zonelist_update_seq);
6473 }
6474
6475 static noinline void __init
6476 build_all_zonelists_init(void)
6477 {
6478         int cpu;
6479
6480         __build_all_zonelists(NULL);
6481
6482         /*
6483          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
6484          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
6485          * each zone will be allocated later when the per cpu
6486          * allocator is available.
6487          *
6488          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
6489          * cpus if the system is already booted because the pagesets
6490          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
6491          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
6492          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
6493          * (a chicken-egg dilemma).
6494          */
6495         for_each_possible_cpu(cpu)
6496                 per_cpu_pages_init(&per_cpu(boot_pageset, cpu), &per_cpu(boot_zonestats, cpu));
6497
6498         mminit_verify_zonelist();
6499         cpuset_init_current_mems_allowed();
6500 }
6501
6502 /*
6503  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
6504  *
6505  * __ref due to call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
6506  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
6507  */
6508 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat)
6509 {
6510         unsigned long vm_total_pages;
6511
6512         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
6513                 build_all_zonelists_init();
6514         } else {
6515                 __build_all_zonelists(pgdat);
6516                 /* cpuset refresh routine should be here */
6517         }
6518         /* Get the number of free pages beyond high watermark in all zones. */
6519         vm_total_pages = nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
6520         /*
6521          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
6522          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
6523          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
6524          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
6525          * disabled and enable it later
6526          */
6527         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
6528                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
6529         else
6530                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
6531
6532         pr_info("Built %u zonelists, mobility grouping %s.  Total pages: %ld\n",
6533                 nr_online_nodes,
6534                 page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
6535                 vm_total_pages);
6536 #ifdef CONFIG_NUMA
6537         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
6538 #endif
6539 }
6540
6541 /* If zone is ZONE_MOVABLE but memory is mirrored, it is an overlapped init */
6542 static bool __meminit
6543 overlap_memmap_init(unsigned long zone, unsigned long *pfn)
6544 {
6545         static struct memblock_region *r;
6546
6547         if (mirrored_kernelcore && zone == ZONE_MOVABLE) {
6548                 if (!r || *pfn >= memblock_region_memory_end_pfn(r)) {
6549                         for_each_mem_region(r) {
6550                                 if (*pfn < memblock_region_memory_end_pfn(r))
6551                                         break;
6552                         }
6553                 }
6554                 if (*pfn >= memblock_region_memory_base_pfn(r) &&
6555                     memblock_is_mirror(r)) {
6556                         *pfn = memblock_region_memory_end_pfn(r);
6557                         return true;
6558                 }
6559         }
6560         return false;
6561 }
6562
6563 /*
6564  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
6565  * up by memblock_free_all() once the early boot process is
6566  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
6567  *
6568  * All aligned pageblocks are initialized to the specified migratetype
6569  * (usually MIGRATE_MOVABLE). Besides setting the migratetype, no related
6570  * zone stats (e.g., nr_isolate_pageblock) are touched.
6571  */
6572 void __meminit memmap_init_range(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
6573                 unsigned long start_pfn, unsigned long zone_end_pfn,
6574                 enum meminit_context context,
6575                 struct vmem_altmap *altmap, int migratetype)
6576 {
6577         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + size;
6578         struct page *page;
6579
6580         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
6581                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
6582
6583 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
6584         /*
6585          * Honor reservation requested by the driver for this ZONE_DEVICE
6586          * memory. We limit the total number of pages to initialize to just
6587          * those that might contain the memory mapping. We will defer the
6588          * ZONE_DEVICE page initialization until after we have released
6589          * the hotplug lock.
6590          */
6591         if (zone == ZONE_DEVICE) {
6592                 if (!altmap)
6593                         return;
6594
6595                 if (start_pfn == altmap->base_pfn)
6596                         start_pfn += altmap->reserve;
6597                 end_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
6598         }
6599 #endif
6600
6601         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; ) {
6602                 /*
6603                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s handed to this
6604                  * function.  They do not exist on hotplugged memory.
6605                  */
6606                 if (context == MEMINIT_EARLY) {
6607                         if (overlap_memmap_init(zone, &pfn))
6608                                 continue;
6609                         if (defer_init(nid, pfn, zone_end_pfn))
6610                                 break;
6611                 }
6612
6613                 page = pfn_to_page(pfn);
6614                 __init_single_page(page, pfn, zone, nid);
6615                 if (context == MEMINIT_HOTPLUG)
6616                         __SetPageReserved(page);
6617
6618                 /*
6619                  * Usually, we want to mark the pageblock MIGRATE_MOVABLE,
6620                  * such that unmovable allocations won't be scattered all
6621                  * over the place during system boot.
6622                  */
6623                 if (IS_ALIGNED(pfn, pageblock_nr_pages)) {
6624                         set_pageblock_migratetype(page, migratetype);
6625                         cond_resched();
6626                 }
6627                 pfn++;
6628         }
6629 }
6630
6631 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
6632 void __ref memmap_init_zone_device(struct zone *zone,
6633                                    unsigned long start_pfn,
6634                                    unsigned long nr_pages,
6635                                    struct dev_pagemap *pgmap)
6636 {
6637         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + nr_pages;
6638         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
6639         struct vmem_altmap *altmap = pgmap_altmap(pgmap);
6640         unsigned long zone_idx = zone_idx(zone);
6641         unsigned long start = jiffies;
6642         int nid = pgdat->node_id;
6643
6644         if (WARN_ON_ONCE(!pgmap || zone_idx(zone) != ZONE_DEVICE))
6645                 return;
6646
6647         /*
6648          * The call to memmap_init should have already taken care
6649          * of the pages reserved for the memmap, so we can just jump to
6650          * the end of that region and start processing the device pages.
6651          */
6652         if (altmap) {
6653                 start_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
6654                 nr_pages = end_pfn - start_pfn;
6655         }
6656
6657         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
6658                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
6659
6660                 __init_single_page(page, pfn, zone_idx, nid);
6661
6662                 /*
6663                  * Mark page reserved as it will need to wait for onlining
6664                  * phase for it to be fully associated with a zone.
6665                  *
6666                  * We can use the non-atomic __set_bit operation for setting
6667                  * the flag as we are still initializing the pages.
6668                  */
6669                 __SetPageReserved(page);
6670
6671                 /*
6672                  * ZONE_DEVICE pages union ->lru with a ->pgmap back pointer
6673                  * and zone_device_data.  It is a bug if a ZONE_DEVICE page is
6674                  * ever freed or placed on a driver-private list.
6675                  */
6676                 page->pgmap = pgmap;
6677                 page->zone_device_data = NULL;
6678
6679                 /*
6680                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
6681                  * movable at startup. This will force kernel allocations
6682                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
6683                  * the address space during boot when many long-lived
6684                  * kernel allocations are made.
6685                  *
6686                  * Please note that MEMINIT_HOTPLUG path doesn't clear memmap
6687                  * because this is done early in section_activate()
6688                  */
6689                 if (IS_ALIGNED(pfn, pageblock_nr_pages)) {
6690                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
6691                         cond_resched();
6692                 }
6693         }
6694
6695         pr_info("%s initialised %lu pages in %ums\n", __func__,
6696                 nr_pages, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
6697 }
6698
6699 #endif
6700 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
6701 {
6702         unsigned int order, t;
6703         for_each_migratetype_order(order, t) {
6704                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
6705                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
6706         }
6707 }
6708
6709 /*
6710  * Only struct pages that correspond to ranges defined by memblock.memory
6711  * are zeroed and initialized by going through __init_single_page() during
6712  * memmap_init_zone_range().
6713  *
6714  * But, there could be struct pages that correspond to holes in
6715  * memblock.memory. This can happen because of the following reasons:
6716  * - physical memory bank size is not necessarily the exact multiple of the
6717  *   arbitrary section size
6718  * - early reserved memory may not be listed in memblock.memory
6719  * - memory layouts defined with memmap= kernel parameter may not align
6720  *   nicely with memmap sections
6721  *
6722  * Explicitly initialize those struct pages so that:
6723  * - PG_Reserved is set
6724  * - zone and node links point to zone and node that span the page if the
6725  *   hole is in the middle of a zone
6726  * - zone and node links point to adjacent zone/node if the hole falls on
6727  *   the zone boundary; the pages in such holes will be prepended to the
6728  *   zone/node above the hole except for the trailing pages in the last
6729  *   section that will be appended to the zone/node below.
6730  */
6731 static void __init init_unavailable_range(unsigned long spfn,
6732                                           unsigned long epfn,
6733                                           int zone, int node)
6734 {
6735         unsigned long pfn;
6736         u64 pgcnt = 0;
6737
6738         for (pfn = spfn; pfn < epfn; pfn++) {
6739                 if (!pfn_valid(ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages))) {
6740                         pfn = ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages)
6741                                 + pageblock_nr_pages - 1;
6742                         continue;
6743                 }
6744                 __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zone, node);
6745                 __SetPageReserved(pfn_to_page(pfn));
6746                 pgcnt++;
6747         }
6748
6749         if (pgcnt)
6750                 pr_info("On node %d, zone %s: %lld pages in unavailable ranges",
6751                         node, zone_names[zone], pgcnt);
6752 }
6753
6754 static void __init memmap_init_zone_range(struct zone *zone,
6755                                           unsigned long start_pfn,
6756                                           unsigned long end_pfn,
6757                                           unsigned long *hole_pfn)
6758 {
6759         unsigned long zone_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
6760         unsigned long zone_end_pfn = zone_start_pfn + zone->spanned_pages;
6761         int nid = zone_to_nid(zone), zone_id = zone_idx(zone);
6762
6763         start_pfn = clamp(start_pfn, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6764         end_pfn = clamp(end_pfn, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6765
6766         if (start_pfn >= end_pfn)
6767                 return;
6768
6769         memmap_init_range(end_pfn - start_pfn, nid, zone_id, start_pfn,
6770                           zone_end_pfn, MEMINIT_EARLY, NULL, MIGRATE_MOVABLE);
6771
6772         if (*hole_pfn < start_pfn)
6773                 init_unavailable_range(*hole_pfn, start_pfn, zone_id, nid);
6774
6775         *hole_pfn = end_pfn;
6776 }
6777
6778 static void __init memmap_init(void)
6779 {
6780         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6781         unsigned long hole_pfn = 0;
6782         int i, j, zone_id = 0, nid;
6783
6784         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
6785                 struct pglist_data *node = NODE_DATA(nid);
6786
6787                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6788                         struct zone *zone = node->node_zones + j;
6789
6790                         if (!populated_zone(zone))
6791                                 continue;
6792
6793                         memmap_init_zone_range(zone, start_pfn, end_pfn,
6794                                                &hole_pfn);
6795                         zone_id = j;
6796                 }
6797         }
6798
6799 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
6800         /*
6801          * Initialize the memory map for hole in the range [memory_end,
6802          * section_end].
6803          * Append the pages in this hole to the highest zone in the last
6804          * node.
6805          * The call to init_unavailable_range() is outside the ifdef to
6806          * silence the compiler warining about zone_id set but not used;
6807          * for FLATMEM it is a nop anyway
6808          */
6809         end_pfn = round_up(end_pfn, PAGES_PER_SECTION);
6810         if (hole_pfn < end_pfn)
6811 #endif
6812                 init_unavailable_range(hole_pfn, end_pfn, zone_id, nid);
6813 }
6814
6815 void __init *memmap_alloc(phys_addr_t size, phys_addr_t align,
6816                           phys_addr_t min_addr, int nid, bool exact_nid)
6817 {
6818         void *ptr;
6819
6820         if (exact_nid)
6821                 ptr = memblock_alloc_exact_nid_raw(size, align, min_addr,
6822                                                    MEMBLOCK_ALLOC_ACCESSIBLE,
6823                                                    nid);
6824         else
6825                 ptr = memblock_alloc_try_nid_raw(size, align, min_addr,
6826                                                  MEMBLOCK_ALLOC_ACCESSIBLE,
6827                                                  nid);
6828
6829         if (ptr && size > 0)
6830                 page_init_poison(ptr, size);
6831
6832         return ptr;
6833 }
6834
6835 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
6836 {
6837 #ifdef CONFIG_MMU
6838         int batch;
6839
6840         /*
6841          * The number of pages to batch allocate is either ~0.1%
6842          * of the zone or 1MB, whichever is smaller. The batch
6843          * size is striking a balance between allocation latency
6844          * and zone lock contention.
6845          */
6846         batch = min(zone_managed_pages(zone) >> 10, (1024 * 1024) / PAGE_SIZE);
6847         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
6848         if (batch < 1)
6849                 batch = 1;
6850
6851         /*
6852          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
6853          * of 2 value was found to be more likely to have
6854          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
6855          *
6856          * For example if 2 tasks are alternately allocating
6857          * batches of pages, one task can end up with a lot
6858          * of pages of one half of the possible page colors
6859          * and the other with pages of the other colors.
6860          */
6861         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
6862
6863         return batch;
6864
6865 #else
6866         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
6867          * conditions.
6868          *
6869          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
6870          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
6871          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
6872          *
6873          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
6874          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
6875          * can be a significant delay between the individual batches being
6876          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
6877          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
6878          */
6879         return 0;
6880 #endif
6881 }
6882
6883 static int zone_highsize(struct zone *zone, int batch, int cpu_online)
6884 {
6885 #ifdef CONFIG_MMU
6886         int high;
6887         int nr_split_cpus;
6888         unsigned long total_pages;
6889
6890         if (!percpu_pagelist_high_fraction) {
6891                 /*
6892                  * By default, the high value of the pcp is based on the zone
6893                  * low watermark so that if they are full then background
6894                  * reclaim will not be started prematurely.
6895                  */
6896                 total_pages = low_wmark_pages(zone);
6897         } else {
6898                 /*
6899                  * If percpu_pagelist_high_fraction is configured, the high
6900                  * value is based on a fraction of the managed pages in the
6901                  * zone.
6902                  */
6903                 total_pages = zone_managed_pages(zone) / percpu_pagelist_high_fraction;
6904         }
6905
6906         /*
6907          * Split the high value across all online CPUs local to the zone. Note
6908          * that early in boot that CPUs may not be online yet and that during
6909          * CPU hotplug that the cpumask is not yet updated when a CPU is being
6910          * onlined. For memory nodes that have no CPUs, split pcp->high across
6911          * all online CPUs to mitigate the risk that reclaim is triggered
6912          * prematurely due to pages stored on pcp lists.
6913          */
6914         nr_split_cpus = cpumask_weight(cpumask_of_node(zone_to_nid(zone))) + cpu_online;
6915         if (!nr_split_cpus)
6916                 nr_split_cpus = num_online_cpus();
6917         high = total_pages / nr_split_cpus;
6918
6919         /*
6920          * Ensure high is at least batch*4. The multiple is based on the
6921          * historical relationship between high and batch.
6922          */
6923         high = max(high, batch << 2);
6924
6925         return high;
6926 #else
6927         return 0;
6928 #endif
6929 }
6930
6931 /*
6932  * pcp->high and pcp->batch values are related and generally batch is lower
6933  * than high. They are also related to pcp->count such that count is lower
6934  * than high, and as soon as it reaches high, the pcplist is flushed.
6935  *
6936  * However, guaranteeing these relations at all times would require e.g. write
6937  * barriers here but also careful usage of read barriers at the read side, and
6938  * thus be prone to error and bad for performance. Thus the update only prevents
6939  * store tearing. Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they
6940  * can cope with those fields changing asynchronously, and fully trust only the
6941  * pcp->count field on the local CPU with interrupts disabled.
6942  *
6943  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
6944  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
6945  * exist).
6946  */
6947 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
6948                 unsigned long batch)
6949 {
6950         WRITE_ONCE(pcp->batch, batch);
6951         WRITE_ONCE(pcp->high, high);
6952 }
6953
6954 static void per_cpu_pages_init(struct per_cpu_pages *pcp, struct per_cpu_zonestat *pzstats)
6955 {
6956         int pindex;
6957
6958         memset(pcp, 0, sizeof(*pcp));
6959         memset(pzstats, 0, sizeof(*pzstats));
6960
6961         for (pindex = 0; pindex < NR_PCP_LISTS; pindex++)
6962                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[pindex]);
6963
6964         /*
6965          * Set batch and high values safe for a boot pageset. A true percpu
6966          * pageset's initialization will update them subsequently. Here we don't
6967          * need to be as careful as pageset_update() as nobody can access the
6968          * pageset yet.
6969          */
6970         pcp->high = BOOT_PAGESET_HIGH;
6971         pcp->batch = BOOT_PAGESET_BATCH;
6972         pcp->free_factor = 0;
6973 }
6974
6975 static void __zone_set_pageset_high_and_batch(struct zone *zone, unsigned long high,
6976                 unsigned long batch)
6977 {
6978         struct per_cpu_pages *pcp;
6979         int cpu;
6980
6981         for_each_possible_cpu(cpu) {
6982                 pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
6983                 pageset_update(pcp, high, batch);
6984         }
6985 }
6986
6987 /*
6988  * Calculate and set new high and batch values for all per-cpu pagesets of a
6989  * zone based on the zone's size.
6990  */
6991 static void zone_set_pageset_high_and_batch(struct zone *zone, int cpu_online)
6992 {
6993         int new_high, new_batch;
6994
6995         new_batch = max(1, zone_batchsize(zone));
6996         new_high = zone_highsize(zone, new_batch, cpu_online);
6997
6998         if (zone->pageset_high == new_high &&
6999             zone->pageset_batch == new_batch)
7000                 return;
7001
7002         zone->pageset_high = new_high;
7003         zone->pageset_batch = new_batch;
7004
7005         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, new_high, new_batch);
7006 }
7007
7008 void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
7009 {
7010         int cpu;
7011
7012         /* Size may be 0 on !SMP && !NUMA */
7013         if (sizeof(struct per_cpu_zonestat) > 0)
7014                 zone->per_cpu_zonestats = alloc_percpu(struct per_cpu_zonestat);
7015
7016         zone->per_cpu_pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pages);
7017         for_each_possible_cpu(cpu) {
7018                 struct per_cpu_pages *pcp;
7019                 struct per_cpu_zonestat *pzstats;
7020
7021                 pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
7022                 pzstats = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_zonestats, cpu);
7023                 per_cpu_pages_init(pcp, pzstats);
7024         }
7025
7026         zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0);
7027 }
7028
7029 /*
7030  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
7031  * Before this call only boot pagesets were available.
7032  */
7033 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
7034 {
7035         struct pglist_data *pgdat;
7036         struct zone *zone;
7037         int __maybe_unused cpu;
7038
7039         for_each_populated_zone(zone)
7040                 setup_zone_pageset(zone);
7041
7042 #ifdef CONFIG_NUMA
7043         /*
7044          * Unpopulated zones continue using the boot pagesets.
7045          * The numa stats for these pagesets need to be reset.
7046          * Otherwise, they will end up skewing the stats of
7047          * the nodes these zones are associated with.
7048          */
7049         for_each_possible_cpu(cpu) {
7050                 struct per_cpu_zonestat *pzstats = &per_cpu(boot_zonestats, cpu);
7051                 memset(pzstats->vm_numa_event, 0,
7052                        sizeof(pzstats->vm_numa_event));
7053         }
7054 #endif
7055
7056         for_each_online_pgdat(pgdat)
7057                 pgdat->per_cpu_nodestats =
7058                         alloc_percpu(struct per_cpu_nodestat);
7059 }
7060
7061 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
7062 {
7063         /*
7064          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
7065          * relies on the ability of the linker to provide the
7066          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
7067          */
7068         zone->per_cpu_pageset = &boot_pageset;
7069         zone->per_cpu_zonestats = &boot_zonestats;
7070         zone->pageset_high = BOOT_PAGESET_HIGH;
7071         zone->pageset_batch = BOOT_PAGESET_BATCH;
7072
7073         if (populated_zone(zone))
7074                 pr_debug("  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n", zone->name,
7075                          zone->present_pages, zone_batchsize(zone));
7076 }
7077
7078 void __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
7079                                         unsigned long zone_start_pfn,
7080                                         unsigned long size)
7081 {
7082         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
7083         int zone_idx = zone_idx(zone) + 1;
7084
7085         if (zone_idx > pgdat->nr_zones)
7086                 pgdat->nr_zones = zone_idx;
7087
7088         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
7089
7090         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
7091                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
7092                         pgdat->node_id,
7093                         (unsigned long)zone_idx(zone),
7094                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
7095
7096         zone_init_free_lists(zone);
7097         zone->initialized = 1;
7098 }
7099
7100 /**
7101  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
7102  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
7103  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
7104  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
7105  *
7106  * It returns the start and end page frame of a node based on information
7107  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
7108  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
7109  * PFNs will be 0.
7110  */
7111 void __init get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
7112                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
7113 {
7114         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
7115         int i;
7116
7117         *start_pfn = -1UL;
7118         *end_pfn = 0;
7119
7120         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
7121                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
7122                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
7123         }
7124
7125         if (*start_pfn == -1UL)
7126                 *start_pfn = 0;
7127 }
7128
7129 /*
7130  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
7131  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
7132  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
7133  */
7134 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
7135 {
7136         int zone_index;
7137         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
7138                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
7139                         continue;
7140
7141                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
7142                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
7143                         break;
7144         }
7145
7146         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
7147         movable_zone = zone_index;
7148 }
7149
7150 /*
7151  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
7152  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
7153  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
7154  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
7155  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
7156  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
7157  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
7158  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
7159  */
7160 static void __init adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
7161                                         unsigned long zone_type,
7162                                         unsigned long node_start_pfn,
7163                                         unsigned long node_end_pfn,
7164                                         unsigned long *zone_start_pfn,
7165                                         unsigned long *zone_end_pfn)
7166 {
7167         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
7168         if (zone_movable_pfn[nid]) {
7169                 /* Size ZONE_MOVABLE */
7170                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
7171                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
7172                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
7173                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
7174
7175                 /* Adjust for ZONE_MOVABLE starting within this range */
7176                 } else if (!mirrored_kernelcore &&
7177                         *zone_start_pfn < zone_movable_pfn[nid] &&
7178                         *zone_end_pfn > zone_movable_pfn[nid]) {
7179                         *zone_end_pfn = zone_movable_pfn[nid];
7180
7181                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
7182                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
7183                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
7184         }
7185 }
7186
7187 /*
7188  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
7189  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
7190  */
7191 static unsigned long __init zone_spanned_pages_in_node(int nid,
7192                                         unsigned long zone_type,
7193                                         unsigned long node_start_pfn,
7194                                         unsigned long node_end_pfn,
7195                                         unsigned long *zone_start_pfn,
7196                                         unsigned long *zone_end_pfn)
7197 {
7198         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
7199         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
7200         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
7201         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
7202                 return 0;
7203
7204         /* Get the start and end of the zone */
7205         *zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
7206         *zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
7207         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
7208                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
7209                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
7210
7211         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
7212         if (*zone_end_pfn < node_start_pfn || *zone_start_pfn > node_end_pfn)
7213                 return 0;
7214
7215         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
7216         *zone_end_pfn = min(*zone_end_pfn, node_end_pfn);
7217         *zone_start_pfn = max(*zone_start_pfn, node_start_pfn);
7218
7219         /* Return the spanned pages */
7220         return *zone_end_pfn - *zone_start_pfn;
7221 }
7222
7223 /*
7224  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
7225  * then all holes in the requested range will be accounted for.
7226  */
7227 unsigned long __init __absent_pages_in_range(int nid,
7228                                 unsigned long range_start_pfn,
7229                                 unsigned long range_end_pfn)
7230 {
7231         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
7232         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7233         int i;
7234
7235         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
7236                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
7237                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
7238                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
7239         }
7240         return nr_absent;
7241 }
7242
7243 /**
7244  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
7245  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
7246  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
7247  *
7248  * Return: the number of pages frames in memory holes within a range.
7249  */
7250 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
7251                                                         unsigned long end_pfn)
7252 {
7253         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
7254 }
7255
7256 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
7257 static unsigned long __init zone_absent_pages_in_node(int nid,
7258                                         unsigned long zone_type,
7259                                         unsigned long node_start_pfn,
7260                                         unsigned long node_end_pfn)
7261 {
7262         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
7263         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
7264         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
7265         unsigned long nr_absent;
7266
7267         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
7268         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
7269                 return 0;
7270
7271         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
7272         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
7273
7274         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
7275                         node_start_pfn, node_end_pfn,
7276                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
7277         nr_absent = __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
7278
7279         /*
7280          * ZONE_MOVABLE handling.
7281          * Treat pages to be ZONE_MOVABLE in ZONE_NORMAL as absent pages
7282          * and vice versa.
7283          */
7284         if (mirrored_kernelcore && zone_movable_pfn[nid]) {
7285                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
7286                 struct memblock_region *r;
7287
7288                 for_each_mem_region(r) {
7289                         start_pfn = clamp(memblock_region_memory_base_pfn(r),
7290                                           zone_start_pfn, zone_end_pfn);
7291                         end_pfn = clamp(memblock_region_memory_end_pfn(r),
7292                                         zone_start_pfn, zone_end_pfn);
7293
7294                         if (zone_type == ZONE_MOVABLE &&
7295                             memblock_is_mirror(r))
7296                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
7297
7298                         if (zone_type == ZONE_NORMAL &&
7299                             !memblock_is_mirror(r))
7300                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
7301                 }
7302         }
7303
7304         return nr_absent;
7305 }
7306
7307 static void __init calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
7308                                                 unsigned long node_start_pfn,
7309                                                 unsigned long node_end_pfn)
7310 {
7311         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
7312         enum zone_type i;
7313
7314         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7315                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
7316                 unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
7317                 unsigned long spanned, absent;
7318                 unsigned long size, real_size;
7319
7320                 spanned = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
7321                                                      node_start_pfn,
7322                                                      node_end_pfn,
7323                                                      &zone_start_pfn,
7324                                                      &zone_end_pfn);
7325                 absent = zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
7326                                                    node_start_pfn,
7327                                                    node_end_pfn);
7328
7329                 size = spanned;
7330                 real_size = size - absent;
7331
7332                 if (size)
7333                         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
7334                 else
7335                         zone->zone_start_pfn = 0;
7336                 zone->spanned_pages = size;
7337                 zone->present_pages = real_size;
7338 #if defined(CONFIG_MEMORY_HOTPLUG)
7339                 zone->present_early_pages = real_size;
7340 #endif
7341
7342                 totalpages += size;
7343                 realtotalpages += real_size;
7344         }
7345
7346         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
7347         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
7348         pr_debug("On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id, realtotalpages);
7349 }
7350
7351 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
7352 /*
7353  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
7354  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
7355  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
7356  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
7357  * bytes.
7358  */
7359 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
7360 {
7361         unsigned long usemapsize;
7362
7363         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
7364         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
7365         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
7366         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
7367         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
7368
7369         return usemapsize / 8;
7370 }
7371
7372 static void __ref setup_usemap(struct zone *zone)
7373 {
7374         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone->zone_start_pfn,
7375                                                zone->spanned_pages);
7376         zone->pageblock_flags = NULL;
7377         if (usemapsize) {
7378                 zone->pageblock_flags =
7379                         memblock_alloc_node(usemapsize, SMP_CACHE_BYTES,
7380                                             zone_to_nid(zone));
7381                 if (!zone->pageblock_flags)
7382                         panic("Failed to allocate %ld bytes for zone %s pageblock flags on node %d\n",
7383                               usemapsize, zone->name, zone_to_nid(zone));
7384         }
7385 }
7386 #else
7387 static inline void setup_usemap(struct zone *zone) {}
7388 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
7389
7390 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
7391
7392 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
7393 void __init set_pageblock_order(void)
7394 {
7395         unsigned int order;
7396
7397         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
7398         if (pageblock_order)
7399                 return;
7400
7401         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT)
7402                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
7403         else
7404                 order = MAX_ORDER - 1;
7405
7406         /*
7407          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
7408          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
7409          * powerpc.
7410          */
7411         pageblock_order = order;
7412 }
7413 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
7414
7415 /*
7416  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
7417  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
7418  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
7419  * the kernel config
7420  */
7421 void __init set_pageblock_order(void)
7422 {
7423 }
7424
7425 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
7426
7427 static unsigned long __init calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
7428                                                 unsigned long present_pages)
7429 {
7430         unsigned long pages = spanned_pages;
7431
7432         /*
7433          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
7434          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
7435          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
7436          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
7437          * populated regions may not be naturally aligned on page boundary.
7438          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
7439          */
7440         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
7441             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
7442                 pages = present_pages;
7443
7444         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
7445 }
7446
7447 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
7448 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat)
7449 {
7450         struct deferred_split *ds_queue = &pgdat->deferred_split_queue;
7451
7452         spin_lock_init(&ds_queue->split_queue_lock);
7453         INIT_LIST_HEAD(&ds_queue->split_queue);
7454         ds_queue->split_queue_len = 0;
7455 }
7456 #else
7457 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat) {}
7458 #endif
7459
7460 #ifdef CONFIG_COMPACTION
7461 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat)
7462 {
7463         init_waitqueue_head(&pgdat->kcompactd_wait);
7464 }
7465 #else
7466 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat) {}
7467 #endif
7468
7469 static void __meminit pgdat_init_internals(struct pglist_data *pgdat)
7470 {
7471         pgdat_resize_init(pgdat);
7472
7473         pgdat_init_split_queue(pgdat);
7474         pgdat_init_kcompactd(pgdat);
7475
7476         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
7477         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
7478
7479         pgdat_page_ext_init(pgdat);
7480         lruvec_init(&pgdat->__lruvec);
7481 }
7482
7483 static void __meminit zone_init_internals(struct zone *zone, enum zone_type idx, int nid,
7484                                                         unsigned long remaining_pages)
7485 {
7486         atomic_long_set(&zone->managed_pages, remaining_pages);
7487         zone_set_nid(zone, nid);
7488         zone->name = zone_names[idx];
7489         zone->zone_pgdat = NODE_DATA(nid);
7490         spin_lock_init(&zone->lock);
7491         zone_seqlock_init(zone);
7492         zone_pcp_init(zone);
7493 }
7494
7495 /*
7496  * Set up the zone data structures
7497  * - init pgdat internals
7498  * - init all zones belonging to this node
7499  *
7500  * NOTE: this function is only called during memory hotplug
7501  */
7502 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
7503 void __ref free_area_init_core_hotplug(int nid)
7504 {
7505         enum zone_type z;
7506         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
7507
7508         pgdat_init_internals(pgdat);
7509         for (z = 0; z < MAX_NR_ZONES; z++)
7510                 zone_init_internals(&pgdat->node_zones[z], z, nid, 0);
7511 }
7512 #endif
7513
7514 /*
7515  * Set up the zone data structures:
7516  *   - mark all pages reserved
7517  *   - mark all memory queues empty
7518  *   - clear the memory bitmaps
7519  *
7520  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
7521  * NOTE: this function is only called during early init.
7522  */
7523 static void __init free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat)
7524 {
7525         enum zone_type j;
7526         int nid = pgdat->node_id;
7527
7528         pgdat_init_internals(pgdat);
7529         pgdat->per_cpu_nodestats = &boot_nodestats;
7530
7531         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
7532                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
7533                 unsigned long size, freesize, memmap_pages;
7534
7535                 size = zone->spanned_pages;
7536                 freesize = zone->present_pages;
7537
7538                 /*
7539                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
7540                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
7541                  * and per-cpu initialisations
7542                  */
7543                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, freesize);
7544                 if (!is_highmem_idx(j)) {
7545                         if (freesize >= memmap_pages) {
7546                                 freesize -= memmap_pages;
7547                                 if (memmap_pages)
7548                                         pr_debug("  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
7549                                                  zone_names[j], memmap_pages);
7550                         } else
7551                                 pr_warn("  %s zone: %lu memmap pages exceeds freesize %lu\n",
7552                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
7553                 }
7554
7555                 /* Account for reserved pages */
7556                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
7557                         freesize -= dma_reserve;
7558                         pr_debug("  %s zone: %lu pages reserved\n", zone_names[0], dma_reserve);
7559                 }
7560
7561                 if (!is_highmem_idx(j))
7562                         nr_kernel_pages += freesize;
7563                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
7564                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
7565                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
7566                 nr_all_pages += freesize;
7567
7568                 /*
7569                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
7570                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
7571                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
7572                  */
7573                 zone_init_internals(zone, j, nid, freesize);
7574
7575                 if (!size)
7576                         continue;
7577
7578                 set_pageblock_order();
7579                 setup_usemap(zone);
7580                 init_currently_empty_zone(zone, zone->zone_start_pfn, size);
7581         }
7582 }
7583
7584 #ifdef CONFIG_FLATMEM
7585 static void __init alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
7586 {
7587         unsigned long __maybe_unused start = 0;
7588         unsigned long __maybe_unused offset = 0;
7589
7590         /* Skip empty nodes */
7591         if (!pgdat->node_spanned_pages)
7592                 return;
7593
7594         start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
7595         offset = pgdat->node_start_pfn - start;
7596         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
7597         if (!pgdat->node_mem_map) {
7598                 unsigned long size, end;
7599                 struct page *map;
7600
7601                 /*
7602                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
7603                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
7604                  * for the buddy allocator to function correctly.
7605                  */
7606                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
7607                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
7608                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
7609                 map = memmap_alloc(size, SMP_CACHE_BYTES, MEMBLOCK_LOW_LIMIT,
7610                                    pgdat->node_id, false);
7611                 if (!map)
7612                         panic("Failed to allocate %ld bytes for node %d memory map\n",
7613                               size, pgdat->node_id);
7614                 pgdat->node_mem_map = map + offset;
7615         }
7616         pr_debug("%s: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
7617                                 __func__, pgdat->node_id, (unsigned long)pgdat,
7618                                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
7619 #ifndef CONFIG_NUMA
7620         /*
7621          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
7622          */
7623         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
7624                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
7625                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
7626                         mem_map -= offset;
7627         }
7628 #endif
7629 }
7630 #else
7631 static inline void alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat) { }
7632 #endif /* CONFIG_FLATMEM */
7633
7634 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
7635 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat)
7636 {
7637         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
7638 }
7639 #else
7640 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat) {}
7641 #endif
7642
7643 static void __init free_area_init_node(int nid)
7644 {
7645         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
7646         unsigned long start_pfn = 0;
7647         unsigned long end_pfn = 0;
7648
7649         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
7650         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->kswapd_highest_zoneidx);
7651
7652         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
7653
7654         pgdat->node_id = nid;
7655         pgdat->node_start_pfn = start_pfn;
7656         pgdat->per_cpu_nodestats = NULL;
7657
7658         pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
7659                 (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
7660                 end_pfn ? ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1 : 0);
7661         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn);
7662
7663         alloc_node_mem_map(pgdat);
7664         pgdat_set_deferred_range(pgdat);
7665
7666         free_area_init_core(pgdat);
7667 }
7668
7669 void __init free_area_init_memoryless_node(int nid)
7670 {
7671         free_area_init_node(nid);
7672 }
7673
7674 #if MAX_NUMNODES > 1
7675 /*
7676  * Figure out the number of possible node ids.
7677  */
7678 void __init setup_nr_node_ids(void)
7679 {
7680         unsigned int highest;
7681
7682         highest = find_last_bit(node_possible_map.bits, MAX_NUMNODES);
7683         nr_node_ids = highest + 1;
7684 }
7685 #endif
7686
7687 /**
7688  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
7689  *
7690  * This function should be called after node map is populated and sorted.
7691  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
7692  * all the nodes.
7693  *
7694  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
7695  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
7696  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
7697  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
7698  *
7699  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
7700  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
7701  * populated node map.
7702  *
7703  * Return: the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
7704  * requirement (single node).
7705  */
7706 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
7707 {
7708         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
7709         unsigned long start, end, mask;
7710         int last_nid = NUMA_NO_NODE;
7711         int i, nid;
7712
7713         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
7714                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
7715                         last_nid = nid;
7716                         last_end = end;
7717                         continue;
7718                 }
7719
7720                 /*
7721                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
7722                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
7723                  * too coarse to separate the current node from the last.
7724                  */
7725                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
7726                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
7727                         mask <<= 1;
7728
7729                 /* accumulate all internode masks */
7730                 accl_mask |= mask;
7731         }
7732
7733         /* convert mask to number of pages */
7734         return ~accl_mask + 1;
7735 }
7736
7737 /**
7738  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
7739  *
7740  * Return: the minimum PFN based on information provided via
7741  * memblock_set_node().
7742  */
7743 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
7744 {
7745         return PHYS_PFN(memblock_start_of_DRAM());
7746 }
7747
7748 /*
7749  * early_calculate_totalpages()
7750  * Sum pages in active regions for movable zone.
7751  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
7752  */
7753 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
7754 {
7755         unsigned long totalpages = 0;
7756         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7757         int i, nid;
7758
7759         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
7760                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
7761
7762                 totalpages += pages;
7763                 if (pages)
7764                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
7765         }
7766         return totalpages;
7767 }
7768
7769 /*
7770  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
7771  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
7772  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
7773  * others
7774  */
7775 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
7776 {
7777         int i, nid;
7778         unsigned long usable_startpfn;
7779         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
7780         /* save the state before borrow the nodemask */
7781         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
7782         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
7783         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
7784         struct memblock_region *r;
7785
7786         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
7787         find_usable_zone_for_movable();
7788
7789         /*
7790          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
7791          * options.
7792          */
7793         if (movable_node_is_enabled()) {
7794                 for_each_mem_region(r) {
7795                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
7796                                 continue;
7797
7798                         nid = memblock_get_region_node(r);
7799
7800                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
7801                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
7802                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
7803                                 usable_startpfn;
7804                 }
7805
7806                 goto out2;
7807         }
7808
7809         /*
7810          * If kernelcore=mirror is specified, ignore movablecore option
7811          */
7812         if (mirrored_kernelcore) {
7813                 bool mem_below_4gb_not_mirrored = false;
7814
7815                 for_each_mem_region(r) {
7816                         if (memblock_is_mirror(r))
7817                                 continue;
7818
7819                         nid = memblock_get_region_node(r);
7820
7821                         usable_startpfn = memblock_region_memory_base_pfn(r);
7822
7823                         if (usable_startpfn < 0x100000) {
7824                                 mem_below_4gb_not_mirrored = true;
7825                                 continue;
7826                         }
7827
7828                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
7829                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
7830                                 usable_startpfn;
7831                 }
7832
7833                 if (mem_below_4gb_not_mirrored)
7834                         pr_warn("This configuration results in unmirrored kernel memory.\n");
7835
7836                 goto out2;
7837         }
7838
7839         /*
7840          * If kernelcore=nn% or movablecore=nn% was specified, calculate the
7841          * amount of necessary memory.
7842          */
7843         if (required_kernelcore_percent)
7844                 required_kernelcore = (totalpages * 100 * required_kernelcore_percent) /
7845                                        10000UL;
7846         if (required_movablecore_percent)
7847                 required_movablecore = (totalpages * 100 * required_movablecore_percent) /
7848                                         10000UL;
7849
7850         /*
7851          * If movablecore= was specified, calculate what size of
7852          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
7853          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
7854          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
7855          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
7856          * what movablecore would have allowed.
7857          */
7858         if (required_movablecore) {
7859                 unsigned long corepages;
7860
7861                 /*
7862                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
7863                  * was requested by the user
7864                  */
7865                 required_movablecore =
7866                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
7867                 required_movablecore = min(totalpages, required_movablecore);
7868                 corepages = totalpages - required_movablecore;
7869
7870                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
7871         }
7872
7873         /*
7874          * If kernelcore was not specified or kernelcore size is larger
7875          * than totalpages, there is no ZONE_MOVABLE.
7876          */
7877         if (!required_kernelcore || required_kernelcore >= totalpages)
7878                 goto out;
7879
7880         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
7881         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
7882
7883 restart:
7884         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
7885         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
7886         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
7887                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
7888
7889                 /*
7890                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
7891                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
7892                  * amount of memory for the kernel
7893                  */
7894                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
7895                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
7896
7897                 /*
7898                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
7899                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
7900                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
7901                  */
7902                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
7903
7904                 /* Go through each range of PFNs within this node */
7905                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
7906                         unsigned long size_pages;
7907
7908                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
7909                         if (start_pfn >= end_pfn)
7910                                 continue;
7911
7912                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
7913                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
7914                                 unsigned long kernel_pages;
7915                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
7916                                                                 - start_pfn;
7917
7918                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
7919                                                         kernelcore_remaining);
7920                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
7921                                                         required_kernelcore);
7922
7923                                 /* Continue if range is now fully accounted */
7924                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
7925
7926                                         /*
7927                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
7928                                          * that if we have to rebalance
7929                                          * kernelcore across nodes, we will
7930                                          * not double account here
7931                                          */
7932                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
7933                                         continue;
7934                                 }
7935                                 start_pfn = usable_startpfn;
7936                         }
7937
7938                         /*
7939                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
7940                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
7941                          * number of pages used as kernelcore
7942                          */
7943                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
7944                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
7945                                 size_pages = kernelcore_remaining;
7946                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
7947
7948                         /*
7949                          * Some kernelcore has been met, update counts and
7950                          * break if the kernelcore for this node has been
7951                          * satisfied
7952                          */
7953                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
7954                                                                 size_pages);
7955                         kernelcore_remaining -= size_pages;
7956                         if (!kernelcore_remaining)
7957                                 break;
7958                 }
7959         }
7960
7961         /*
7962          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
7963          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
7964          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
7965          * satisfied
7966          */
7967         usable_nodes--;
7968         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
7969                 goto restart;
7970
7971 out2:
7972         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
7973         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++) {
7974                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
7975
7976                 zone_movable_pfn[nid] =
7977                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
7978
7979                 get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
7980                 if (zone_movable_pfn[nid] >= end_pfn)
7981                         zone_movable_pfn[nid] = 0;
7982         }
7983
7984 out:
7985         /* restore the node_state */
7986         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
7987 }
7988
7989 /* Any regular or high memory on that node ? */
7990 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
7991 {
7992         enum zone_type zone_type;
7993
7994         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
7995                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
7996                 if (populated_zone(zone)) {
7997                         if (IS_ENABLED(CONFIG_HIGHMEM))
7998                                 node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
7999                         if (zone_type <= ZONE_NORMAL)
8000                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
8001                         break;
8002                 }
8003         }
8004 }
8005
8006 /*
8007  * Some architectures, e.g. ARC may have ZONE_HIGHMEM below ZONE_NORMAL. For
8008  * such cases we allow max_zone_pfn sorted in the descending order
8009  */
8010 bool __weak arch_has_descending_max_zone_pfns(void)
8011 {
8012         return false;
8013 }
8014
8015 /**
8016  * free_area_init - Initialise all pg_data_t and zone data
8017  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
8018  *
8019  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
8020  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
8021  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
8022  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
8023  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
8024  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
8025  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
8026  * at arch_max_dma_pfn.
8027  */
8028 void __init free_area_init(unsigned long *max_zone_pfn)
8029 {
8030         unsigned long start_pfn, end_pfn;
8031         int i, nid, zone;
8032         bool descending;
8033
8034         /* Record where the zone boundaries are */
8035         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
8036                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
8037         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
8038                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
8039
8040         start_pfn = find_min_pfn_with_active_regions();
8041         descending = arch_has_descending_max_zone_pfns();
8042
8043         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
8044                 if (descending)
8045                         zone = MAX_NR_ZONES - i - 1;
8046                 else
8047                         zone = i;
8048
8049                 if (zone == ZONE_MOVABLE)
8050                         continue;
8051
8052                 end_pfn = max(max_zone_pfn[zone], start_pfn);
8053                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone] = start_pfn;
8054                 arch_zone_highest_possible_pfn[zone] = end_pfn;
8055
8056                 start_pfn = end_pfn;
8057         }
8058
8059         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
8060         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
8061         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
8062
8063         /* Print out the zone ranges */
8064         pr_info("Zone ranges:\n");
8065         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
8066                 if (i == ZONE_MOVABLE)
8067                         continue;
8068                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
8069                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
8070                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
8071                         pr_cont("empty\n");
8072                 else
8073                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
8074                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
8075                                         << PAGE_SHIFT,
8076                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
8077                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
8078         }
8079
8080         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
8081         pr_info("Movable zone start for each node\n");
8082         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
8083                 if (zone_movable_pfn[i])
8084                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
8085                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
8086         }
8087
8088         /*
8089          * Print out the early node map, and initialize the
8090          * subsection-map relative to active online memory ranges to
8091          * enable future "sub-section" extensions of the memory map.
8092          */
8093         pr_info("Early memory node ranges\n");
8094         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
8095                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
8096                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
8097                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
8098                 subsection_map_init(start_pfn, end_pfn - start_pfn);
8099         }
8100
8101         /* Initialise every node */
8102         mminit_verify_pageflags_layout();
8103         setup_nr_node_ids();
8104         for_each_online_node(nid) {
8105                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
8106                 free_area_init_node(nid);
8107
8108                 /* Any memory on that node */
8109                 if (pgdat->node_present_pages)
8110                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
8111                 check_for_memory(pgdat, nid);
8112         }
8113
8114         memmap_init();
8115 }
8116
8117 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core,
8118                                      unsigned long *percent)
8119 {
8120         unsigned long long coremem;
8121         char *endptr;
8122
8123         if (!p)
8124                 return -EINVAL;
8125
8126         /* Value may be a percentage of total memory, otherwise bytes */
8127         coremem = simple_strtoull(p, &endptr, 0);
8128         if (*endptr == '%') {
8129                 /* Paranoid check for percent values greater than 100 */
8130                 WARN_ON(coremem > 100);
8131
8132                 *percent = coremem;
8133         } else {
8134                 coremem = memparse(p, &p);
8135                 /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
8136                 WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
8137
8138                 *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
8139                 *percent = 0UL;
8140         }
8141         return 0;
8142 }
8143
8144 /*
8145  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
8146  * cannot be reclaimed or migrated.
8147  */
8148 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
8149 {
8150         /* parse kernelcore=mirror */
8151         if (parse_option_str(p, "mirror")) {
8152                 mirrored_kernelcore = true;
8153                 return 0;
8154         }
8155
8156         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore,
8157                                   &required_kernelcore_percent);
8158 }
8159
8160 /*
8161  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
8162  * can be reclaimed or migrated.
8163  */
8164 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
8165 {
8166         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore,
8167                                   &required_movablecore_percent);
8168 }
8169
8170 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
8171 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
8172
8173 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
8174 {
8175         atomic_long_add(count, &page_zone(page)->managed_pages);
8176         totalram_pages_add(count);
8177 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
8178         if (PageHighMem(page))
8179                 totalhigh_pages_add(count);
8180 #endif
8181 }
8182 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
8183
8184 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, const char *s)
8185 {
8186         void *pos;
8187         unsigned long pages = 0;
8188
8189         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
8190         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
8191         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
8192                 struct page *page = virt_to_page(pos);
8193                 void *direct_map_addr;
8194
8195                 /*
8196                  * 'direct_map_addr' might be different from 'pos'
8197                  * because some architectures' virt_to_page()
8198                  * work with aliases.  Getting the direct map
8199                  * address ensures that we get a _writeable_
8200                  * alias for the memset().
8201                  */
8202                 direct_map_addr = page_address(page);
8203                 /*
8204                  * Perform a kasan-unchecked memset() since this memory
8205                  * has not been initialized.
8206                  */
8207                 direct_map_addr = kasan_reset_tag(direct_map_addr);
8208                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
8209                         memset(direct_map_addr, poison, PAGE_SIZE);
8210
8211                 free_reserved_page(page);
8212         }
8213
8214         if (pages && s)
8215                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK\n",
8216                         s, pages << (PAGE_SHIFT - 10));
8217
8218         return pages;
8219 }
8220
8221 void __init mem_init_print_info(void)
8222 {
8223         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
8224         unsigned long init_code_size, init_data_size;
8225
8226         physpages = get_num_physpages();
8227         codesize = _etext - _stext;
8228         datasize = _edata - _sdata;
8229         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
8230         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
8231         init_data_size = __init_end - __init_begin;
8232         init_code_size = _einittext - _sinittext;
8233
8234         /*
8235          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
8236          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
8237          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
8238          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
8239          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
8240          */
8241 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
8242         do { \
8243                 if (&start[0] <= &pos[0] && &pos[0] < &end[0] && size > adj) \
8244                         size -= adj; \
8245         } while (0)
8246
8247         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
8248                      _sinittext, init_code_size);
8249         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
8250         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
8251         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
8252         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
8253
8254 #undef  adj_init_size
8255
8256         pr_info("Memory: %luK/%luK available (%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, %luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
8257 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
8258                 ", %luK highmem"
8259 #endif
8260                 ")\n",
8261                 nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
8262                 physpages << (PAGE_SHIFT - 10),
8263                 codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
8264                 (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
8265                 (physpages - totalram_pages() - totalcma_pages) << (PAGE_SHIFT - 10),
8266                 totalcma_pages << (PAGE_SHIFT - 10)
8267 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
8268                 , totalhigh_pages() << (PAGE_SHIFT - 10)
8269 #endif
8270                 );
8271 }
8272
8273 /**
8274  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
8275  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
8276  *
8277  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by managed_pages.
8278  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
8279  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
8280  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
8281  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
8282  * smaller per-cpu batchsize.
8283  */
8284 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
8285 {
8286         dma_reserve = new_dma_reserve;
8287 }
8288
8289 static int page_alloc_cpu_dead(unsigned int cpu)
8290 {
8291         struct zone *zone;
8292
8293         lru_add_drain_cpu(cpu);
8294         drain_pages(cpu);
8295
8296         /*
8297          * Spill the event counters of the dead processor
8298          * into the current processors event counters.
8299          * This artificially elevates the count of the current
8300          * processor.
8301          */
8302         vm_events_fold_cpu(cpu);
8303
8304         /*
8305          * Zero the differential counters of the dead processor
8306          * so that the vm statistics are consistent.
8307          *
8308          * This is only okay since the processor is dead and cannot
8309          * race with what we are doing.
8310          */
8311         cpu_vm_stats_fold(cpu);
8312
8313         for_each_populated_zone(zone)
8314                 zone_pcp_update(zone, 0);
8315
8316         return 0;
8317 }
8318
8319 static int page_alloc_cpu_online(unsigned int cpu)
8320 {
8321         struct zone *zone;
8322
8323         for_each_populated_zone(zone)
8324                 zone_pcp_update(zone, 1);
8325         return 0;
8326 }
8327
8328 #ifdef CONFIG_NUMA
8329 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
8330
8331 static int __init set_hashdist(char *str)
8332 {
8333         if (!str)
8334                 return 0;
8335         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
8336         return 1;
8337 }
8338 __setup("hashdist=", set_hashdist);
8339 #endif
8340
8341 void __init page_alloc_init(void)
8342 {
8343         int ret;
8344
8345 #ifdef CONFIG_NUMA
8346         if (num_node_state(N_MEMORY) == 1)
8347                 hashdist = 0;
8348 #endif
8349
8350         ret = cpuhp_setup_state_nocalls(CPUHP_PAGE_ALLOC,
8351                                         "mm/page_alloc:pcp",
8352                                         page_alloc_cpu_online,
8353                                         page_alloc_cpu_dead);
8354         WARN_ON(ret < 0);
8355 }
8356
8357 /*
8358  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
8359  *      or min_free_kbytes changes.
8360  */
8361 static void calculate_totalreserve_pages(void)
8362 {
8363         struct pglist_data *pgdat;
8364         unsigned long reserve_pages = 0;
8365         enum zone_type i, j;
8366
8367         for_each_online_pgdat(pgdat) {
8368
8369                 pgdat->totalreserve_pages = 0;
8370
8371                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
8372                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
8373                         long max = 0;
8374                         unsigned long managed_pages = zone_managed_pages(zone);
8375
8376                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
8377                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
8378                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
8379                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
8380                         }
8381
8382                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
8383                         max += high_wmark_pages(zone);
8384
8385                         if (max > managed_pages)
8386                                 max = managed_pages;
8387
8388                         pgdat->totalreserve_pages += max;
8389
8390                         reserve_pages += max;
8391                 }
8392         }
8393         totalreserve_pages = reserve_pages;
8394 }
8395
8396 /*
8397  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
8398  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
8399  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
8400  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
8401  */
8402 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
8403 {
8404         struct pglist_data *pgdat;
8405         enum zone_type i, j;
8406
8407         for_each_online_pgdat(pgdat) {
8408                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES - 1; i++) {
8409                         struct zone *zone = &pgdat->node_zones[i];
8410                         int ratio = sysctl_lowmem_reserve_ratio[i];
8411                         bool clear = !ratio || !zone_managed_pages(zone);
8412                         unsigned long managed_pages = 0;
8413
8414                         for (j = i + 1; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
8415                                 struct zone *upper_zone = &pgdat->node_zones[j];
8416
8417                                 managed_pages += zone_managed_pages(upper_zone);
8418
8419                                 if (clear)
8420                                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
8421                                 else
8422                                         zone->lowmem_reserve[j] = managed_pages / ratio;
8423                         }
8424                 }
8425         }
8426
8427         /* update totalreserve_pages */
8428         calculate_totalreserve_pages();
8429 }
8430
8431 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
8432 {
8433         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
8434         unsigned long lowmem_pages = 0;
8435         struct zone *zone;
8436         unsigned long flags;
8437
8438         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
8439         for_each_zone(zone) {
8440                 if (!is_highmem(zone))
8441                         lowmem_pages += zone_managed_pages(zone);
8442         }
8443
8444         for_each_zone(zone) {
8445                 u64 tmp;
8446
8447                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8448                 tmp = (u64)pages_min * zone_managed_pages(zone);
8449                 do_div(tmp, lowmem_pages);
8450                 if (is_highmem(zone)) {
8451                         /*
8452                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
8453                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
8454                          * value here.
8455                          *
8456                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
8457                          * deltas control async page reclaim, and so should
8458                          * not be capped for highmem.
8459                          */
8460                         unsigned long min_pages;
8461
8462                         min_pages = zone_managed_pages(zone) / 1024;
8463                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
8464                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
8465                 } else {
8466                         /*
8467                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
8468                          * proportionate to the zone's size.
8469                          */
8470                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = tmp;
8471                 }
8472
8473                 /*
8474                  * Set the kswapd watermarks distance according to the
8475                  * scale factor in proportion to available memory, but
8476                  * ensure a minimum size on small systems.
8477                  */
8478                 tmp = max_t(u64, tmp >> 2,
8479                             mult_frac(zone_managed_pages(zone),
8480                                       watermark_scale_factor, 10000));
8481
8482                 zone->watermark_boost = 0;
8483                 zone->_watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + tmp;
8484                 zone->_watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) + tmp * 2;
8485
8486                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8487         }
8488
8489         /* update totalreserve_pages */
8490         calculate_totalreserve_pages();
8491 }
8492
8493 /**
8494  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
8495  * or when memory is hot-{added|removed}
8496  *
8497  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
8498  * correctly with respect to min_free_kbytes.
8499  */
8500 void setup_per_zone_wmarks(void)
8501 {
8502         struct zone *zone;
8503         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
8504
8505         spin_lock(&lock);
8506         __setup_per_zone_wmarks();
8507         spin_unlock(&lock);
8508
8509         /*
8510          * The watermark size have changed so update the pcpu batch
8511          * and high limits or the limits may be inappropriate.
8512          */
8513         for_each_zone(zone)
8514                 zone_pcp_update(zone, 0);
8515 }
8516
8517 /*
8518  * Initialise min_free_kbytes.
8519  *
8520  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
8521  * we want it large (256MB max).  But it is not linear, because network
8522  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
8523  *
8524  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
8525  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
8526  *
8527  * which yields
8528  *
8529  * 16MB:        512k
8530  * 32MB:        724k
8531  * 64MB:        1024k
8532  * 128MB:       1448k
8533  * 256MB:       2048k
8534  * 512MB:       2896k
8535  * 1024MB:      4096k
8536  * 2048MB:      5792k
8537  * 4096MB:      8192k
8538  * 8192MB:      11584k
8539  * 16384MB:     16384k
8540  */
8541 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
8542 {
8543         unsigned long lowmem_kbytes;
8544         int new_min_free_kbytes;
8545
8546         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
8547         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
8548
8549         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes) {
8550                 min_free_kbytes = new_min_free_kbytes;
8551                 if (min_free_kbytes < 128)
8552                         min_free_kbytes = 128;
8553                 if (min_free_kbytes > 262144)
8554                         min_free_kbytes = 262144;
8555         } else {
8556                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
8557                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
8558         }
8559         setup_per_zone_wmarks();
8560         refresh_zone_stat_thresholds();
8561         setup_per_zone_lowmem_reserve();
8562
8563 #ifdef CONFIG_NUMA
8564         setup_min_unmapped_ratio();
8565         setup_min_slab_ratio();
8566 #endif
8567
8568         khugepaged_min_free_kbytes_update();
8569
8570         return 0;
8571 }
8572 postcore_initcall(init_per_zone_wmark_min)
8573
8574 /*
8575  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
8576  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
8577  *      changes.
8578  */
8579 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8580                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8581 {
8582         int rc;
8583
8584         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8585         if (rc)
8586                 return rc;
8587
8588         if (write) {
8589                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
8590                 setup_per_zone_wmarks();
8591         }
8592         return 0;
8593 }
8594
8595 int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8596                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8597 {
8598         int rc;
8599
8600         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8601         if (rc)
8602                 return rc;
8603
8604         if (write)
8605                 setup_per_zone_wmarks();
8606
8607         return 0;
8608 }
8609
8610 #ifdef CONFIG_NUMA
8611 static void setup_min_unmapped_ratio(void)
8612 {
8613         pg_data_t *pgdat;
8614         struct zone *zone;
8615
8616         for_each_online_pgdat(pgdat)
8617                 pgdat->min_unmapped_pages = 0;
8618
8619         for_each_zone(zone)
8620                 zone->zone_pgdat->min_unmapped_pages += (zone_managed_pages(zone) *
8621                                                          sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
8622 }
8623
8624
8625 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8626                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8627 {
8628         int rc;
8629
8630         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8631         if (rc)
8632                 return rc;
8633
8634         setup_min_unmapped_ratio();
8635
8636         return 0;
8637 }
8638
8639 static void setup_min_slab_ratio(void)
8640 {
8641         pg_data_t *pgdat;
8642         struct zone *zone;
8643
8644         for_each_online_pgdat(pgdat)
8645                 pgdat->min_slab_pages = 0;
8646
8647         for_each_zone(zone)
8648                 zone->zone_pgdat->min_slab_pages += (zone_managed_pages(zone) *
8649                                                      sysctl_min_slab_ratio) / 100;
8650 }
8651
8652 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8653                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8654 {
8655         int rc;
8656
8657         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8658         if (rc)
8659                 return rc;
8660
8661         setup_min_slab_ratio();
8662
8663         return 0;
8664 }
8665 #endif
8666
8667 /*
8668  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
8669  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
8670  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
8671  *
8672  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
8673  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
8674  * if in function of the boot time zone sizes.
8675  */
8676 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8677                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8678 {
8679         int i;
8680
8681         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8682
8683         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
8684                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[i] < 1)
8685                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[i] = 0;
8686         }
8687
8688         setup_per_zone_lowmem_reserve();
8689         return 0;
8690 }
8691
8692 /*
8693  * percpu_pagelist_high_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
8694  * cpu. It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
8695  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
8696  */
8697 int percpu_pagelist_high_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table,
8698                 int write, void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8699 {
8700         struct zone *zone;
8701         int old_percpu_pagelist_high_fraction;
8702         int ret;
8703
8704         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
8705         old_percpu_pagelist_high_fraction = percpu_pagelist_high_fraction;
8706
8707         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8708         if (!write || ret < 0)
8709                 goto out;
8710
8711         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
8712         if (percpu_pagelist_high_fraction &&
8713             percpu_pagelist_high_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_HIGH_FRACTION) {
8714                 percpu_pagelist_high_fraction = old_percpu_pagelist_high_fraction;
8715                 ret = -EINVAL;
8716                 goto out;
8717         }
8718
8719         /* No change? */
8720         if (percpu_pagelist_high_fraction == old_percpu_pagelist_high_fraction)
8721                 goto out;
8722
8723         for_each_populated_zone(zone)
8724                 zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0);
8725 out:
8726         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
8727         return ret;
8728 }
8729
8730 #ifndef __HAVE_ARCH_RESERVED_KERNEL_PAGES
8731 /*
8732  * Returns the number of pages that arch has reserved but
8733  * is not known to alloc_large_system_hash().
8734  */
8735 static unsigned long __init arch_reserved_kernel_pages(void)
8736 {
8737         return 0;
8738 }
8739 #endif
8740
8741 /*
8742  * Adaptive scale is meant to reduce sizes of hash tables on large memory
8743  * machines. As memory size is increased the scale is also increased but at
8744  * slower pace.  Starting from ADAPT_SCALE_BASE (64G), every time memory
8745  * quadruples the scale is increased by one, which means the size of hash table
8746  * only doubles, instead of quadrupling as well.
8747  * Because 32-bit systems cannot have large physical memory, where this scaling
8748  * makes sense, it is disabled on such platforms.
8749  */
8750 #if __BITS_PER_LONG > 32
8751 #define ADAPT_SCALE_BASE        (64ul << 30)
8752 #define ADAPT_SCALE_SHIFT       2
8753 #define ADAPT_SCALE_NPAGES      (ADAPT_SCALE_BASE >> PAGE_SHIFT)
8754 #endif
8755
8756 /*
8757  * allocate a large system hash table from bootmem
8758  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
8759  *   quantity of entries
8760  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
8761  */
8762 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
8763                                      unsigned long bucketsize,
8764                                      unsigned long numentries,
8765                                      int scale,
8766                                      int flags,
8767                                      unsigned int *_hash_shift,
8768                                      unsigned int *_hash_mask,
8769                                      unsigned long low_limit,
8770                                      unsigned long high_limit)
8771 {
8772         unsigned long long max = high_limit;
8773         unsigned long log2qty, size;
8774         void *table = NULL;
8775         gfp_t gfp_flags;
8776         bool virt;
8777         bool huge;
8778
8779         /* allow the kernel cmdline to have a say */
8780         if (!numentries) {
8781                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
8782                 numentries = nr_kernel_pages;
8783                 numentries -= arch_reserved_kernel_pages();
8784
8785                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
8786                 if (PAGE_SHIFT < 20)
8787                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
8788
8789 #if __BITS_PER_LONG > 32
8790                 if (!high_limit) {
8791                         unsigned long adapt;
8792
8793                         for (adapt = ADAPT_SCALE_NPAGES; adapt < numentries;
8794                              adapt <<= ADAPT_SCALE_SHIFT)
8795                                 scale++;
8796                 }
8797 #endif
8798
8799                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
8800                 if (scale > PAGE_SHIFT)
8801                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
8802                 else
8803                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
8804
8805                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
8806                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
8807                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
8808                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
8809                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
8810                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
8811                                 BUG_ON(!numentries);
8812                         }
8813                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
8814                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
8815         }
8816         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
8817
8818         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
8819         if (max == 0) {
8820                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
8821                 do_div(max, bucketsize);
8822         }
8823         max = min(max, 0x80000000ULL);
8824
8825         if (numentries < low_limit)
8826                 numentries = low_limit;
8827         if (numentries > max)
8828                 numentries = max;
8829
8830         log2qty = ilog2(numentries);
8831
8832         gfp_flags = (flags & HASH_ZERO) ? GFP_ATOMIC | __GFP_ZERO : GFP_ATOMIC;
8833         do {
8834                 virt = false;
8835                 size = bucketsize << log2qty;
8836                 if (flags & HASH_EARLY) {
8837                         if (flags & HASH_ZERO)
8838                                 table = memblock_alloc(size, SMP_CACHE_BYTES);
8839                         else
8840                                 table = memblock_alloc_raw(size,
8841                                                            SMP_CACHE_BYTES);
8842                 } else if (get_order(size) >= MAX_ORDER || hashdist) {
8843                         table = __vmalloc(size, gfp_flags);
8844                         virt = true;
8845                         huge = is_vm_area_hugepages(table);
8846                 } else {
8847                         /*
8848                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
8849                          * some pages at the end of hash table which
8850                          * alloc_pages_exact() automatically does
8851                          */
8852                         table = alloc_pages_exact(size, gfp_flags);
8853                         kmemleak_alloc(table, size, 1, gfp_flags);
8854                 }
8855         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
8856
8857         if (!table)
8858                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
8859
8860         pr_info("%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes, %s)\n",
8861                 tablename, 1UL << log2qty, ilog2(size) - PAGE_SHIFT, size,
8862                 virt ? (huge ? "vmalloc hugepage" : "vmalloc") : "linear");
8863
8864         if (_hash_shift)
8865                 *_hash_shift = log2qty;
8866         if (_hash_mask)
8867                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
8868
8869         return table;
8870 }
8871
8872 /*
8873  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
8874  *
8875  * PageLRU check without isolation or lru_lock could race so that
8876  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. And __PageMovable
8877  * check without lock_page also may miss some movable non-lru pages at
8878  * race condition. So you can't expect this function should be exact.
8879  *
8880  * Returns a page without holding a reference. If the caller wants to
8881  * dereference that page (e.g., dumping), it has to make sure that it
8882  * cannot get removed (e.g., via memory unplug) concurrently.
8883  *
8884  */
8885 struct page *has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page,
8886                                  int migratetype, int flags)
8887 {
8888         unsigned long iter = 0;
8889         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8890         unsigned long offset = pfn % pageblock_nr_pages;
8891
8892         if (is_migrate_cma_page(page)) {
8893                 /*
8894                  * CMA allocations (alloc_contig_range) really need to mark
8895                  * isolate CMA pageblocks even when they are not movable in fact
8896                  * so consider them movable here.
8897                  */
8898                 if (is_migrate_cma(migratetype))
8899                         return NULL;
8900
8901                 return page;
8902         }
8903
8904         for (; iter < pageblock_nr_pages - offset; iter++) {
8905                 page = pfn_to_page(pfn + iter);
8906
8907                 /*
8908                  * Both, bootmem allocations and memory holes are marked
8909                  * PG_reserved and are unmovable. We can even have unmovable
8910                  * allocations inside ZONE_MOVABLE, for example when
8911                  * specifying "movablecore".
8912                  */
8913                 if (PageReserved(page))
8914                         return page;
8915
8916                 /*
8917                  * If the zone is movable and we have ruled out all reserved
8918                  * pages then it should be reasonably safe to assume the rest
8919                  * is movable.
8920                  */
8921                 if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
8922                         continue;
8923
8924                 /*
8925                  * Hugepages are not in LRU lists, but they're movable.
8926                  * THPs are on the LRU, but need to be counted as #small pages.
8927                  * We need not scan over tail pages because we don't
8928                  * handle each tail page individually in migration.
8929                  */
8930                 if (PageHuge(page) || PageTransCompound(page)) {
8931                         struct page *head = compound_head(page);
8932                         unsigned int skip_pages;
8933
8934                         if (PageHuge(page)) {
8935                                 if (!hugepage_migration_supported(page_hstate(head)))
8936                                         return page;
8937                         } else if (!PageLRU(head) && !__PageMovable(head)) {
8938                                 return page;
8939                         }
8940
8941                         skip_pages = compound_nr(head) - (page - head);
8942                         iter += skip_pages - 1;
8943                         continue;
8944                 }
8945
8946                 /*
8947                  * We can't use page_count without pin a page
8948                  * because another CPU can free compound page.
8949                  * This check already skips compound tails of THP
8950                  * because their page->_refcount is zero at all time.
8951                  */
8952                 if (!page_ref_count(page)) {
8953                         if (PageBuddy(page))
8954                                 iter += (1 << buddy_order(page)) - 1;
8955                         continue;
8956                 }
8957
8958                 /*
8959                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
8960                  * page_count() is not 0.
8961                  */
8962                 if ((flags & MEMORY_OFFLINE) && PageHWPoison(page))
8963                         continue;
8964
8965                 /*
8966                  * We treat all PageOffline() pages as movable when offlining
8967                  * to give drivers a chance to decrement their reference count
8968                  * in MEM_GOING_OFFLINE in order to indicate that these pages
8969                  * can be offlined as there are no direct references anymore.
8970                  * For actually unmovable PageOffline() where the driver does
8971                  * not support this, we will fail later when trying to actually
8972                  * move these pages that still have a reference count > 0.
8973                  * (false negatives in this function only)
8974                  */
8975                 if ((flags & MEMORY_OFFLINE) && PageOffline(page))
8976                         continue;
8977
8978                 if (__PageMovable(page) || PageLRU(page))
8979                         continue;
8980
8981                 /*
8982                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check
8983                  * it.  But now, memory offline itself doesn't call
8984                  * shrink_node_slabs() and it still to be fixed.
8985                  */
8986                 return page;
8987         }
8988         return NULL;
8989 }
8990
8991 #ifdef CONFIG_CONTIG_ALLOC
8992 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
8993 {
8994         return pfn & ~(max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
8995                              pageblock_nr_pages) - 1);
8996 }
8997
8998 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
8999 {
9000         return ALIGN(pfn, max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
9001                                 pageblock_nr_pages));
9002 }
9003
9004 #if defined(CONFIG_DYNAMIC_DEBUG) || \
9005         (defined(CONFIG_DYNAMIC_DEBUG_CORE) && defined(DYNAMIC_DEBUG_MODULE))
9006 /* Usage: See admin-guide/dynamic-debug-howto.rst */
9007 static void alloc_contig_dump_pages(struct list_head *page_list)
9008 {
9009         DEFINE_DYNAMIC_DEBUG_METADATA(descriptor, "migrate failure");
9010
9011         if (DYNAMIC_DEBUG_BRANCH(descriptor)) {
9012                 struct page *page;
9013
9014                 dump_stack();
9015                 list_for_each_entry(page, page_list, lru)
9016                         dump_page(page, "migration failure");
9017         }
9018 }
9019 #else
9020 static inline void alloc_contig_dump_pages(struct list_head *page_list)
9021 {
9022 }
9023 #endif
9024
9025 /* [start, end) must belong to a single zone. */
9026 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
9027                                         unsigned long start, unsigned long end)
9028 {
9029         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
9030         unsigned int nr_reclaimed;
9031         unsigned long pfn = start;
9032         unsigned int tries = 0;
9033         int ret = 0;
9034         struct migration_target_control mtc = {
9035                 .nid = zone_to_nid(cc->zone),
9036                 .gfp_mask = GFP_USER | __GFP_MOVABLE | __GFP_RETRY_MAYFAIL,
9037         };
9038
9039         lru_cache_disable();
9040
9041         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
9042                 if (fatal_signal_pending(current)) {
9043                         pr_err("Fatal signal pending task: %s(%d), %#lx\n",
9044                                 current->comm, current->pid,
9045                                 current->pending.signal.sig[0]);
9046                         ret = -EINTR;
9047                         break;
9048                 }
9049
9050                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
9051                         cc->nr_migratepages = 0;
9052                         ret = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
9053                         if (ret && ret != -EAGAIN)
9054                                 break;
9055                         pfn = cc->migrate_pfn;
9056                         tries = 0;
9057                 } else if (++tries == 5) {
9058                         ret = -EBUSY;
9059                         break;
9060                 }
9061
9062                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
9063                                                         &cc->migratepages);
9064                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
9065
9066                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migration_target,
9067                         NULL, (unsigned long)&mtc, cc->mode, MR_CONTIG_RANGE, NULL);
9068
9069                 /*
9070                  * On -ENOMEM, migrate_pages() bails out right away. It is pointless
9071                  * to retry again over this error, so do the same here.
9072                  */
9073                 if (ret == -ENOMEM)
9074                         break;
9075         }
9076
9077         lru_cache_enable();
9078         if (ret < 0) {
9079                 if (ret == -EBUSY)
9080                         alloc_contig_dump_pages(&cc->migratepages);
9081                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
9082                 return ret;
9083         }
9084         return 0;
9085 }
9086
9087 /**
9088  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
9089  * @start:      start PFN to allocate
9090  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
9091  * @migratetype:        migratetype of the underlying pageblocks (either
9092  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
9093  *                      in range must have the same migratetype and it must
9094  *                      be either of the two.
9095  * @gfp_mask:   GFP mask to use during compaction
9096  *
9097  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
9098  * aligned.  The PFN range must belong to a single zone.
9099  *
9100  * The first thing this routine does is attempt to MIGRATE_ISOLATE all
9101  * pageblocks in the range.  Once isolated, the pageblocks should not
9102  * be modified by others.
9103  *
9104  * Return: zero on success or negative error code.  On success all
9105  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
9106  * need to be freed with free_contig_range().
9107  */
9108 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
9109                        unsigned migratetype, gfp_t gfp_mask)
9110 {
9111         unsigned long outer_start, outer_end;
9112         unsigned int order;
9113         int ret = 0;
9114
9115         struct compact_control cc = {
9116                 .nr_migratepages = 0,
9117                 .order = -1,
9118                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
9119                 .mode = MIGRATE_SYNC,
9120                 .ignore_skip_hint = true,
9121                 .no_set_skip_hint = true,
9122                 .gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask),
9123                 .alloc_contig = true,
9124         };
9125         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
9126
9127         /*
9128          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
9129          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
9130          * have different sizes, and due to the way page allocator
9131          * work, we align the range to biggest of the two pages so
9132          * that page allocator won't try to merge buddies from
9133          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
9134          * other migration type.
9135          *
9136          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
9137          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
9138          * we are interested in).  This will put all the pages in
9139          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
9140          *
9141          * When this is done, we take the pages in range from page
9142          * allocator removing them from the buddy system.  This way
9143          * page allocator will never consider using them.
9144          *
9145          * This lets us mark the pageblocks back as
9146          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
9147          * aligned range but not in the unaligned, original range are
9148          * put back to page allocator so that buddy can use them.
9149          */
9150
9151         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
9152                                        pfn_max_align_up(end), migratetype, 0);
9153         if (ret)
9154                 return ret;
9155
9156         drain_all_pages(cc.zone);
9157
9158         /*
9159          * In case of -EBUSY, we'd like to know which page causes problem.
9160          * So, just fall through. test_pages_isolated() has a tracepoint
9161          * which will report the busy page.
9162          *
9163          * It is possible that busy pages could become available before
9164          * the call to test_pages_isolated, and the range will actually be
9165          * allocated.  So, if we fall through be sure to clear ret so that
9166          * -EBUSY is not accidentally used or returned to caller.
9167          */
9168         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
9169         if (ret && ret != -EBUSY)
9170                 goto done;
9171         ret = 0;
9172
9173         /*
9174          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
9175          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
9176          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
9177          * What we are going to do is to allocate all pages from
9178          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
9179          *
9180          * The only problem is that pages at the beginning and at the
9181          * end of interesting range may be not aligned with pages that
9182          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
9183          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
9184          * once this is done free the pages we are not interested in.
9185          *
9186          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
9187          * isolated thus they won't get removed from buddy.
9188          */
9189
9190         order = 0;
9191         outer_start = start;
9192         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
9193                 if (++order >= MAX_ORDER) {
9194                         outer_start = start;
9195                         break;
9196                 }
9197                 outer_start &= ~0UL << order;
9198         }
9199
9200         if (outer_start != start) {
9201                 order = buddy_order(pfn_to_page(outer_start));
9202
9203                 /*
9204                  * outer_start page could be small order buddy page and
9205                  * it doesn't include start page. Adjust outer_start
9206                  * in this case to report failed page properly
9207                  * on tracepoint in test_pages_isolated()
9208                  */
9209                 if (outer_start + (1UL << order) <= start)
9210                         outer_start = start;
9211         }
9212
9213         /* Make sure the range is really isolated. */
9214         if (test_pages_isolated(outer_start, end, 0)) {
9215                 ret = -EBUSY;
9216                 goto done;
9217         }
9218
9219         /* Grab isolated pages from freelists. */
9220         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
9221         if (!outer_end) {
9222                 ret = -EBUSY;
9223                 goto done;
9224         }
9225
9226         /* Free head and tail (if any) */
9227         if (start != outer_start)
9228                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
9229         if (end != outer_end)
9230                 free_contig_range(end, outer_end - end);
9231
9232 done:
9233         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
9234                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
9235         return ret;
9236 }
9237 EXPORT_SYMBOL(alloc_contig_range);
9238
9239 static int __alloc_contig_pages(unsigned long start_pfn,
9240                                 unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask)
9241 {
9242         unsigned long end_pfn = start_pfn + nr_pages;
9243
9244         return alloc_contig_range(start_pfn, end_pfn, MIGRATE_MOVABLE,
9245                                   gfp_mask);
9246 }
9247
9248 static bool pfn_range_valid_contig(struct zone *z, unsigned long start_pfn,
9249                                    unsigned long nr_pages)
9250 {
9251         unsigned long i, end_pfn = start_pfn + nr_pages;
9252         struct page *page;
9253
9254         for (i = start_pfn; i < end_pfn; i++) {
9255                 page = pfn_to_online_page(i);
9256                 if (!page)
9257                         return false;
9258
9259                 if (page_zone(page) != z)
9260                         return false;
9261
9262                 if (PageReserved(page))
9263                         return false;
9264         }
9265         return true;
9266 }
9267
9268 static bool zone_spans_last_pfn(const struct zone *zone,
9269                                 unsigned long start_pfn, unsigned long nr_pages)
9270 {
9271         unsigned long last_pfn = start_pfn + nr_pages - 1;
9272
9273         return zone_spans_pfn(zone, last_pfn);
9274 }
9275
9276 /**
9277  * alloc_contig_pages() -- tries to find and allocate contiguous range of pages
9278  * @nr_pages:   Number of contiguous pages to allocate
9279  * @gfp_mask:   GFP mask to limit search and used during compaction
9280  * @nid:        Target node
9281  * @nodemask:   Mask for other possible nodes
9282  *
9283  * This routine is a wrapper around alloc_contig_range(). It scans over zones
9284  * on an applicable zonelist to find a contiguous pfn range which can then be
9285  * tried for allocation with alloc_contig_range(). This routine is intended
9286  * for allocation requests which can not be fulfilled with the buddy allocator.
9287  *
9288  * The allocated memory is always aligned to a page boundary. If nr_pages is a
9289  * power of two then the alignment is guaranteed to be to the given nr_pages
9290  * (e.g. 1GB request would be aligned to 1GB).
9291  *
9292  * Allocated pages can be freed with free_contig_range() or by manually calling
9293  * __free_page() on each allocated page.
9294  *
9295  * Return: pointer to contiguous pages on success, or NULL if not successful.
9296  */
9297 struct page *alloc_contig_pages(unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask,
9298                                 int nid, nodemask_t *nodemask)
9299 {
9300         unsigned long ret, pfn, flags;
9301         struct zonelist *zonelist;
9302         struct zone *zone;
9303         struct zoneref *z;
9304
9305         zonelist = node_zonelist(nid, gfp_mask);
9306         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
9307                                         gfp_zone(gfp_mask), nodemask) {
9308                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9309
9310                 pfn = ALIGN(zone->zone_start_pfn, nr_pages);
9311                 while (zone_spans_last_pfn(zone, pfn, nr_pages)) {
9312                         if (pfn_range_valid_contig(zone, pfn, nr_pages)) {
9313                                 /*
9314                                  * We release the zone lock here because
9315                                  * alloc_contig_range() will also lock the zone
9316                                  * at some point. If there's an allocation
9317                                  * spinning on this lock, it may win the race
9318                                  * and cause alloc_contig_range() to fail...
9319                                  */
9320                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9321                                 ret = __alloc_contig_pages(pfn, nr_pages,
9322                                                         gfp_mask);
9323                                 if (!ret)
9324                                         return pfn_to_page(pfn);
9325                                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9326                         }
9327                         pfn += nr_pages;
9328                 }
9329                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9330         }
9331         return NULL;
9332 }
9333 #endif /* CONFIG_CONTIG_ALLOC */
9334
9335 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned long nr_pages)
9336 {
9337         unsigned long count = 0;
9338
9339         for (; nr_pages--; pfn++) {
9340                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
9341
9342                 count += page_count(page) != 1;
9343                 __free_page(page);
9344         }
9345         WARN(count != 0, "%lu pages are still in use!\n", count);
9346 }
9347 EXPORT_SYMBOL(free_contig_range);
9348
9349 /*
9350  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
9351  * page high values need to be recalculated.
9352  */
9353 void zone_pcp_update(struct zone *zone, int cpu_online)
9354 {
9355         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
9356         zone_set_pageset_high_and_batch(zone, cpu_online);
9357         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
9358 }
9359
9360 /*
9361  * Effectively disable pcplists for the zone by setting the high limit to 0
9362  * and draining all cpus. A concurrent page freeing on another CPU that's about
9363  * to put the page on pcplist will either finish before the drain and the page
9364  * will be drained, or observe the new high limit and skip the pcplist.
9365  *
9366  * Must be paired with a call to zone_pcp_enable().
9367  */
9368 void zone_pcp_disable(struct zone *zone)
9369 {
9370         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
9371         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0, 1);
9372         __drain_all_pages(zone, true);
9373 }
9374
9375 void zone_pcp_enable(struct zone *zone)
9376 {
9377         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, zone->pageset_high, zone->pageset_batch);
9378         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
9379 }
9380
9381 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
9382 {
9383         int cpu;
9384         struct per_cpu_zonestat *pzstats;
9385
9386         if (zone->per_cpu_pageset != &boot_pageset) {
9387                 for_each_online_cpu(cpu) {
9388                         pzstats = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_zonestats, cpu);
9389                         drain_zonestat(zone, pzstats);
9390                 }
9391                 free_percpu(zone->per_cpu_pageset);
9392                 free_percpu(zone->per_cpu_zonestats);
9393                 zone->per_cpu_pageset = &boot_pageset;
9394                 zone->per_cpu_zonestats = &boot_zonestats;
9395         }
9396 }
9397
9398 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
9399 /*
9400  * All pages in the range must be in a single zone, must not contain holes,
9401  * must span full sections, and must be isolated before calling this function.
9402  */
9403 void __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
9404 {
9405         unsigned long pfn = start_pfn;
9406         struct page *page;
9407         struct zone *zone;
9408         unsigned int order;
9409         unsigned long flags;
9410
9411         offline_mem_sections(pfn, end_pfn);
9412         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
9413         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9414         while (pfn < end_pfn) {
9415                 page = pfn_to_page(pfn);
9416                 /*
9417                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
9418                  * page_count() is not 0.
9419                  */
9420                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
9421                         pfn++;
9422                         continue;
9423                 }
9424                 /*
9425                  * At this point all remaining PageOffline() pages have a
9426                  * reference count of 0 and can simply be skipped.
9427                  */
9428                 if (PageOffline(page)) {
9429                         BUG_ON(page_count(page));
9430                         BUG_ON(PageBuddy(page));
9431                         pfn++;
9432                         continue;
9433                 }
9434
9435                 BUG_ON(page_count(page));
9436                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
9437                 order = buddy_order(page);
9438                 del_page_from_free_list(page, zone, order);
9439                 pfn += (1 << order);
9440         }
9441         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9442 }
9443 #endif
9444
9445 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
9446 {
9447         struct zone *zone = page_zone(page);
9448         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
9449         unsigned long flags;
9450         unsigned int order;
9451
9452         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9453         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
9454                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
9455
9456                 if (PageBuddy(page_head) && buddy_order(page_head) >= order)
9457                         break;
9458         }
9459         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9460
9461         return order < MAX_ORDER;
9462 }
9463
9464 #ifdef CONFIG_MEMORY_FAILURE
9465 /*
9466  * Break down a higher-order page in sub-pages, and keep our target out of
9467  * buddy allocator.
9468  */
9469 static void break_down_buddy_pages(struct zone *zone, struct page *page,
9470                                    struct page *target, int low, int high,
9471                                    int migratetype)
9472 {
9473         unsigned long size = 1 << high;
9474         struct page *current_buddy, *next_page;
9475
9476         while (high > low) {
9477                 high--;
9478                 size >>= 1;
9479
9480                 if (target >= &page[size]) {
9481                         next_page = page + size;
9482                         current_buddy = page;
9483                 } else {
9484                         next_page = page;
9485                         current_buddy = page + size;
9486                 }
9487
9488                 if (set_page_guard(zone, current_buddy, high, migratetype))
9489                         continue;
9490
9491                 if (current_buddy != target) {
9492                         add_to_free_list(current_buddy, zone, high, migratetype);
9493                         set_buddy_order(current_buddy, high);
9494                         page = next_page;
9495                 }
9496         }
9497 }
9498
9499 /*
9500  * Take a page that will be marked as poisoned off the buddy allocator.
9501  */
9502 bool take_page_off_buddy(struct page *page)
9503 {
9504         struct zone *zone = page_zone(page);
9505         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
9506         unsigned long flags;
9507         unsigned int order;
9508         bool ret = false;
9509
9510         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9511         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
9512                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
9513                 int page_order = buddy_order(page_head);
9514
9515                 if (PageBuddy(page_head) && page_order >= order) {
9516                         unsigned long pfn_head = page_to_pfn(page_head);
9517                         int migratetype = get_pfnblock_migratetype(page_head,
9518                                                                    pfn_head);
9519
9520                         del_page_from_free_list(page_head, zone, page_order);
9521                         break_down_buddy_pages(zone, page_head, page, 0,
9522                                                 page_order, migratetype);
9523                         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
9524                                 __mod_zone_freepage_state(zone, -1, migratetype);
9525                         ret = true;
9526                         break;
9527                 }
9528                 if (page_count(page_head) > 0)
9529                         break;
9530         }
9531         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9532         return ret;
9533 }
9534 #endif
9535
9536 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
9537 bool has_managed_dma(void)
9538 {
9539         struct pglist_data *pgdat;
9540
9541         for_each_online_pgdat(pgdat) {
9542                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[ZONE_DMA];
9543
9544                 if (managed_zone(zone))
9545                         return true;
9546         }
9547         return false;
9548 }
9549 #endif /* CONFIG_ZONE_DMA */