fd72de9a736e0a73c4abe430eda705fc95e9107e
[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/migrate.h>
61 #include <linux/hugetlb.h>
62 #include <linux/sched/rt.h>
63 #include <linux/sched/mm.h>
64 #include <linux/page_owner.h>
65 #include <linux/kthread.h>
66 #include <linux/memcontrol.h>
67 #include <linux/ftrace.h>
68 #include <linux/lockdep.h>
69 #include <linux/nmi.h>
70 #include <linux/psi.h>
71
72 #include <asm/sections.h>
73 #include <asm/tlbflush.h>
74 #include <asm/div64.h>
75 #include "internal.h"
76 #include "shuffle.h"
77
78 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
79 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
80 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION    (8)
81
82 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
83 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
84 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
85 #endif
86
87 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(vm_numa_stat_key);
88
89 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
90 /*
91  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
92  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
93  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
94  * defined in <linux/topology.h>.
95  */
96 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
97 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
98 int _node_numa_mem_[MAX_NUMNODES];
99 #endif
100
101 /* work_structs for global per-cpu drains */
102 struct pcpu_drain {
103         struct zone *zone;
104         struct work_struct work;
105 };
106 DEFINE_MUTEX(pcpu_drain_mutex);
107 DEFINE_PER_CPU(struct pcpu_drain, pcpu_drain);
108
109 #ifdef CONFIG_GCC_PLUGIN_LATENT_ENTROPY
110 volatile unsigned long latent_entropy __latent_entropy;
111 EXPORT_SYMBOL(latent_entropy);
112 #endif
113
114 /*
115  * Array of node states.
116  */
117 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
118         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
119         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
120 #ifndef CONFIG_NUMA
121         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
122 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
123         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
124 #endif
125         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
126         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
127 #endif  /* NUMA */
128 };
129 EXPORT_SYMBOL(node_states);
130
131 atomic_long_t _totalram_pages __read_mostly;
132 EXPORT_SYMBOL(_totalram_pages);
133 unsigned long totalreserve_pages __read_mostly;
134 unsigned long totalcma_pages __read_mostly;
135
136 int percpu_pagelist_fraction;
137 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
138 #ifdef CONFIG_INIT_ON_ALLOC_DEFAULT_ON
139 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(init_on_alloc);
140 #else
141 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(init_on_alloc);
142 #endif
143 EXPORT_SYMBOL(init_on_alloc);
144
145 #ifdef CONFIG_INIT_ON_FREE_DEFAULT_ON
146 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(init_on_free);
147 #else
148 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(init_on_free);
149 #endif
150 EXPORT_SYMBOL(init_on_free);
151
152 static int __init early_init_on_alloc(char *buf)
153 {
154         int ret;
155         bool bool_result;
156
157         if (!buf)
158                 return -EINVAL;
159         ret = kstrtobool(buf, &bool_result);
160         if (bool_result && page_poisoning_enabled())
161                 pr_info("mem auto-init: CONFIG_PAGE_POISONING is on, will take precedence over init_on_alloc\n");
162         if (bool_result)
163                 static_branch_enable(&init_on_alloc);
164         else
165                 static_branch_disable(&init_on_alloc);
166         return ret;
167 }
168 early_param("init_on_alloc", early_init_on_alloc);
169
170 static int __init early_init_on_free(char *buf)
171 {
172         int ret;
173         bool bool_result;
174
175         if (!buf)
176                 return -EINVAL;
177         ret = kstrtobool(buf, &bool_result);
178         if (bool_result && page_poisoning_enabled())
179                 pr_info("mem auto-init: CONFIG_PAGE_POISONING is on, will take precedence over init_on_free\n");
180         if (bool_result)
181                 static_branch_enable(&init_on_free);
182         else
183                 static_branch_disable(&init_on_free);
184         return ret;
185 }
186 early_param("init_on_free", early_init_on_free);
187
188 /*
189  * A cached value of the page's pageblock's migratetype, used when the page is
190  * put on a pcplist. Used to avoid the pageblock migratetype lookup when
191  * freeing from pcplists in most cases, at the cost of possibly becoming stale.
192  * Also the migratetype set in the page does not necessarily match the pcplist
193  * index, e.g. page might have MIGRATE_CMA set but be on a pcplist with any
194  * other index - this ensures that it will be put on the correct CMA freelist.
195  */
196 static inline int get_pcppage_migratetype(struct page *page)
197 {
198         return page->index;
199 }
200
201 static inline void set_pcppage_migratetype(struct page *page, int migratetype)
202 {
203         page->index = migratetype;
204 }
205
206 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
207 /*
208  * The following functions are used by the suspend/hibernate code to temporarily
209  * change gfp_allowed_mask in order to avoid using I/O during memory allocations
210  * while devices are suspended.  To avoid races with the suspend/hibernate code,
211  * they should always be called with system_transition_mutex held
212  * (gfp_allowed_mask also should only be modified with system_transition_mutex
213  * held, unless the suspend/hibernate code is guaranteed not to run in parallel
214  * with that modification).
215  */
216
217 static gfp_t saved_gfp_mask;
218
219 void pm_restore_gfp_mask(void)
220 {
221         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
222         if (saved_gfp_mask) {
223                 gfp_allowed_mask = saved_gfp_mask;
224                 saved_gfp_mask = 0;
225         }
226 }
227
228 void pm_restrict_gfp_mask(void)
229 {
230         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
231         WARN_ON(saved_gfp_mask);
232         saved_gfp_mask = gfp_allowed_mask;
233         gfp_allowed_mask &= ~(__GFP_IO | __GFP_FS);
234 }
235
236 bool pm_suspended_storage(void)
237 {
238         if ((gfp_allowed_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
239                 return false;
240         return true;
241 }
242 #endif /* CONFIG_PM_SLEEP */
243
244 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
245 unsigned int pageblock_order __read_mostly;
246 #endif
247
248 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order);
249
250 /*
251  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
252  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
253  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
254  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
255  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
256  *      HIGHMEM allocation will leave (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
257  *
258  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
259  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
260  */
261 int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES] = {
262 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
263         [ZONE_DMA] = 256,
264 #endif
265 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
266         [ZONE_DMA32] = 256,
267 #endif
268         [ZONE_NORMAL] = 32,
269 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
270         [ZONE_HIGHMEM] = 0,
271 #endif
272         [ZONE_MOVABLE] = 0,
273 };
274
275 static char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
276 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
277          "DMA",
278 #endif
279 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
280          "DMA32",
281 #endif
282          "Normal",
283 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
284          "HighMem",
285 #endif
286          "Movable",
287 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
288          "Device",
289 #endif
290 };
291
292 const char * const migratetype_names[MIGRATE_TYPES] = {
293         "Unmovable",
294         "Movable",
295         "Reclaimable",
296         "HighAtomic",
297 #ifdef CONFIG_CMA
298         "CMA",
299 #endif
300 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
301         "Isolate",
302 #endif
303 };
304
305 compound_page_dtor * const compound_page_dtors[] = {
306         NULL,
307         free_compound_page,
308 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
309         free_huge_page,
310 #endif
311 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
312         free_transhuge_page,
313 #endif
314 };
315
316 int min_free_kbytes = 1024;
317 int user_min_free_kbytes = -1;
318 #ifdef CONFIG_DISCONTIGMEM
319 /*
320  * DiscontigMem defines memory ranges as separate pg_data_t even if the ranges
321  * are not on separate NUMA nodes. Functionally this works but with
322  * watermark_boost_factor, it can reclaim prematurely as the ranges can be
323  * quite small. By default, do not boost watermarks on discontigmem as in
324  * many cases very high-order allocations like THP are likely to be
325  * unsupported and the premature reclaim offsets the advantage of long-term
326  * fragmentation avoidance.
327  */
328 int watermark_boost_factor __read_mostly;
329 #else
330 int watermark_boost_factor __read_mostly = 15000;
331 #endif
332 int watermark_scale_factor = 10;
333
334 static unsigned long nr_kernel_pages __initdata;
335 static unsigned long nr_all_pages __initdata;
336 static unsigned long dma_reserve __initdata;
337
338 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
339 static unsigned long arch_zone_lowest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __initdata;
340 static unsigned long arch_zone_highest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __initdata;
341 static unsigned long required_kernelcore __initdata;
342 static unsigned long required_kernelcore_percent __initdata;
343 static unsigned long required_movablecore __initdata;
344 static unsigned long required_movablecore_percent __initdata;
345 static unsigned long zone_movable_pfn[MAX_NUMNODES] __initdata;
346 static bool mirrored_kernelcore __meminitdata;
347
348 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
349 int movable_zone;
350 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
351 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
352
353 #if MAX_NUMNODES > 1
354 unsigned int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
355 unsigned int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
356 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
357 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
358 #endif
359
360 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
361
362 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
363 /*
364  * During boot we initialize deferred pages on-demand, as needed, but once
365  * page_alloc_init_late() has finished, the deferred pages are all initialized,
366  * and we can permanently disable that path.
367  */
368 static DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(deferred_pages);
369
370 /*
371  * Calling kasan_free_pages() only after deferred memory initialization
372  * has completed. Poisoning pages during deferred memory init will greatly
373  * lengthen the process and cause problem in large memory systems as the
374  * deferred pages initialization is done with interrupt disabled.
375  *
376  * Assuming that there will be no reference to those newly initialized
377  * pages before they are ever allocated, this should have no effect on
378  * KASAN memory tracking as the poison will be properly inserted at page
379  * allocation time. The only corner case is when pages are allocated by
380  * on-demand allocation and then freed again before the deferred pages
381  * initialization is done, but this is not likely to happen.
382  */
383 static inline void kasan_free_nondeferred_pages(struct page *page, int order)
384 {
385         if (!static_branch_unlikely(&deferred_pages))
386                 kasan_free_pages(page, order);
387 }
388
389 /* Returns true if the struct page for the pfn is uninitialised */
390 static inline bool __meminit early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
391 {
392         int nid = early_pfn_to_nid(pfn);
393
394         if (node_online(nid) && pfn >= NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn)
395                 return true;
396
397         return false;
398 }
399
400 /*
401  * Returns true when the remaining initialisation should be deferred until
402  * later in the boot cycle when it can be parallelised.
403  */
404 static bool __meminit
405 defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
406 {
407         static unsigned long prev_end_pfn, nr_initialised;
408
409         /*
410          * prev_end_pfn static that contains the end of previous zone
411          * No need to protect because called very early in boot before smp_init.
412          */
413         if (prev_end_pfn != end_pfn) {
414                 prev_end_pfn = end_pfn;
415                 nr_initialised = 0;
416         }
417
418         /* Always populate low zones for address-constrained allocations */
419         if (end_pfn < pgdat_end_pfn(NODE_DATA(nid)))
420                 return false;
421
422         /*
423          * We start only with one section of pages, more pages are added as
424          * needed until the rest of deferred pages are initialized.
425          */
426         nr_initialised++;
427         if ((nr_initialised > PAGES_PER_SECTION) &&
428             (pfn & (PAGES_PER_SECTION - 1)) == 0) {
429                 NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn = pfn;
430                 return true;
431         }
432         return false;
433 }
434 #else
435 #define kasan_free_nondeferred_pages(p, o)      kasan_free_pages(p, o)
436
437 static inline bool early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
438 {
439         return false;
440 }
441
442 static inline bool defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
443 {
444         return false;
445 }
446 #endif
447
448 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
449 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(struct page *page,
450                                                         unsigned long pfn)
451 {
452 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
453         return section_to_usemap(__pfn_to_section(pfn));
454 #else
455         return page_zone(page)->pageblock_flags;
456 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
457 }
458
459 static inline int pfn_to_bitidx(struct page *page, unsigned long pfn)
460 {
461 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
462         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
463         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
464 #else
465         pfn = pfn - round_down(page_zone(page)->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
466         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
467 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
468 }
469
470 /**
471  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
472  * @page: The page within the block of interest
473  * @pfn: The target page frame number
474  * @end_bitidx: The last bit of interest to retrieve
475  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
476  *
477  * Return: pageblock_bits flags
478  */
479 static __always_inline unsigned long __get_pfnblock_flags_mask(struct page *page,
480                                         unsigned long pfn,
481                                         unsigned long end_bitidx,
482                                         unsigned long mask)
483 {
484         unsigned long *bitmap;
485         unsigned long bitidx, word_bitidx;
486         unsigned long word;
487
488         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
489         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
490         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
491         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
492
493         word = bitmap[word_bitidx];
494         bitidx += end_bitidx;
495         return (word >> (BITS_PER_LONG - bitidx - 1)) & mask;
496 }
497
498 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long pfn,
499                                         unsigned long end_bitidx,
500                                         unsigned long mask)
501 {
502         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, end_bitidx, mask);
503 }
504
505 static __always_inline int get_pfnblock_migratetype(struct page *page, unsigned long pfn)
506 {
507         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, PB_migrate_end, MIGRATETYPE_MASK);
508 }
509
510 /**
511  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
512  * @page: The page within the block of interest
513  * @flags: The flags to set
514  * @pfn: The target page frame number
515  * @end_bitidx: The last bit of interest
516  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
517  */
518 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
519                                         unsigned long pfn,
520                                         unsigned long end_bitidx,
521                                         unsigned long mask)
522 {
523         unsigned long *bitmap;
524         unsigned long bitidx, word_bitidx;
525         unsigned long old_word, word;
526
527         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
528         BUILD_BUG_ON(MIGRATE_TYPES > (1 << PB_migratetype_bits));
529
530         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
531         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
532         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
533         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
534
535         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(page_zone(page), pfn), page);
536
537         bitidx += end_bitidx;
538         mask <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
539         flags <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
540
541         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
542         for (;;) {
543                 old_word = cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], word, (word & ~mask) | flags);
544                 if (word == old_word)
545                         break;
546                 word = old_word;
547         }
548 }
549
550 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
551 {
552         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
553                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
554                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
555
556         set_pageblock_flags_group(page, (unsigned long)migratetype,
557                                         PB_migrate, PB_migrate_end);
558 }
559
560 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
561 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
562 {
563         int ret = 0;
564         unsigned seq;
565         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
566         unsigned long sp, start_pfn;
567
568         do {
569                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
570                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
571                 sp = zone->spanned_pages;
572                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
573                         ret = 1;
574         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
575
576         if (ret)
577                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
578                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
579                         start_pfn, start_pfn + sp);
580
581         return ret;
582 }
583
584 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
585 {
586         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page)))
587                 return 0;
588         if (zone != page_zone(page))
589                 return 0;
590
591         return 1;
592 }
593 /*
594  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
595  */
596 static int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
597 {
598         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
599                 return 1;
600         if (!page_is_consistent(zone, page))
601                 return 1;
602
603         return 0;
604 }
605 #else
606 static inline int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
607 {
608         return 0;
609 }
610 #endif
611
612 static void bad_page(struct page *page, const char *reason,
613                 unsigned long bad_flags)
614 {
615         static unsigned long resume;
616         static unsigned long nr_shown;
617         static unsigned long nr_unshown;
618
619         /*
620          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
621          * or allow a steady drip of one report per second.
622          */
623         if (nr_shown == 60) {
624                 if (time_before(jiffies, resume)) {
625                         nr_unshown++;
626                         goto out;
627                 }
628                 if (nr_unshown) {
629                         pr_alert(
630                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
631                                 nr_unshown);
632                         nr_unshown = 0;
633                 }
634                 nr_shown = 0;
635         }
636         if (nr_shown++ == 0)
637                 resume = jiffies + 60 * HZ;
638
639         pr_alert("BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
640                 current->comm, page_to_pfn(page));
641         __dump_page(page, reason);
642         bad_flags &= page->flags;
643         if (bad_flags)
644                 pr_alert("bad because of flags: %#lx(%pGp)\n",
645                                                 bad_flags, &bad_flags);
646         dump_page_owner(page);
647
648         print_modules();
649         dump_stack();
650 out:
651         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
652         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
653         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
654 }
655
656 /*
657  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
658  *
659  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page" and have PG_head set.
660  *
661  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages". PageTail() is encoded
662  * in bit 0 of page->compound_head. The rest of bits is pointer to head page.
663  *
664  * The first tail page's ->compound_dtor holds the offset in array of compound
665  * page destructors. See compound_page_dtors.
666  *
667  * The first tail page's ->compound_order holds the order of allocation.
668  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
669  */
670
671 void free_compound_page(struct page *page)
672 {
673         mem_cgroup_uncharge(page);
674         __free_pages_ok(page, compound_order(page));
675 }
676
677 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned int order)
678 {
679         int i;
680         int nr_pages = 1 << order;
681
682         set_compound_page_dtor(page, COMPOUND_PAGE_DTOR);
683         set_compound_order(page, order);
684         __SetPageHead(page);
685         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
686                 struct page *p = page + i;
687                 set_page_count(p, 0);
688                 p->mapping = TAIL_MAPPING;
689                 set_compound_head(p, page);
690         }
691         atomic_set(compound_mapcount_ptr(page), -1);
692 }
693
694 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
695 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
696
697 bool _debug_pagealloc_enabled_early __read_mostly
698                         = IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC_ENABLE_DEFAULT);
699 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled_early);
700 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(_debug_pagealloc_enabled);
701 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled);
702
703 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(_debug_guardpage_enabled);
704
705 static int __init early_debug_pagealloc(char *buf)
706 {
707         return kstrtobool(buf, &_debug_pagealloc_enabled_early);
708 }
709 early_param("debug_pagealloc", early_debug_pagealloc);
710
711 void init_debug_pagealloc(void)
712 {
713         if (!debug_pagealloc_enabled())
714                 return;
715
716         static_branch_enable(&_debug_pagealloc_enabled);
717
718         if (!debug_guardpage_minorder())
719                 return;
720
721         static_branch_enable(&_debug_guardpage_enabled);
722 }
723
724 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
725 {
726         unsigned long res;
727
728         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
729                 pr_err("Bad debug_guardpage_minorder value\n");
730                 return 0;
731         }
732         _debug_guardpage_minorder = res;
733         pr_info("Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
734         return 0;
735 }
736 early_param("debug_guardpage_minorder", debug_guardpage_minorder_setup);
737
738 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
739                                 unsigned int order, int migratetype)
740 {
741         if (!debug_guardpage_enabled())
742                 return false;
743
744         if (order >= debug_guardpage_minorder())
745                 return false;
746
747         __SetPageGuard(page);
748         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
749         set_page_private(page, order);
750         /* Guard pages are not available for any usage */
751         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order), migratetype);
752
753         return true;
754 }
755
756 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
757                                 unsigned int order, int migratetype)
758 {
759         if (!debug_guardpage_enabled())
760                 return;
761
762         __ClearPageGuard(page);
763
764         set_page_private(page, 0);
765         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
766                 __mod_zone_freepage_state(zone, (1 << order), migratetype);
767 }
768 #else
769 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
770                         unsigned int order, int migratetype) { return false; }
771 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
772                                 unsigned int order, int migratetype) {}
773 #endif
774
775 static inline void set_page_order(struct page *page, unsigned int order)
776 {
777         set_page_private(page, order);
778         __SetPageBuddy(page);
779 }
780
781 /*
782  * This function checks whether a page is free && is the buddy
783  * we can coalesce a page and its buddy if
784  * (a) the buddy is not in a hole (check before calling!) &&
785  * (b) the buddy is in the buddy system &&
786  * (c) a page and its buddy have the same order &&
787  * (d) a page and its buddy are in the same zone.
788  *
789  * For recording whether a page is in the buddy system, we set PageBuddy.
790  * Setting, clearing, and testing PageBuddy is serialized by zone->lock.
791  *
792  * For recording page's order, we use page_private(page).
793  */
794 static inline int page_is_buddy(struct page *page, struct page *buddy,
795                                                         unsigned int order)
796 {
797         if (page_is_guard(buddy) && page_order(buddy) == order) {
798                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
799                         return 0;
800
801                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
802
803                 return 1;
804         }
805
806         if (PageBuddy(buddy) && page_order(buddy) == order) {
807                 /*
808                  * zone check is done late to avoid uselessly
809                  * calculating zone/node ids for pages that could
810                  * never merge.
811                  */
812                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
813                         return 0;
814
815                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
816
817                 return 1;
818         }
819         return 0;
820 }
821
822 #ifdef CONFIG_COMPACTION
823 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
824 {
825         struct capture_control *capc = current->capture_control;
826
827         return capc &&
828                 !(current->flags & PF_KTHREAD) &&
829                 !capc->page &&
830                 capc->cc->zone == zone &&
831                 capc->cc->direct_compaction ? capc : NULL;
832 }
833
834 static inline bool
835 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
836                    int order, int migratetype)
837 {
838         if (!capc || order != capc->cc->order)
839                 return false;
840
841         /* Do not accidentally pollute CMA or isolated regions*/
842         if (is_migrate_cma(migratetype) ||
843             is_migrate_isolate(migratetype))
844                 return false;
845
846         /*
847          * Do not let lower order allocations polluate a movable pageblock.
848          * This might let an unmovable request use a reclaimable pageblock
849          * and vice-versa but no more than normal fallback logic which can
850          * have trouble finding a high-order free page.
851          */
852         if (order < pageblock_order && migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
853                 return false;
854
855         capc->page = page;
856         return true;
857 }
858
859 #else
860 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
861 {
862         return NULL;
863 }
864
865 static inline bool
866 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
867                    int order, int migratetype)
868 {
869         return false;
870 }
871 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
872
873 /*
874  * Freeing function for a buddy system allocator.
875  *
876  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
877  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
878  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
879  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
880  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
881  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
882  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
883  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
884  * parts of the VM system.
885  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
886  * free pages of length of (1 << order) and marked with PageBuddy.
887  * Page's order is recorded in page_private(page) field.
888  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
889  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
890  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
891  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
892  * triggers coalescing into a block of larger size.
893  *
894  * -- nyc
895  */
896
897 static inline void __free_one_page(struct page *page,
898                 unsigned long pfn,
899                 struct zone *zone, unsigned int order,
900                 int migratetype)
901 {
902         unsigned long combined_pfn;
903         unsigned long uninitialized_var(buddy_pfn);
904         struct page *buddy;
905         unsigned int max_order;
906         struct capture_control *capc = task_capc(zone);
907
908         max_order = min_t(unsigned int, MAX_ORDER, pageblock_order + 1);
909
910         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
911         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
912
913         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
914         if (likely(!is_migrate_isolate(migratetype)))
915                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
916
917         VM_BUG_ON_PAGE(pfn & ((1 << order) - 1), page);
918         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
919
920 continue_merging:
921         while (order < max_order - 1) {
922                 if (compaction_capture(capc, page, order, migratetype)) {
923                         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
924                                                                 migratetype);
925                         return;
926                 }
927                 buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
928                 buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
929
930                 if (!pfn_valid_within(buddy_pfn))
931                         goto done_merging;
932                 if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
933                         goto done_merging;
934                 /*
935                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
936                  * merge with it and move up one order.
937                  */
938                 if (page_is_guard(buddy))
939                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
940                 else
941                         del_page_from_free_area(buddy, &zone->free_area[order]);
942                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
943                 page = page + (combined_pfn - pfn);
944                 pfn = combined_pfn;
945                 order++;
946         }
947         if (max_order < MAX_ORDER) {
948                 /* If we are here, it means order is >= pageblock_order.
949                  * We want to prevent merge between freepages on isolate
950                  * pageblock and normal pageblock. Without this, pageblock
951                  * isolation could cause incorrect freepage or CMA accounting.
952                  *
953                  * We don't want to hit this code for the more frequent
954                  * low-order merging.
955                  */
956                 if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone))) {
957                         int buddy_mt;
958
959                         buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
960                         buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
961                         buddy_mt = get_pageblock_migratetype(buddy);
962
963                         if (migratetype != buddy_mt
964                                         && (is_migrate_isolate(migratetype) ||
965                                                 is_migrate_isolate(buddy_mt)))
966                                 goto done_merging;
967                 }
968                 max_order++;
969                 goto continue_merging;
970         }
971
972 done_merging:
973         set_page_order(page, order);
974
975         /*
976          * If this is not the largest possible page, check if the buddy
977          * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
978          * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
979          * that is happening, add the free page to the tail of the list
980          * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
981          * as a higher order page
982          */
983         if ((order < MAX_ORDER-2) && pfn_valid_within(buddy_pfn)
984                         && !is_shuffle_order(order)) {
985                 struct page *higher_page, *higher_buddy;
986                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
987                 higher_page = page + (combined_pfn - pfn);
988                 buddy_pfn = __find_buddy_pfn(combined_pfn, order + 1);
989                 higher_buddy = higher_page + (buddy_pfn - combined_pfn);
990                 if (pfn_valid_within(buddy_pfn) &&
991                     page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1)) {
992                         add_to_free_area_tail(page, &zone->free_area[order],
993                                               migratetype);
994                         return;
995                 }
996         }
997
998         if (is_shuffle_order(order))
999                 add_to_free_area_random(page, &zone->free_area[order],
1000                                 migratetype);
1001         else
1002                 add_to_free_area(page, &zone->free_area[order], migratetype);
1003
1004 }
1005
1006 /*
1007  * A bad page could be due to a number of fields. Instead of multiple branches,
1008  * try and check multiple fields with one check. The caller must do a detailed
1009  * check if necessary.
1010  */
1011 static inline bool page_expected_state(struct page *page,
1012                                         unsigned long check_flags)
1013 {
1014         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1015                 return false;
1016
1017         if (unlikely((unsigned long)page->mapping |
1018                         page_ref_count(page) |
1019 #ifdef CONFIG_MEMCG
1020                         (unsigned long)page->mem_cgroup |
1021 #endif
1022                         (page->flags & check_flags)))
1023                 return false;
1024
1025         return true;
1026 }
1027
1028 static void free_pages_check_bad(struct page *page)
1029 {
1030         const char *bad_reason;
1031         unsigned long bad_flags;
1032
1033         bad_reason = NULL;
1034         bad_flags = 0;
1035
1036         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1037                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1038         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1039                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1040         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
1041                 bad_reason = "nonzero _refcount";
1042         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)) {
1043                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
1044                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE;
1045         }
1046 #ifdef CONFIG_MEMCG
1047         if (unlikely(page->mem_cgroup))
1048                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
1049 #endif
1050         bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
1051 }
1052
1053 static inline int free_pages_check(struct page *page)
1054 {
1055         if (likely(page_expected_state(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)))
1056                 return 0;
1057
1058         /* Something has gone sideways, find it */
1059         free_pages_check_bad(page);
1060         return 1;
1061 }
1062
1063 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
1064 {
1065         int ret = 1;
1066
1067         /*
1068          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
1069          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
1070          */
1071         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
1072
1073         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM)) {
1074                 ret = 0;
1075                 goto out;
1076         }
1077         switch (page - head_page) {
1078         case 1:
1079                 /* the first tail page: ->mapping may be compound_mapcount() */
1080                 if (unlikely(compound_mapcount(page))) {
1081                         bad_page(page, "nonzero compound_mapcount", 0);
1082                         goto out;
1083                 }
1084                 break;
1085         case 2:
1086                 /*
1087                  * the second tail page: ->mapping is
1088                  * deferred_list.next -- ignore value.
1089                  */
1090                 break;
1091         default:
1092                 if (page->mapping != TAIL_MAPPING) {
1093                         bad_page(page, "corrupted mapping in tail page", 0);
1094                         goto out;
1095                 }
1096                 break;
1097         }
1098         if (unlikely(!PageTail(page))) {
1099                 bad_page(page, "PageTail not set", 0);
1100                 goto out;
1101         }
1102         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
1103                 bad_page(page, "compound_head not consistent", 0);
1104                 goto out;
1105         }
1106         ret = 0;
1107 out:
1108         page->mapping = NULL;
1109         clear_compound_head(page);
1110         return ret;
1111 }
1112
1113 static void kernel_init_free_pages(struct page *page, int numpages)
1114 {
1115         int i;
1116
1117         for (i = 0; i < numpages; i++)
1118                 clear_highpage(page + i);
1119 }
1120
1121 static __always_inline bool free_pages_prepare(struct page *page,
1122                                         unsigned int order, bool check_free)
1123 {
1124         int bad = 0;
1125
1126         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
1127
1128         trace_mm_page_free(page, order);
1129
1130         /*
1131          * Check tail pages before head page information is cleared to
1132          * avoid checking PageCompound for order-0 pages.
1133          */
1134         if (unlikely(order)) {
1135                 bool compound = PageCompound(page);
1136                 int i;
1137
1138                 VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
1139
1140                 if (compound)
1141                         ClearPageDoubleMap(page);
1142                 for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1143                         if (compound)
1144                                 bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
1145                         if (unlikely(free_pages_check(page + i))) {
1146                                 bad++;
1147                                 continue;
1148                         }
1149                         (page + i)->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1150                 }
1151         }
1152         if (PageMappingFlags(page))
1153                 page->mapping = NULL;
1154         if (memcg_kmem_enabled() && PageKmemcg(page))
1155                 __memcg_kmem_uncharge(page, order);
1156         if (check_free)
1157                 bad += free_pages_check(page);
1158         if (bad)
1159                 return false;
1160
1161         page_cpupid_reset_last(page);
1162         page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1163         reset_page_owner(page, order);
1164
1165         if (!PageHighMem(page)) {
1166                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1167                                            PAGE_SIZE << order);
1168                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1169                                            PAGE_SIZE << order);
1170         }
1171         if (want_init_on_free())
1172                 kernel_init_free_pages(page, 1 << order);
1173
1174         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 0);
1175         /*
1176          * arch_free_page() can make the page's contents inaccessible.  s390
1177          * does this.  So nothing which can access the page's contents should
1178          * happen after this.
1179          */
1180         arch_free_page(page, order);
1181
1182         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1183                 kernel_map_pages(page, 1 << order, 0);
1184
1185         kasan_free_nondeferred_pages(page, order);
1186
1187         return true;
1188 }
1189
1190 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1191 /*
1192  * With DEBUG_VM enabled, order-0 pages are checked immediately when being freed
1193  * to pcp lists. With debug_pagealloc also enabled, they are also rechecked when
1194  * moved from pcp lists to free lists.
1195  */
1196 static bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1197 {
1198         return free_pages_prepare(page, 0, true);
1199 }
1200
1201 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1202 {
1203         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1204                 return free_pages_check(page);
1205         else
1206                 return false;
1207 }
1208 #else
1209 /*
1210  * With DEBUG_VM disabled, order-0 pages being freed are checked only when
1211  * moving from pcp lists to free list in order to reduce overhead. With
1212  * debug_pagealloc enabled, they are checked also immediately when being freed
1213  * to the pcp lists.
1214  */
1215 static bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1216 {
1217         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1218                 return free_pages_prepare(page, 0, true);
1219         else
1220                 return free_pages_prepare(page, 0, false);
1221 }
1222
1223 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1224 {
1225         return free_pages_check(page);
1226 }
1227 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1228
1229 static inline void prefetch_buddy(struct page *page)
1230 {
1231         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1232         unsigned long buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, 0);
1233         struct page *buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
1234
1235         prefetch(buddy);
1236 }
1237
1238 /*
1239  * Frees a number of pages from the PCP lists
1240  * Assumes all pages on list are in same zone, and of same order.
1241  * count is the number of pages to free.
1242  *
1243  * If the zone was previously in an "all pages pinned" state then look to
1244  * see if this freeing clears that state.
1245  *
1246  * And clear the zone's pages_scanned counter, to hold off the "all pages are
1247  * pinned" detection logic.
1248  */
1249 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
1250                                         struct per_cpu_pages *pcp)
1251 {
1252         int migratetype = 0;
1253         int batch_free = 0;
1254         int prefetch_nr = 0;
1255         bool isolated_pageblocks;
1256         struct page *page, *tmp;
1257         LIST_HEAD(head);
1258
1259         while (count) {
1260                 struct list_head *list;
1261
1262                 /*
1263                  * Remove pages from lists in a round-robin fashion. A
1264                  * batch_free count is maintained that is incremented when an
1265                  * empty list is encountered.  This is so more pages are freed
1266                  * off fuller lists instead of spinning excessively around empty
1267                  * lists
1268                  */
1269                 do {
1270                         batch_free++;
1271                         if (++migratetype == MIGRATE_PCPTYPES)
1272                                 migratetype = 0;
1273                         list = &pcp->lists[migratetype];
1274                 } while (list_empty(list));
1275
1276                 /* This is the only non-empty list. Free them all. */
1277                 if (batch_free == MIGRATE_PCPTYPES)
1278                         batch_free = count;
1279
1280                 do {
1281                         page = list_last_entry(list, struct page, lru);
1282                         /* must delete to avoid corrupting pcp list */
1283                         list_del(&page->lru);
1284                         pcp->count--;
1285
1286                         if (bulkfree_pcp_prepare(page))
1287                                 continue;
1288
1289                         list_add_tail(&page->lru, &head);
1290
1291                         /*
1292                          * We are going to put the page back to the global
1293                          * pool, prefetch its buddy to speed up later access
1294                          * under zone->lock. It is believed the overhead of
1295                          * an additional test and calculating buddy_pfn here
1296                          * can be offset by reduced memory latency later. To
1297                          * avoid excessive prefetching due to large count, only
1298                          * prefetch buddy for the first pcp->batch nr of pages.
1299                          */
1300                         if (prefetch_nr++ < pcp->batch)
1301                                 prefetch_buddy(page);
1302                 } while (--count && --batch_free && !list_empty(list));
1303         }
1304
1305         spin_lock(&zone->lock);
1306         isolated_pageblocks = has_isolate_pageblock(zone);
1307
1308         /*
1309          * Use safe version since after __free_one_page(),
1310          * page->lru.next will not point to original list.
1311          */
1312         list_for_each_entry_safe(page, tmp, &head, lru) {
1313                 int mt = get_pcppage_migratetype(page);
1314                 /* MIGRATE_ISOLATE page should not go to pcplists */
1315                 VM_BUG_ON_PAGE(is_migrate_isolate(mt), page);
1316                 /* Pageblock could have been isolated meanwhile */
1317                 if (unlikely(isolated_pageblocks))
1318                         mt = get_pageblock_migratetype(page);
1319
1320                 __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, 0, mt);
1321                 trace_mm_page_pcpu_drain(page, 0, mt);
1322         }
1323         spin_unlock(&zone->lock);
1324 }
1325
1326 static void free_one_page(struct zone *zone,
1327                                 struct page *page, unsigned long pfn,
1328                                 unsigned int order,
1329                                 int migratetype)
1330 {
1331         spin_lock(&zone->lock);
1332         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1333                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1334                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1335         }
1336         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype);
1337         spin_unlock(&zone->lock);
1338 }
1339
1340 static void __meminit __init_single_page(struct page *page, unsigned long pfn,
1341                                 unsigned long zone, int nid)
1342 {
1343         mm_zero_struct_page(page);
1344         set_page_links(page, zone, nid, pfn);
1345         init_page_count(page);
1346         page_mapcount_reset(page);
1347         page_cpupid_reset_last(page);
1348         page_kasan_tag_reset(page);
1349
1350         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1351 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
1352         /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
1353         if (!is_highmem_idx(zone))
1354                 set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
1355 #endif
1356 }
1357
1358 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1359 static void __meminit init_reserved_page(unsigned long pfn)
1360 {
1361         pg_data_t *pgdat;
1362         int nid, zid;
1363
1364         if (!early_page_uninitialised(pfn))
1365                 return;
1366
1367         nid = early_pfn_to_nid(pfn);
1368         pgdat = NODE_DATA(nid);
1369
1370         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1371                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zid];
1372
1373                 if (pfn >= zone->zone_start_pfn && pfn < zone_end_pfn(zone))
1374                         break;
1375         }
1376         __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zid, nid);
1377 }
1378 #else
1379 static inline void init_reserved_page(unsigned long pfn)
1380 {
1381 }
1382 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1383
1384 /*
1385  * Initialised pages do not have PageReserved set. This function is
1386  * called for each range allocated by the bootmem allocator and
1387  * marks the pages PageReserved. The remaining valid pages are later
1388  * sent to the buddy page allocator.
1389  */
1390 void __meminit reserve_bootmem_region(phys_addr_t start, phys_addr_t end)
1391 {
1392         unsigned long start_pfn = PFN_DOWN(start);
1393         unsigned long end_pfn = PFN_UP(end);
1394
1395         for (; start_pfn < end_pfn; start_pfn++) {
1396                 if (pfn_valid(start_pfn)) {
1397                         struct page *page = pfn_to_page(start_pfn);
1398
1399                         init_reserved_page(start_pfn);
1400
1401                         /* Avoid false-positive PageTail() */
1402                         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1403
1404                         /*
1405                          * no need for atomic set_bit because the struct
1406                          * page is not visible yet so nobody should
1407                          * access it yet.
1408                          */
1409                         __SetPageReserved(page);
1410                 }
1411         }
1412 }
1413
1414 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order)
1415 {
1416         unsigned long flags;
1417         int migratetype;
1418         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1419
1420         if (!free_pages_prepare(page, order, true))
1421                 return;
1422
1423         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1424         local_irq_save(flags);
1425         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1426         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype);
1427         local_irq_restore(flags);
1428 }
1429
1430 void __free_pages_core(struct page *page, unsigned int order)
1431 {
1432         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1433         struct page *p = page;
1434         unsigned int loop;
1435
1436         prefetchw(p);
1437         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1438                 prefetchw(p + 1);
1439                 __ClearPageReserved(p);
1440                 set_page_count(p, 0);
1441         }
1442         __ClearPageReserved(p);
1443         set_page_count(p, 0);
1444
1445         atomic_long_add(nr_pages, &page_zone(page)->managed_pages);
1446         set_page_refcounted(page);
1447         __free_pages(page, order);
1448 }
1449
1450 #if defined(CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID) || \
1451         defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP)
1452
1453 static struct mminit_pfnnid_cache early_pfnnid_cache __meminitdata;
1454
1455 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
1456 {
1457         static DEFINE_SPINLOCK(early_pfn_lock);
1458         int nid;
1459
1460         spin_lock(&early_pfn_lock);
1461         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1462         if (nid < 0)
1463                 nid = first_online_node;
1464         spin_unlock(&early_pfn_lock);
1465
1466         return nid;
1467 }
1468 #endif
1469
1470 #ifdef CONFIG_NODES_SPAN_OTHER_NODES
1471 /* Only safe to use early in boot when initialisation is single-threaded */
1472 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1473 {
1474         int nid;
1475
1476         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1477         if (nid >= 0 && nid != node)
1478                 return false;
1479         return true;
1480 }
1481
1482 #else
1483 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1484 {
1485         return true;
1486 }
1487 #endif
1488
1489
1490 void __init memblock_free_pages(struct page *page, unsigned long pfn,
1491                                                         unsigned int order)
1492 {
1493         if (early_page_uninitialised(pfn))
1494                 return;
1495         __free_pages_core(page, order);
1496 }
1497
1498 /*
1499  * Check that the whole (or subset of) a pageblock given by the interval of
1500  * [start_pfn, end_pfn) is valid and within the same zone, before scanning it
1501  * with the migration of free compaction scanner. The scanners then need to
1502  * use only pfn_valid_within() check for arches that allow holes within
1503  * pageblocks.
1504  *
1505  * Return struct page pointer of start_pfn, or NULL if checks were not passed.
1506  *
1507  * It's possible on some configurations to have a setup like node0 node1 node0
1508  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of pages do not
1509  * belong to a single zone. We assume that a border between node0 and node1
1510  * can occur within a single pageblock, but not a node0 node1 node0
1511  * interleaving within a single pageblock. It is therefore sufficient to check
1512  * the first and last page of a pageblock and avoid checking each individual
1513  * page in a pageblock.
1514  */
1515 struct page *__pageblock_pfn_to_page(unsigned long start_pfn,
1516                                      unsigned long end_pfn, struct zone *zone)
1517 {
1518         struct page *start_page;
1519         struct page *end_page;
1520
1521         /* end_pfn is one past the range we are checking */
1522         end_pfn--;
1523
1524         if (!pfn_valid(start_pfn) || !pfn_valid(end_pfn))
1525                 return NULL;
1526
1527         start_page = pfn_to_online_page(start_pfn);
1528         if (!start_page)
1529                 return NULL;
1530
1531         if (page_zone(start_page) != zone)
1532                 return NULL;
1533
1534         end_page = pfn_to_page(end_pfn);
1535
1536         /* This gives a shorter code than deriving page_zone(end_page) */
1537         if (page_zone_id(start_page) != page_zone_id(end_page))
1538                 return NULL;
1539
1540         return start_page;
1541 }
1542
1543 void set_zone_contiguous(struct zone *zone)
1544 {
1545         unsigned long block_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
1546         unsigned long block_end_pfn;
1547
1548         block_end_pfn = ALIGN(block_start_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
1549         for (; block_start_pfn < zone_end_pfn(zone);
1550                         block_start_pfn = block_end_pfn,
1551                          block_end_pfn += pageblock_nr_pages) {
1552
1553                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, zone_end_pfn(zone));
1554
1555                 if (!__pageblock_pfn_to_page(block_start_pfn,
1556                                              block_end_pfn, zone))
1557                         return;
1558                 cond_resched();
1559         }
1560
1561         /* We confirm that there is no hole */
1562         zone->contiguous = true;
1563 }
1564
1565 void clear_zone_contiguous(struct zone *zone)
1566 {
1567         zone->contiguous = false;
1568 }
1569
1570 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1571 static void __init deferred_free_range(unsigned long pfn,
1572                                        unsigned long nr_pages)
1573 {
1574         struct page *page;
1575         unsigned long i;
1576
1577         if (!nr_pages)
1578                 return;
1579
1580         page = pfn_to_page(pfn);
1581
1582         /* Free a large naturally-aligned chunk if possible */
1583         if (nr_pages == pageblock_nr_pages &&
1584             (pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0) {
1585                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1586                 __free_pages_core(page, pageblock_order);
1587                 return;
1588         }
1589
1590         for (i = 0; i < nr_pages; i++, page++, pfn++) {
1591                 if ((pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0)
1592                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1593                 __free_pages_core(page, 0);
1594         }
1595 }
1596
1597 /* Completion tracking for deferred_init_memmap() threads */
1598 static atomic_t pgdat_init_n_undone __initdata;
1599 static __initdata DECLARE_COMPLETION(pgdat_init_all_done_comp);
1600
1601 static inline void __init pgdat_init_report_one_done(void)
1602 {
1603         if (atomic_dec_and_test(&pgdat_init_n_undone))
1604                 complete(&pgdat_init_all_done_comp);
1605 }
1606
1607 /*
1608  * Returns true if page needs to be initialized or freed to buddy allocator.
1609  *
1610  * First we check if pfn is valid on architectures where it is possible to have
1611  * holes within pageblock_nr_pages. On systems where it is not possible, this
1612  * function is optimized out.
1613  *
1614  * Then, we check if a current large page is valid by only checking the validity
1615  * of the head pfn.
1616  */
1617 static inline bool __init deferred_pfn_valid(unsigned long pfn)
1618 {
1619         if (!pfn_valid_within(pfn))
1620                 return false;
1621         if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) && !pfn_valid(pfn))
1622                 return false;
1623         return true;
1624 }
1625
1626 /*
1627  * Free pages to buddy allocator. Try to free aligned pages in
1628  * pageblock_nr_pages sizes.
1629  */
1630 static void __init deferred_free_pages(unsigned long pfn,
1631                                        unsigned long end_pfn)
1632 {
1633         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1634         unsigned long nr_free = 0;
1635
1636         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1637                 if (!deferred_pfn_valid(pfn)) {
1638                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1639                         nr_free = 0;
1640                 } else if (!(pfn & nr_pgmask)) {
1641                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1642                         nr_free = 1;
1643                 } else {
1644                         nr_free++;
1645                 }
1646         }
1647         /* Free the last block of pages to allocator */
1648         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1649 }
1650
1651 /*
1652  * Initialize struct pages.  We minimize pfn page lookups and scheduler checks
1653  * by performing it only once every pageblock_nr_pages.
1654  * Return number of pages initialized.
1655  */
1656 static unsigned long  __init deferred_init_pages(struct zone *zone,
1657                                                  unsigned long pfn,
1658                                                  unsigned long end_pfn)
1659 {
1660         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1661         int nid = zone_to_nid(zone);
1662         unsigned long nr_pages = 0;
1663         int zid = zone_idx(zone);
1664         struct page *page = NULL;
1665
1666         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1667                 if (!deferred_pfn_valid(pfn)) {
1668                         page = NULL;
1669                         continue;
1670                 } else if (!page || !(pfn & nr_pgmask)) {
1671                         page = pfn_to_page(pfn);
1672                 } else {
1673                         page++;
1674                 }
1675                 __init_single_page(page, pfn, zid, nid);
1676                 nr_pages++;
1677         }
1678         return (nr_pages);
1679 }
1680
1681 /*
1682  * This function is meant to pre-load the iterator for the zone init.
1683  * Specifically it walks through the ranges until we are caught up to the
1684  * first_init_pfn value and exits there. If we never encounter the value we
1685  * return false indicating there are no valid ranges left.
1686  */
1687 static bool __init
1688 deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(u64 *i, struct zone *zone,
1689                                     unsigned long *spfn, unsigned long *epfn,
1690                                     unsigned long first_init_pfn)
1691 {
1692         u64 j;
1693
1694         /*
1695          * Start out by walking through the ranges in this zone that have
1696          * already been initialized. We don't need to do anything with them
1697          * so we just need to flush them out of the system.
1698          */
1699         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone(j, zone, spfn, epfn) {
1700                 if (*epfn <= first_init_pfn)
1701                         continue;
1702                 if (*spfn < first_init_pfn)
1703                         *spfn = first_init_pfn;
1704                 *i = j;
1705                 return true;
1706         }
1707
1708         return false;
1709 }
1710
1711 /*
1712  * Initialize and free pages. We do it in two loops: first we initialize
1713  * struct page, then free to buddy allocator, because while we are
1714  * freeing pages we can access pages that are ahead (computing buddy
1715  * page in __free_one_page()).
1716  *
1717  * In order to try and keep some memory in the cache we have the loop
1718  * broken along max page order boundaries. This way we will not cause
1719  * any issues with the buddy page computation.
1720  */
1721 static unsigned long __init
1722 deferred_init_maxorder(u64 *i, struct zone *zone, unsigned long *start_pfn,
1723                        unsigned long *end_pfn)
1724 {
1725         unsigned long mo_pfn = ALIGN(*start_pfn + 1, MAX_ORDER_NR_PAGES);
1726         unsigned long spfn = *start_pfn, epfn = *end_pfn;
1727         unsigned long nr_pages = 0;
1728         u64 j = *i;
1729
1730         /* First we loop through and initialize the page values */
1731         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone_from(j, zone, start_pfn, end_pfn) {
1732                 unsigned long t;
1733
1734                 if (mo_pfn <= *start_pfn)
1735                         break;
1736
1737                 t = min(mo_pfn, *end_pfn);
1738                 nr_pages += deferred_init_pages(zone, *start_pfn, t);
1739
1740                 if (mo_pfn < *end_pfn) {
1741                         *start_pfn = mo_pfn;
1742                         break;
1743                 }
1744         }
1745
1746         /* Reset values and now loop through freeing pages as needed */
1747         swap(j, *i);
1748
1749         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone_from(j, zone, &spfn, &epfn) {
1750                 unsigned long t;
1751
1752                 if (mo_pfn <= spfn)
1753                         break;
1754
1755                 t = min(mo_pfn, epfn);
1756                 deferred_free_pages(spfn, t);
1757
1758                 if (mo_pfn <= epfn)
1759                         break;
1760         }
1761
1762         return nr_pages;
1763 }
1764
1765 /* Initialise remaining memory on a node */
1766 static int __init deferred_init_memmap(void *data)
1767 {
1768         pg_data_t *pgdat = data;
1769         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
1770         unsigned long spfn = 0, epfn = 0, nr_pages = 0;
1771         unsigned long first_init_pfn, flags;
1772         unsigned long start = jiffies;
1773         struct zone *zone;
1774         int zid;
1775         u64 i;
1776
1777         /* Bind memory initialisation thread to a local node if possible */
1778         if (!cpumask_empty(cpumask))
1779                 set_cpus_allowed_ptr(current, cpumask);
1780
1781         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
1782         first_init_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1783         if (first_init_pfn == ULONG_MAX) {
1784                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1785                 pgdat_init_report_one_done();
1786                 return 0;
1787         }
1788
1789         /* Sanity check boundaries */
1790         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn < pgdat->node_start_pfn);
1791         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn > pgdat_end_pfn(pgdat));
1792         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
1793
1794         /*
1795          * Once we unlock here, the zone cannot be grown anymore, thus if an
1796          * interrupt thread must allocate this early in boot, zone must be
1797          * pre-grown prior to start of deferred page initialization.
1798          */
1799         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1800
1801         /* Only the highest zone is deferred so find it */
1802         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1803                 zone = pgdat->node_zones + zid;
1804                 if (first_init_pfn < zone_end_pfn(zone))
1805                         break;
1806         }
1807
1808         /* If the zone is empty somebody else may have cleared out the zone */
1809         if (!deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
1810                                                  first_init_pfn))
1811                 goto zone_empty;
1812
1813         /*
1814          * Initialize and free pages in MAX_ORDER sized increments so
1815          * that we can avoid introducing any issues with the buddy
1816          * allocator.
1817          */
1818         while (spfn < epfn) {
1819                 nr_pages += deferred_init_maxorder(&i, zone, &spfn, &epfn);
1820                 touch_nmi_watchdog();
1821         }
1822 zone_empty:
1823         /* Sanity check that the next zone really is unpopulated */
1824         WARN_ON(++zid < MAX_NR_ZONES && populated_zone(++zone));
1825
1826         pr_info("node %d initialised, %lu pages in %ums\n",
1827                 pgdat->node_id, nr_pages, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
1828
1829         pgdat_init_report_one_done();
1830         return 0;
1831 }
1832
1833 /*
1834  * If this zone has deferred pages, try to grow it by initializing enough
1835  * deferred pages to satisfy the allocation specified by order, rounded up to
1836  * the nearest PAGES_PER_SECTION boundary.  So we're adding memory in increments
1837  * of SECTION_SIZE bytes by initializing struct pages in increments of
1838  * PAGES_PER_SECTION * sizeof(struct page) bytes.
1839  *
1840  * Return true when zone was grown, otherwise return false. We return true even
1841  * when we grow less than requested, to let the caller decide if there are
1842  * enough pages to satisfy the allocation.
1843  *
1844  * Note: We use noinline because this function is needed only during boot, and
1845  * it is called from a __ref function _deferred_grow_zone. This way we are
1846  * making sure that it is not inlined into permanent text section.
1847  */
1848 static noinline bool __init
1849 deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
1850 {
1851         unsigned long nr_pages_needed = ALIGN(1 << order, PAGES_PER_SECTION);
1852         pg_data_t *pgdat = zone->zone_pgdat;
1853         unsigned long first_deferred_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1854         unsigned long spfn, epfn, flags;
1855         unsigned long nr_pages = 0;
1856         u64 i;
1857
1858         /* Only the last zone may have deferred pages */
1859         if (zone_end_pfn(zone) != pgdat_end_pfn(pgdat))
1860                 return false;
1861
1862         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
1863
1864         /*
1865          * If someone grew this zone while we were waiting for spinlock, return
1866          * true, as there might be enough pages already.
1867          */
1868         if (first_deferred_pfn != pgdat->first_deferred_pfn) {
1869                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1870                 return true;
1871         }
1872
1873         /* If the zone is empty somebody else may have cleared out the zone */
1874         if (!deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
1875                                                  first_deferred_pfn)) {
1876                 pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
1877                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1878                 /* Retry only once. */
1879                 return first_deferred_pfn != ULONG_MAX;
1880         }
1881
1882         /*
1883          * Initialize and free pages in MAX_ORDER sized increments so
1884          * that we can avoid introducing any issues with the buddy
1885          * allocator.
1886          */
1887         while (spfn < epfn) {
1888                 /* update our first deferred PFN for this section */
1889                 first_deferred_pfn = spfn;
1890
1891                 nr_pages += deferred_init_maxorder(&i, zone, &spfn, &epfn);
1892                 touch_nmi_watchdog();
1893
1894                 /* We should only stop along section boundaries */
1895                 if ((first_deferred_pfn ^ spfn) < PAGES_PER_SECTION)
1896                         continue;
1897
1898                 /* If our quota has been met we can stop here */
1899                 if (nr_pages >= nr_pages_needed)
1900                         break;
1901         }
1902
1903         pgdat->first_deferred_pfn = spfn;
1904         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1905
1906         return nr_pages > 0;
1907 }
1908
1909 /*
1910  * deferred_grow_zone() is __init, but it is called from
1911  * get_page_from_freelist() during early boot until deferred_pages permanently
1912  * disables this call. This is why we have refdata wrapper to avoid warning,
1913  * and to ensure that the function body gets unloaded.
1914  */
1915 static bool __ref
1916 _deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
1917 {
1918         return deferred_grow_zone(zone, order);
1919 }
1920
1921 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1922
1923 void __init page_alloc_init_late(void)
1924 {
1925         struct zone *zone;
1926         int nid;
1927
1928 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1929
1930         /* There will be num_node_state(N_MEMORY) threads */
1931         atomic_set(&pgdat_init_n_undone, num_node_state(N_MEMORY));
1932         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
1933                 kthread_run(deferred_init_memmap, NODE_DATA(nid), "pgdatinit%d", nid);
1934         }
1935
1936         /* Block until all are initialised */
1937         wait_for_completion(&pgdat_init_all_done_comp);
1938
1939         /*
1940          * The number of managed pages has changed due to the initialisation
1941          * so the pcpu batch and high limits needs to be updated or the limits
1942          * will be artificially small.
1943          */
1944         for_each_populated_zone(zone)
1945                 zone_pcp_update(zone);
1946
1947         /*
1948          * We initialized the rest of the deferred pages.  Permanently disable
1949          * on-demand struct page initialization.
1950          */
1951         static_branch_disable(&deferred_pages);
1952
1953         /* Reinit limits that are based on free pages after the kernel is up */
1954         files_maxfiles_init();
1955 #endif
1956
1957         /* Discard memblock private memory */
1958         memblock_discard();
1959
1960         for_each_node_state(nid, N_MEMORY)
1961                 shuffle_free_memory(NODE_DATA(nid));
1962
1963         for_each_populated_zone(zone)
1964                 set_zone_contiguous(zone);
1965 }
1966
1967 #ifdef CONFIG_CMA
1968 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
1969 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
1970 {
1971         unsigned i = pageblock_nr_pages;
1972         struct page *p = page;
1973
1974         do {
1975                 __ClearPageReserved(p);
1976                 set_page_count(p, 0);
1977         } while (++p, --i);
1978
1979         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
1980
1981         if (pageblock_order >= MAX_ORDER) {
1982                 i = pageblock_nr_pages;
1983                 p = page;
1984                 do {
1985                         set_page_refcounted(p);
1986                         __free_pages(p, MAX_ORDER - 1);
1987                         p += MAX_ORDER_NR_PAGES;
1988                 } while (i -= MAX_ORDER_NR_PAGES);
1989         } else {
1990                 set_page_refcounted(page);
1991                 __free_pages(page, pageblock_order);
1992         }
1993
1994         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
1995 }
1996 #endif
1997
1998 /*
1999  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
2000  * Please do not alter this order without good reasons and regression
2001  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
2002  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
2003  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
2004  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
2005  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
2006  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
2007  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
2008  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
2009  *
2010  * -- nyc
2011  */
2012 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
2013         int low, int high, struct free_area *area,
2014         int migratetype)
2015 {
2016         unsigned long size = 1 << high;
2017
2018         while (high > low) {
2019                 area--;
2020                 high--;
2021                 size >>= 1;
2022                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
2023
2024                 /*
2025                  * Mark as guard pages (or page), that will allow to
2026                  * merge back to allocator when buddy will be freed.
2027                  * Corresponding page table entries will not be touched,
2028                  * pages will stay not present in virtual address space
2029                  */
2030                 if (set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype))
2031                         continue;
2032
2033                 add_to_free_area(&page[size], area, migratetype);
2034                 set_page_order(&page[size], high);
2035         }
2036 }
2037
2038 static void check_new_page_bad(struct page *page)
2039 {
2040         const char *bad_reason = NULL;
2041         unsigned long bad_flags = 0;
2042
2043         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
2044                 bad_reason = "nonzero mapcount";
2045         if (unlikely(page->mapping != NULL))
2046                 bad_reason = "non-NULL mapping";
2047         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
2048                 bad_reason = "nonzero _refcount";
2049         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
2050                 bad_reason = "HWPoisoned (hardware-corrupted)";
2051                 bad_flags = __PG_HWPOISON;
2052                 /* Don't complain about hwpoisoned pages */
2053                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
2054                 return;
2055         }
2056         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)) {
2057                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag set";
2058                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
2059         }
2060 #ifdef CONFIG_MEMCG
2061         if (unlikely(page->mem_cgroup))
2062                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
2063 #endif
2064         bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
2065 }
2066
2067 /*
2068  * This page is about to be returned from the page allocator
2069  */
2070 static inline int check_new_page(struct page *page)
2071 {
2072         if (likely(page_expected_state(page,
2073                                 PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP|__PG_HWPOISON)))
2074                 return 0;
2075
2076         check_new_page_bad(page);
2077         return 1;
2078 }
2079
2080 static inline bool free_pages_prezeroed(void)
2081 {
2082         return (IS_ENABLED(CONFIG_PAGE_POISONING_ZERO) &&
2083                 page_poisoning_enabled()) || want_init_on_free();
2084 }
2085
2086 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
2087 /*
2088  * With DEBUG_VM enabled, order-0 pages are checked for expected state when
2089  * being allocated from pcp lists. With debug_pagealloc also enabled, they are
2090  * also checked when pcp lists are refilled from the free lists.
2091  */
2092 static inline bool check_pcp_refill(struct page *page)
2093 {
2094         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2095                 return check_new_page(page);
2096         else
2097                 return false;
2098 }
2099
2100 static inline bool check_new_pcp(struct page *page)
2101 {
2102         return check_new_page(page);
2103 }
2104 #else
2105 /*
2106  * With DEBUG_VM disabled, free order-0 pages are checked for expected state
2107  * when pcp lists are being refilled from the free lists. With debug_pagealloc
2108  * enabled, they are also checked when being allocated from the pcp lists.
2109  */
2110 static inline bool check_pcp_refill(struct page *page)
2111 {
2112         return check_new_page(page);
2113 }
2114 static inline bool check_new_pcp(struct page *page)
2115 {
2116         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2117                 return check_new_page(page);
2118         else
2119                 return false;
2120 }
2121 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
2122
2123 static bool check_new_pages(struct page *page, unsigned int order)
2124 {
2125         int i;
2126         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
2127                 struct page *p = page + i;
2128
2129                 if (unlikely(check_new_page(p)))
2130                         return true;
2131         }
2132
2133         return false;
2134 }
2135
2136 inline void post_alloc_hook(struct page *page, unsigned int order,
2137                                 gfp_t gfp_flags)
2138 {
2139         set_page_private(page, 0);
2140         set_page_refcounted(page);
2141
2142         arch_alloc_page(page, order);
2143         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2144                 kernel_map_pages(page, 1 << order, 1);
2145         kasan_alloc_pages(page, order);
2146         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 1);
2147         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
2148 }
2149
2150 static void prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
2151                                                         unsigned int alloc_flags)
2152 {
2153         post_alloc_hook(page, order, gfp_flags);
2154
2155         if (!free_pages_prezeroed() && want_init_on_alloc(gfp_flags))
2156                 kernel_init_free_pages(page, 1 << order);
2157
2158         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
2159                 prep_compound_page(page, order);
2160
2161         /*
2162          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
2163          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
2164          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
2165          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
2166          */
2167         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
2168                 set_page_pfmemalloc(page);
2169         else
2170                 clear_page_pfmemalloc(page);
2171 }
2172
2173 /*
2174  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
2175  * the smallest available page from the freelists
2176  */
2177 static __always_inline
2178 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
2179                                                 int migratetype)
2180 {
2181         unsigned int current_order;
2182         struct free_area *area;
2183         struct page *page;
2184
2185         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
2186         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
2187                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2188                 page = get_page_from_free_area(area, migratetype);
2189                 if (!page)
2190                         continue;
2191                 del_page_from_free_area(page, area);
2192                 expand(zone, page, order, current_order, area, migratetype);
2193                 set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2194                 return page;
2195         }
2196
2197         return NULL;
2198 }
2199
2200
2201 /*
2202  * This array describes the order lists are fallen back to when
2203  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
2204  */
2205 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][4] = {
2206         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2207         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_TYPES },
2208         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2209 #ifdef CONFIG_CMA
2210         [MIGRATE_CMA]         = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
2211 #endif
2212 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
2213         [MIGRATE_ISOLATE]     = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
2214 #endif
2215 };
2216
2217 #ifdef CONFIG_CMA
2218 static __always_inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2219                                         unsigned int order)
2220 {
2221         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
2222 }
2223 #else
2224 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2225                                         unsigned int order) { return NULL; }
2226 #endif
2227
2228 /*
2229  * Move the free pages in a range to the free lists of the requested type.
2230  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
2231  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
2232  */
2233 static int move_freepages(struct zone *zone,
2234                           struct page *start_page, struct page *end_page,
2235                           int migratetype, int *num_movable)
2236 {
2237         struct page *page;
2238         unsigned int order;
2239         int pages_moved = 0;
2240
2241         for (page = start_page; page <= end_page;) {
2242                 if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page))) {
2243                         page++;
2244                         continue;
2245                 }
2246
2247                 if (!PageBuddy(page)) {
2248                         /*
2249                          * We assume that pages that could be isolated for
2250                          * migration are movable. But we don't actually try
2251                          * isolating, as that would be expensive.
2252                          */
2253                         if (num_movable &&
2254                                         (PageLRU(page) || __PageMovable(page)))
2255                                 (*num_movable)++;
2256
2257                         page++;
2258                         continue;
2259                 }
2260
2261                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
2262                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
2263                 VM_BUG_ON_PAGE(page_zone(page) != zone, page);
2264
2265                 order = page_order(page);
2266                 move_to_free_area(page, &zone->free_area[order], migratetype);
2267                 page += 1 << order;
2268                 pages_moved += 1 << order;
2269         }
2270
2271         return pages_moved;
2272 }
2273
2274 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
2275                                 int migratetype, int *num_movable)
2276 {
2277         unsigned long start_pfn, end_pfn;
2278         struct page *start_page, *end_page;
2279
2280         if (num_movable)
2281                 *num_movable = 0;
2282
2283         start_pfn = page_to_pfn(page);
2284         start_pfn = start_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
2285         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
2286         end_page = start_page + pageblock_nr_pages - 1;
2287         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
2288
2289         /* Do not cross zone boundaries */
2290         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
2291                 start_page = page;
2292         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
2293                 return 0;
2294
2295         return move_freepages(zone, start_page, end_page, migratetype,
2296                                                                 num_movable);
2297 }
2298
2299 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
2300                                         int start_order, int migratetype)
2301 {
2302         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
2303
2304         while (nr_pageblocks--) {
2305                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
2306                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
2307         }
2308 }
2309
2310 /*
2311  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
2312  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
2313  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
2314  *
2315  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
2316  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
2317  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
2318  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
2319  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
2320  * pageblocks.
2321  */
2322 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
2323 {
2324         /*
2325          * Leaving this order check is intended, although there is
2326          * relaxed order check in next check. The reason is that
2327          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
2328          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
2329          * so could be changed anytime.
2330          */
2331         if (order >= pageblock_order)
2332                 return true;
2333
2334         if (order >= pageblock_order / 2 ||
2335                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
2336                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
2337                 page_group_by_mobility_disabled)
2338                 return true;
2339
2340         return false;
2341 }
2342
2343 static inline void boost_watermark(struct zone *zone)
2344 {
2345         unsigned long max_boost;
2346
2347         if (!watermark_boost_factor)
2348                 return;
2349         /*
2350          * Don't bother in zones that are unlikely to produce results.
2351          * On small machines, including kdump capture kernels running
2352          * in a small area, boosting the watermark can cause an out of
2353          * memory situation immediately.
2354          */
2355         if ((pageblock_nr_pages * 4) > zone_managed_pages(zone))
2356                 return;
2357
2358         max_boost = mult_frac(zone->_watermark[WMARK_HIGH],
2359                         watermark_boost_factor, 10000);
2360
2361         /*
2362          * high watermark may be uninitialised if fragmentation occurs
2363          * very early in boot so do not boost. We do not fall
2364          * through and boost by pageblock_nr_pages as failing
2365          * allocations that early means that reclaim is not going
2366          * to help and it may even be impossible to reclaim the
2367          * boosted watermark resulting in a hang.
2368          */
2369         if (!max_boost)
2370                 return;
2371
2372         max_boost = max(pageblock_nr_pages, max_boost);
2373
2374         zone->watermark_boost = min(zone->watermark_boost + pageblock_nr_pages,
2375                 max_boost);
2376 }
2377
2378 /*
2379  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
2380  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
2381  * pageblock to our migratetype and determine how many already-allocated pages
2382  * are there in the pageblock with a compatible migratetype. If at least half
2383  * of pages are free or compatible, we can change migratetype of the pageblock
2384  * itself, so pages freed in the future will be put on the correct free list.
2385  */
2386 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
2387                 unsigned int alloc_flags, int start_type, bool whole_block)
2388 {
2389         unsigned int current_order = page_order(page);
2390         struct free_area *area;
2391         int free_pages, movable_pages, alike_pages;
2392         int old_block_type;
2393
2394         old_block_type = get_pageblock_migratetype(page);
2395
2396         /*
2397          * This can happen due to races and we want to prevent broken
2398          * highatomic accounting.
2399          */
2400         if (is_migrate_highatomic(old_block_type))
2401                 goto single_page;
2402
2403         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
2404         if (current_order >= pageblock_order) {
2405                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
2406                 goto single_page;
2407         }
2408
2409         /*
2410          * Boost watermarks to increase reclaim pressure to reduce the
2411          * likelihood of future fallbacks. Wake kswapd now as the node
2412          * may be balanced overall and kswapd will not wake naturally.
2413          */
2414         boost_watermark(zone);
2415         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
2416                 set_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
2417
2418         /* We are not allowed to try stealing from the whole block */
2419         if (!whole_block)
2420                 goto single_page;
2421
2422         free_pages = move_freepages_block(zone, page, start_type,
2423                                                 &movable_pages);
2424         /*
2425          * Determine how many pages are compatible with our allocation.
2426          * For movable allocation, it's the number of movable pages which
2427          * we just obtained. For other types it's a bit more tricky.
2428          */
2429         if (start_type == MIGRATE_MOVABLE) {
2430                 alike_pages = movable_pages;
2431         } else {
2432                 /*
2433                  * If we are falling back a RECLAIMABLE or UNMOVABLE allocation
2434                  * to MOVABLE pageblock, consider all non-movable pages as
2435                  * compatible. If it's UNMOVABLE falling back to RECLAIMABLE or
2436                  * vice versa, be conservative since we can't distinguish the
2437                  * exact migratetype of non-movable pages.
2438                  */
2439                 if (old_block_type == MIGRATE_MOVABLE)
2440                         alike_pages = pageblock_nr_pages
2441                                                 - (free_pages + movable_pages);
2442                 else
2443                         alike_pages = 0;
2444         }
2445
2446         /* moving whole block can fail due to zone boundary conditions */
2447         if (!free_pages)
2448                 goto single_page;
2449
2450         /*
2451          * If a sufficient number of pages in the block are either free or of
2452          * comparable migratability as our allocation, claim the whole block.
2453          */
2454         if (free_pages + alike_pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
2455                         page_group_by_mobility_disabled)
2456                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
2457
2458         return;
2459
2460 single_page:
2461         area = &zone->free_area[current_order];
2462         move_to_free_area(page, area, start_type);
2463 }
2464
2465 /*
2466  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
2467  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
2468  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
2469  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
2470  */
2471 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
2472                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
2473 {
2474         int i;
2475         int fallback_mt;
2476
2477         if (area->nr_free == 0)
2478                 return -1;
2479
2480         *can_steal = false;
2481         for (i = 0;; i++) {
2482                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
2483                 if (fallback_mt == MIGRATE_TYPES)
2484                         break;
2485
2486                 if (free_area_empty(area, fallback_mt))
2487                         continue;
2488
2489                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
2490                         *can_steal = true;
2491
2492                 if (!only_stealable)
2493                         return fallback_mt;
2494
2495                 if (*can_steal)
2496                         return fallback_mt;
2497         }
2498
2499         return -1;
2500 }
2501
2502 /*
2503  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
2504  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
2505  */
2506 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone,
2507                                 unsigned int alloc_order)
2508 {
2509         int mt;
2510         unsigned long max_managed, flags;
2511
2512         /*
2513          * Limit the number reserved to 1 pageblock or roughly 1% of a zone.
2514          * Check is race-prone but harmless.
2515          */
2516         max_managed = (zone_managed_pages(zone) / 100) + pageblock_nr_pages;
2517         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2518                 return;
2519
2520         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2521
2522         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
2523         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2524                 goto out_unlock;
2525
2526         /* Yoink! */
2527         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2528         if (!is_migrate_highatomic(mt) && !is_migrate_isolate(mt)
2529             && !is_migrate_cma(mt)) {
2530                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
2531                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2532                 move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_HIGHATOMIC, NULL);
2533         }
2534
2535 out_unlock:
2536         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2537 }
2538
2539 /*
2540  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
2541  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
2542  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
2543  * to recover from than an OOM.
2544  *
2545  * If @force is true, try to unreserve a pageblock even though highatomic
2546  * pageblock is exhausted.
2547  */
2548 static bool unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac,
2549                                                 bool force)
2550 {
2551         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2552         unsigned long flags;
2553         struct zoneref *z;
2554         struct zone *zone;
2555         struct page *page;
2556         int order;
2557         bool ret;
2558
2559         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->high_zoneidx,
2560                                                                 ac->nodemask) {
2561                 /*
2562                  * Preserve at least one pageblock unless memory pressure
2563                  * is really high.
2564                  */
2565                 if (!force && zone->nr_reserved_highatomic <=
2566                                         pageblock_nr_pages)
2567                         continue;
2568
2569                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2570                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
2571                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
2572
2573                         page = get_page_from_free_area(area, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2574                         if (!page)
2575                                 continue;
2576
2577                         /*
2578                          * In page freeing path, migratetype change is racy so
2579                          * we can counter several free pages in a pageblock
2580                          * in this loop althoug we changed the pageblock type
2581                          * from highatomic to ac->migratetype. So we should
2582                          * adjust the count once.
2583                          */
2584                         if (is_migrate_highatomic_page(page)) {
2585                                 /*
2586                                  * It should never happen but changes to
2587                                  * locking could inadvertently allow a per-cpu
2588                                  * drain to add pages to MIGRATE_HIGHATOMIC
2589                                  * while unreserving so be safe and watch for
2590                                  * underflows.
2591                                  */
2592                                 zone->nr_reserved_highatomic -= min(
2593                                                 pageblock_nr_pages,
2594                                                 zone->nr_reserved_highatomic);
2595                         }
2596
2597                         /*
2598                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
2599                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
2600                          * is doing the work and needs the pages. More
2601                          * importantly, if the block was always converted to
2602                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
2603                          * of pageblocks that cannot be completely freed
2604                          * may increase.
2605                          */
2606                         set_pageblock_migratetype(page, ac->migratetype);
2607                         ret = move_freepages_block(zone, page, ac->migratetype,
2608                                                                         NULL);
2609                         if (ret) {
2610                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2611                                 return ret;
2612                         }
2613                 }
2614                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2615         }
2616
2617         return false;
2618 }
2619
2620 /*
2621  * Try finding a free buddy page on the fallback list and put it on the free
2622  * list of requested migratetype, possibly along with other pages from the same
2623  * block, depending on fragmentation avoidance heuristics. Returns true if
2624  * fallback was found so that __rmqueue_smallest() can grab it.
2625  *
2626  * The use of signed ints for order and current_order is a deliberate
2627  * deviation from the rest of this file, to make the for loop
2628  * condition simpler.
2629  */
2630 static __always_inline bool
2631 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, int order, int start_migratetype,
2632                                                 unsigned int alloc_flags)
2633 {
2634         struct free_area *area;
2635         int current_order;
2636         int min_order = order;
2637         struct page *page;
2638         int fallback_mt;
2639         bool can_steal;
2640
2641         /*
2642          * Do not steal pages from freelists belonging to other pageblocks
2643          * i.e. orders < pageblock_order. If there are no local zones free,
2644          * the zonelists will be reiterated without ALLOC_NOFRAGMENT.
2645          */
2646         if (alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT)
2647                 min_order = pageblock_order;
2648
2649         /*
2650          * Find the largest available free page in the other list. This roughly
2651          * approximates finding the pageblock with the most free pages, which
2652          * would be too costly to do exactly.
2653          */
2654         for (current_order = MAX_ORDER - 1; current_order >= min_order;
2655                                 --current_order) {
2656                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2657                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2658                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2659                 if (fallback_mt == -1)
2660                         continue;
2661
2662                 /*
2663                  * We cannot steal all free pages from the pageblock and the
2664                  * requested migratetype is movable. In that case it's better to
2665                  * steal and split the smallest available page instead of the
2666                  * largest available page, because even if the next movable
2667                  * allocation falls back into a different pageblock than this
2668                  * one, it won't cause permanent fragmentation.
2669                  */
2670                 if (!can_steal && start_migratetype == MIGRATE_MOVABLE
2671                                         && current_order > order)
2672                         goto find_smallest;
2673
2674                 goto do_steal;
2675         }
2676
2677         return false;
2678
2679 find_smallest:
2680         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER;
2681                                                         current_order++) {
2682                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2683                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2684                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2685                 if (fallback_mt != -1)
2686                         break;
2687         }
2688
2689         /*
2690          * This should not happen - we already found a suitable fallback
2691          * when looking for the largest page.
2692          */
2693         VM_BUG_ON(current_order == MAX_ORDER);
2694
2695 do_steal:
2696         page = get_page_from_free_area(area, fallback_mt);
2697
2698         steal_suitable_fallback(zone, page, alloc_flags, start_migratetype,
2699                                                                 can_steal);
2700
2701         trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
2702                 start_migratetype, fallback_mt);
2703
2704         return true;
2705
2706 }
2707
2708 /*
2709  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
2710  * Call me with the zone->lock already held.
2711  */
2712 static __always_inline struct page *
2713 __rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order, int migratetype,
2714                                                 unsigned int alloc_flags)
2715 {
2716         struct page *page;
2717
2718 retry:
2719         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
2720         if (unlikely(!page)) {
2721                 if (migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
2722                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2723
2724                 if (!page && __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype,
2725                                                                 alloc_flags))
2726                         goto retry;
2727         }
2728
2729         trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
2730         return page;
2731 }
2732
2733 /*
2734  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
2735  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
2736  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
2737  */
2738 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
2739                         unsigned long count, struct list_head *list,
2740                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
2741 {
2742         int i, alloced = 0;
2743
2744         spin_lock(&zone->lock);
2745         for (i = 0; i < count; ++i) {
2746                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype,
2747                                                                 alloc_flags);
2748                 if (unlikely(page == NULL))
2749                         break;
2750
2751                 if (unlikely(check_pcp_refill(page)))
2752                         continue;
2753
2754                 /*
2755                  * Split buddy pages returned by expand() are received here in
2756                  * physical page order. The page is added to the tail of
2757                  * caller's list. From the callers perspective, the linked list
2758                  * is ordered by page number under some conditions. This is
2759                  * useful for IO devices that can forward direction from the
2760                  * head, thus also in the physical page order. This is useful
2761                  * for IO devices that can merge IO requests if the physical
2762                  * pages are ordered properly.
2763                  */
2764                 list_add_tail(&page->lru, list);
2765                 alloced++;
2766                 if (is_migrate_cma(get_pcppage_migratetype(page)))
2767                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
2768                                               -(1 << order));
2769         }
2770
2771         /*
2772          * i pages were removed from the buddy list even if some leak due
2773          * to check_pcp_refill failing so adjust NR_FREE_PAGES based
2774          * on i. Do not confuse with 'alloced' which is the number of
2775          * pages added to the pcp list.
2776          */
2777         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
2778         spin_unlock(&zone->lock);
2779         return alloced;
2780 }
2781
2782 #ifdef CONFIG_NUMA
2783 /*
2784  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
2785  * currently executing processor on remote nodes after they have
2786  * expired.
2787  *
2788  * Note that this function must be called with the thread pinned to
2789  * a single processor.
2790  */
2791 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
2792 {
2793         unsigned long flags;
2794         int to_drain, batch;
2795
2796         local_irq_save(flags);
2797         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2798         to_drain = min(pcp->count, batch);
2799         if (to_drain > 0)
2800                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp);
2801         local_irq_restore(flags);
2802 }
2803 #endif
2804
2805 /*
2806  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
2807  *
2808  * The processor must either be the current processor and the
2809  * thread pinned to the current processor or a processor that
2810  * is not online.
2811  */
2812 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
2813 {
2814         unsigned long flags;
2815         struct per_cpu_pageset *pset;
2816         struct per_cpu_pages *pcp;
2817
2818         local_irq_save(flags);
2819         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2820
2821         pcp = &pset->pcp;
2822         if (pcp->count)
2823                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp);
2824         local_irq_restore(flags);
2825 }
2826
2827 /*
2828  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
2829  *
2830  * The processor must either be the current processor and the
2831  * thread pinned to the current processor or a processor that
2832  * is not online.
2833  */
2834 static void drain_pages(unsigned int cpu)
2835 {
2836         struct zone *zone;
2837
2838         for_each_populated_zone(zone) {
2839                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2840         }
2841 }
2842
2843 /*
2844  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
2845  *
2846  * The CPU has to be pinned. When zone parameter is non-NULL, spill just
2847  * the single zone's pages.
2848  */
2849 void drain_local_pages(struct zone *zone)
2850 {
2851         int cpu = smp_processor_id();
2852
2853         if (zone)
2854                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2855         else
2856                 drain_pages(cpu);
2857 }
2858
2859 static void drain_local_pages_wq(struct work_struct *work)
2860 {
2861         struct pcpu_drain *drain;
2862
2863         drain = container_of(work, struct pcpu_drain, work);
2864
2865         /*
2866          * drain_all_pages doesn't use proper cpu hotplug protection so
2867          * we can race with cpu offline when the WQ can move this from
2868          * a cpu pinned worker to an unbound one. We can operate on a different
2869          * cpu which is allright but we also have to make sure to not move to
2870          * a different one.
2871          */
2872         preempt_disable();
2873         drain_local_pages(drain->zone);
2874         preempt_enable();
2875 }
2876
2877 /*
2878  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
2879  *
2880  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
2881  *
2882  * Note that this can be extremely slow as the draining happens in a workqueue.
2883  */
2884 void drain_all_pages(struct zone *zone)
2885 {
2886         int cpu;
2887
2888         /*
2889          * Allocate in the BSS so we wont require allocation in
2890          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
2891          */
2892         static cpumask_t cpus_with_pcps;
2893
2894         /*
2895          * Make sure nobody triggers this path before mm_percpu_wq is fully
2896          * initialized.
2897          */
2898         if (WARN_ON_ONCE(!mm_percpu_wq))
2899                 return;
2900
2901         /*
2902          * Do not drain if one is already in progress unless it's specific to
2903          * a zone. Such callers are primarily CMA and memory hotplug and need
2904          * the drain to be complete when the call returns.
2905          */
2906         if (unlikely(!mutex_trylock(&pcpu_drain_mutex))) {
2907                 if (!zone)
2908                         return;
2909                 mutex_lock(&pcpu_drain_mutex);
2910         }
2911
2912         /*
2913          * We don't care about racing with CPU hotplug event
2914          * as offline notification will cause the notified
2915          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
2916          * disables preemption as part of its processing
2917          */
2918         for_each_online_cpu(cpu) {
2919                 struct per_cpu_pageset *pcp;
2920                 struct zone *z;
2921                 bool has_pcps = false;
2922
2923                 if (zone) {
2924                         pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2925                         if (pcp->pcp.count)
2926                                 has_pcps = true;
2927                 } else {
2928                         for_each_populated_zone(z) {
2929                                 pcp = per_cpu_ptr(z->pageset, cpu);
2930                                 if (pcp->pcp.count) {
2931                                         has_pcps = true;
2932                                         break;
2933                                 }
2934                         }
2935                 }
2936
2937                 if (has_pcps)
2938                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2939                 else
2940                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2941         }
2942
2943         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps) {
2944                 struct pcpu_drain *drain = per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu);
2945
2946                 drain->zone = zone;
2947                 INIT_WORK(&drain->work, drain_local_pages_wq);
2948                 queue_work_on(cpu, mm_percpu_wq, &drain->work);
2949         }
2950         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps)
2951                 flush_work(&per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu)->work);
2952
2953         mutex_unlock(&pcpu_drain_mutex);
2954 }
2955
2956 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
2957
2958 /*
2959  * Touch the watchdog for every WD_PAGE_COUNT pages.
2960  */
2961 #define WD_PAGE_COUNT   (128*1024)
2962
2963 void mark_free_pages(struct zone *zone)
2964 {
2965         unsigned long pfn, max_zone_pfn, page_count = WD_PAGE_COUNT;
2966         unsigned long flags;
2967         unsigned int order, t;
2968         struct page *page;
2969
2970         if (zone_is_empty(zone))
2971                 return;
2972
2973         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2974
2975         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
2976         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
2977                 if (pfn_valid(pfn)) {
2978                         page = pfn_to_page(pfn);
2979
2980                         if (!--page_count) {
2981                                 touch_nmi_watchdog();
2982                                 page_count = WD_PAGE_COUNT;
2983                         }
2984
2985                         if (page_zone(page) != zone)
2986                                 continue;
2987
2988                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
2989                                 swsusp_unset_page_free(page);
2990                 }
2991
2992         for_each_migratetype_order(order, t) {
2993                 list_for_each_entry(page,
2994                                 &zone->free_area[order].free_list[t], lru) {
2995                         unsigned long i;
2996
2997                         pfn = page_to_pfn(page);
2998                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++) {
2999                                 if (!--page_count) {
3000                                         touch_nmi_watchdog();
3001                                         page_count = WD_PAGE_COUNT;
3002                                 }
3003                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
3004                         }
3005                 }
3006         }
3007         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3008 }
3009 #endif /* CONFIG_PM */
3010
3011 static bool free_unref_page_prepare(struct page *page, unsigned long pfn)
3012 {
3013         int migratetype;
3014
3015         if (!free_pcp_prepare(page))
3016                 return false;
3017
3018         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
3019         set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
3020         return true;
3021 }
3022
3023 static void free_unref_page_commit(struct page *page, unsigned long pfn)
3024 {
3025         struct zone *zone = page_zone(page);
3026         struct per_cpu_pages *pcp;
3027         int migratetype;
3028
3029         migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
3030         __count_vm_event(PGFREE);
3031
3032         /*
3033          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
3034          * Free ISOLATE pages back to the allocator because they are being
3035          * offlined but treat HIGHATOMIC as movable pages so we can get those
3036          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
3037          * excessively into the page allocator
3038          */
3039         if (migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES) {
3040                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
3041                         free_one_page(zone, page, pfn, 0, migratetype);
3042                         return;
3043                 }
3044                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
3045         }
3046
3047         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
3048         list_add(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
3049         pcp->count++;
3050         if (pcp->count >= pcp->high) {
3051                 unsigned long batch = READ_ONCE(pcp->batch);
3052                 free_pcppages_bulk(zone, batch, pcp);
3053         }
3054 }
3055
3056 /*
3057  * Free a 0-order page
3058  */
3059 void free_unref_page(struct page *page)
3060 {
3061         unsigned long flags;
3062         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
3063
3064         if (!free_unref_page_prepare(page, pfn))
3065                 return;
3066
3067         local_irq_save(flags);
3068         free_unref_page_commit(page, pfn);
3069         local_irq_restore(flags);
3070 }
3071
3072 /*
3073  * Free a list of 0-order pages
3074  */
3075 void free_unref_page_list(struct list_head *list)
3076 {
3077         struct page *page, *next;
3078         unsigned long flags, pfn;
3079         int batch_count = 0;
3080
3081         /* Prepare pages for freeing */
3082         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
3083                 pfn = page_to_pfn(page);
3084                 if (!free_unref_page_prepare(page, pfn))
3085                         list_del(&page->lru);
3086                 set_page_private(page, pfn);
3087         }
3088
3089         local_irq_save(flags);
3090         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
3091                 unsigned long pfn = page_private(page);
3092
3093                 set_page_private(page, 0);
3094                 trace_mm_page_free_batched(page);
3095                 free_unref_page_commit(page, pfn);
3096
3097                 /*
3098                  * Guard against excessive IRQ disabled times when we get
3099                  * a large list of pages to free.
3100                  */
3101                 if (++batch_count == SWAP_CLUSTER_MAX) {
3102                         local_irq_restore(flags);
3103                         batch_count = 0;
3104                         local_irq_save(flags);
3105                 }
3106         }
3107         local_irq_restore(flags);
3108 }
3109
3110 /*
3111  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
3112  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
3113  * Each sub-page must be freed individually.
3114  *
3115  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
3116  * Please consult with lkml before using this in your driver.
3117  */
3118 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
3119 {
3120         int i;
3121
3122         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
3123         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
3124
3125         for (i = 1; i < (1 << order); i++)
3126                 set_page_refcounted(page + i);
3127         split_page_owner(page, order);
3128 }
3129 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
3130
3131 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
3132 {
3133         struct free_area *area = &page_zone(page)->free_area[order];
3134         unsigned long watermark;
3135         struct zone *zone;
3136         int mt;
3137
3138         BUG_ON(!PageBuddy(page));
3139
3140         zone = page_zone(page);
3141         mt = get_pageblock_migratetype(page);
3142
3143         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
3144                 /*
3145                  * Obey watermarks as if the page was being allocated. We can
3146                  * emulate a high-order watermark check with a raised order-0
3147                  * watermark, because we already know our high-order page
3148                  * exists.
3149                  */
3150                 watermark = zone->_watermark[WMARK_MIN] + (1UL << order);
3151                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, ALLOC_CMA))
3152                         return 0;
3153
3154                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
3155         }
3156
3157         /* Remove page from free list */
3158
3159         del_page_from_free_area(page, area);
3160
3161         /*
3162          * Set the pageblock if the isolated page is at least half of a
3163          * pageblock
3164          */
3165         if (order >= pageblock_order - 1) {
3166                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
3167                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
3168                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
3169                         if (!is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt)
3170                             && !is_migrate_highatomic(mt))
3171                                 set_pageblock_migratetype(page,
3172                                                           MIGRATE_MOVABLE);
3173                 }
3174         }
3175
3176
3177         return 1UL << order;
3178 }
3179
3180 /*
3181  * Update NUMA hit/miss statistics
3182  *
3183  * Must be called with interrupts disabled.
3184  */
3185 static inline void zone_statistics(struct zone *preferred_zone, struct zone *z)
3186 {
3187 #ifdef CONFIG_NUMA
3188         enum numa_stat_item local_stat = NUMA_LOCAL;
3189
3190         /* skip numa counters update if numa stats is disabled */
3191         if (!static_branch_likely(&vm_numa_stat_key))
3192                 return;
3193
3194         if (zone_to_nid(z) != numa_node_id())
3195                 local_stat = NUMA_OTHER;
3196
3197         if (zone_to_nid(z) == zone_to_nid(preferred_zone))
3198                 __inc_numa_state(z, NUMA_HIT);
3199         else {
3200                 __inc_numa_state(z, NUMA_MISS);
3201                 __inc_numa_state(preferred_zone, NUMA_FOREIGN);
3202         }
3203         __inc_numa_state(z, local_stat);
3204 #endif
3205 }
3206
3207 /* Remove page from the per-cpu list, caller must protect the list */
3208 static struct page *__rmqueue_pcplist(struct zone *zone, int migratetype,
3209                         unsigned int alloc_flags,
3210                         struct per_cpu_pages *pcp,
3211                         struct list_head *list)
3212 {
3213         struct page *page;
3214
3215         do {
3216                 if (list_empty(list)) {
3217                         pcp->count += rmqueue_bulk(zone, 0,
3218                                         pcp->batch, list,
3219                                         migratetype, alloc_flags);
3220                         if (unlikely(list_empty(list)))
3221                                 return NULL;
3222                 }
3223
3224                 page = list_first_entry(list, struct page, lru);
3225                 list_del(&page->lru);
3226                 pcp->count--;
3227         } while (check_new_pcp(page));
3228
3229         return page;
3230 }
3231
3232 /* Lock and remove page from the per-cpu list */
3233 static struct page *rmqueue_pcplist(struct zone *preferred_zone,
3234                         struct zone *zone, gfp_t gfp_flags,
3235                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
3236 {
3237         struct per_cpu_pages *pcp;
3238         struct list_head *list;
3239         struct page *page;
3240         unsigned long flags;
3241
3242         local_irq_save(flags);
3243         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
3244         list = &pcp->lists[migratetype];
3245         page = __rmqueue_pcplist(zone,  migratetype, alloc_flags, pcp, list);
3246         if (page) {
3247                 __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1);
3248                 zone_statistics(preferred_zone, zone);
3249         }
3250         local_irq_restore(flags);
3251         return page;
3252 }
3253
3254 /*
3255  * Allocate a page from the given zone. Use pcplists for order-0 allocations.
3256  */
3257 static inline
3258 struct page *rmqueue(struct zone *preferred_zone,
3259                         struct zone *zone, unsigned int order,
3260                         gfp_t gfp_flags, unsigned int alloc_flags,
3261                         int migratetype)
3262 {
3263         unsigned long flags;
3264         struct page *page;
3265
3266         if (likely(order == 0)) {
3267                 page = rmqueue_pcplist(preferred_zone, zone, gfp_flags,
3268                                         migratetype, alloc_flags);
3269                 goto out;
3270         }
3271
3272         /*
3273          * We most definitely don't want callers attempting to
3274          * allocate greater than order-1 page units with __GFP_NOFAIL.
3275          */
3276         WARN_ON_ONCE((gfp_flags & __GFP_NOFAIL) && (order > 1));
3277         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3278
3279         do {
3280                 page = NULL;
3281                 if (alloc_flags & ALLOC_HARDER) {
3282                         page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
3283                         if (page)
3284                                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
3285                 }
3286                 if (!page)
3287                         page = __rmqueue(zone, order, migratetype, alloc_flags);
3288         } while (page && check_new_pages(page, order));
3289         spin_unlock(&zone->lock);
3290         if (!page)
3291                 goto failed;
3292         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
3293                                   get_pcppage_migratetype(page));
3294
3295         __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
3296         zone_statistics(preferred_zone, zone);
3297         local_irq_restore(flags);
3298
3299 out:
3300         /* Separate test+clear to avoid unnecessary atomics */
3301         if (test_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags)) {
3302                 clear_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
3303                 wakeup_kswapd(zone, 0, 0, zone_idx(zone));
3304         }
3305
3306         VM_BUG_ON_PAGE(page && bad_range(zone, page), page);
3307         return page;
3308
3309 failed:
3310         local_irq_restore(flags);
3311         return NULL;
3312 }
3313
3314 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
3315
3316 static struct {
3317         struct fault_attr attr;
3318
3319         bool ignore_gfp_highmem;
3320         bool ignore_gfp_reclaim;
3321         u32 min_order;
3322 } fail_page_alloc = {
3323         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
3324         .ignore_gfp_reclaim = true,
3325         .ignore_gfp_highmem = true,
3326         .min_order = 1,
3327 };
3328
3329 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
3330 {
3331         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
3332 }
3333 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
3334
3335 static bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3336 {
3337         if (order < fail_page_alloc.min_order)
3338                 return false;
3339         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3340                 return false;
3341         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
3342                 return false;
3343         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim &&
3344                         (gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3345                 return false;
3346
3347         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
3348 }
3349
3350 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
3351
3352 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
3353 {
3354         umode_t mode = S_IFREG | 0600;
3355         struct dentry *dir;
3356
3357         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
3358                                         &fail_page_alloc.attr);
3359
3360         debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
3361                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim);
3362         debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
3363                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem);
3364         debugfs_create_u32("min-order", mode, dir, &fail_page_alloc.min_order);
3365
3366         return 0;
3367 }
3368
3369 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
3370
3371 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
3372
3373 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3374
3375 static inline bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3376 {
3377         return false;
3378 }
3379
3380 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3381
3382 static noinline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3383 {
3384         return __should_fail_alloc_page(gfp_mask, order);
3385 }
3386 ALLOW_ERROR_INJECTION(should_fail_alloc_page, TRUE);
3387
3388 /*
3389  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
3390  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
3391  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
3392  * to check in the allocation paths if no pages are free.
3393  */
3394 bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3395                          int classzone_idx, unsigned int alloc_flags,
3396                          long free_pages)
3397 {
3398         long min = mark;
3399         int o;
3400         const bool alloc_harder = (alloc_flags & (ALLOC_HARDER|ALLOC_OOM));
3401
3402         /* free_pages may go negative - that's OK */
3403         free_pages -= (1 << order) - 1;
3404
3405         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
3406                 min -= min / 2;
3407
3408         /*
3409          * If the caller does not have rights to ALLOC_HARDER then subtract
3410          * the high-atomic reserves. This will over-estimate the size of the
3411          * atomic reserve but it avoids a search.
3412          */
3413         if (likely(!alloc_harder)) {
3414                 free_pages -= z->nr_reserved_highatomic;
3415         } else {
3416                 /*
3417                  * OOM victims can try even harder than normal ALLOC_HARDER
3418                  * users on the grounds that it's definitely going to be in
3419                  * the exit path shortly and free memory. Any allocation it
3420                  * makes during the free path will be small and short-lived.
3421                  */
3422                 if (alloc_flags & ALLOC_OOM)
3423                         min -= min / 2;
3424                 else
3425                         min -= min / 4;
3426         }
3427
3428
3429 #ifdef CONFIG_CMA
3430         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
3431         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
3432                 free_pages -= zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
3433 #endif
3434
3435         /*
3436          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
3437          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
3438          * even if a suitable page happened to be free.
3439          */
3440         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
3441                 return false;
3442
3443         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
3444         if (!order)
3445                 return true;
3446
3447         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
3448         for (o = order; o < MAX_ORDER; o++) {
3449                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
3450                 int mt;
3451
3452                 if (!area->nr_free)
3453                         continue;
3454
3455                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
3456                         if (!free_area_empty(area, mt))
3457                                 return true;
3458                 }
3459
3460 #ifdef CONFIG_CMA
3461                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
3462                     !free_area_empty(area, MIGRATE_CMA)) {
3463                         return true;
3464                 }
3465 #endif
3466                 if (alloc_harder &&
3467                         !list_empty(&area->free_list[MIGRATE_HIGHATOMIC]))
3468                         return true;
3469         }
3470         return false;
3471 }
3472
3473 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3474                       int classzone_idx, unsigned int alloc_flags)
3475 {
3476         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
3477                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
3478 }
3479
3480 static inline bool zone_watermark_fast(struct zone *z, unsigned int order,
3481                 unsigned long mark, int classzone_idx, unsigned int alloc_flags)
3482 {
3483         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3484         long cma_pages = 0;
3485
3486 #ifdef CONFIG_CMA
3487         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
3488         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
3489                 cma_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
3490 #endif
3491
3492         /*
3493          * Fast check for order-0 only. If this fails then the reserves
3494          * need to be calculated. There is a corner case where the check
3495          * passes but only the high-order atomic reserve are free. If
3496          * the caller is !atomic then it'll uselessly search the free
3497          * list. That corner case is then slower but it is harmless.
3498          */
3499         if (!order && (free_pages - cma_pages) > mark + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
3500                 return true;
3501
3502         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
3503                                         free_pages);
3504 }
3505
3506 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
3507                         unsigned long mark, int classzone_idx)
3508 {
3509         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3510
3511         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
3512                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
3513
3514         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, 0,
3515                                                                 free_pages);
3516 }
3517
3518 #ifdef CONFIG_NUMA
3519 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3520 {
3521         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <=
3522                                 node_reclaim_distance;
3523 }
3524 #else   /* CONFIG_NUMA */
3525 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3526 {
3527         return true;
3528 }
3529 #endif  /* CONFIG_NUMA */
3530
3531 /*
3532  * The restriction on ZONE_DMA32 as being a suitable zone to use to avoid
3533  * fragmentation is subtle. If the preferred zone was HIGHMEM then
3534  * premature use of a lower zone may cause lowmem pressure problems that
3535  * are worse than fragmentation. If the next zone is ZONE_DMA then it is
3536  * probably too small. It only makes sense to spread allocations to avoid
3537  * fragmentation between the Normal and DMA32 zones.
3538  */
3539 static inline unsigned int
3540 alloc_flags_nofragment(struct zone *zone, gfp_t gfp_mask)
3541 {
3542         unsigned int alloc_flags = 0;
3543
3544         if (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM)
3545                 alloc_flags |= ALLOC_KSWAPD;
3546
3547 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
3548         if (!zone)
3549                 return alloc_flags;
3550
3551         if (zone_idx(zone) != ZONE_NORMAL)
3552                 return alloc_flags;
3553
3554         /*
3555          * If ZONE_DMA32 exists, assume it is the one after ZONE_NORMAL and
3556          * the pointer is within zone->zone_pgdat->node_zones[]. Also assume
3557          * on UMA that if Normal is populated then so is DMA32.
3558          */
3559         BUILD_BUG_ON(ZONE_NORMAL - ZONE_DMA32 != 1);
3560         if (nr_online_nodes > 1 && !populated_zone(--zone))
3561                 return alloc_flags;
3562
3563         alloc_flags |= ALLOC_NOFRAGMENT;
3564 #endif /* CONFIG_ZONE_DMA32 */
3565         return alloc_flags;
3566 }
3567
3568 /*
3569  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
3570  * a page.
3571  */
3572 static struct page *
3573 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
3574                                                 const struct alloc_context *ac)
3575 {
3576         struct zoneref *z;
3577         struct zone *zone;
3578         struct pglist_data *last_pgdat_dirty_limit = NULL;
3579         bool no_fallback;
3580
3581 retry:
3582         /*
3583          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
3584          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
3585          */
3586         no_fallback = alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT;
3587         z = ac->preferred_zoneref;
3588         for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
3589                                                                 ac->nodemask) {
3590                 struct page *page;
3591                 unsigned long mark;
3592
3593                 if (cpusets_enabled() &&
3594                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
3595                         !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
3596                                 continue;
3597                 /*
3598                  * When allocating a page cache page for writing, we
3599                  * want to get it from a node that is within its dirty
3600                  * limit, such that no single node holds more than its
3601                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
3602                  * The dirty limits take into account the node's
3603                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
3604                  * should be able to balance it without having to
3605                  * write pages from its LRU list.
3606                  *
3607                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
3608                  * exceed the per-node dirty limit in the slowpath
3609                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
3610                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
3611                  * nodes are together not big enough to reach the
3612                  * global limit.  The proper fix for these situations
3613                  * will require awareness of nodes in the
3614                  * dirty-throttling and the flusher threads.
3615                  */
3616                 if (ac->spread_dirty_pages) {
3617                         if (last_pgdat_dirty_limit == zone->zone_pgdat)
3618                                 continue;
3619
3620                         if (!node_dirty_ok(zone->zone_pgdat)) {
3621                                 last_pgdat_dirty_limit = zone->zone_pgdat;
3622                                 continue;
3623                         }
3624                 }
3625
3626                 if (no_fallback && nr_online_nodes > 1 &&
3627                     zone != ac->preferred_zoneref->zone) {
3628                         int local_nid;
3629
3630                         /*
3631                          * If moving to a remote node, retry but allow
3632                          * fragmenting fallbacks. Locality is more important
3633                          * than fragmentation avoidance.
3634                          */
3635                         local_nid = zone_to_nid(ac->preferred_zoneref->zone);
3636                         if (zone_to_nid(zone) != local_nid) {
3637                                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
3638                                 goto retry;
3639                         }
3640                 }
3641
3642                 mark = wmark_pages(zone, alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK);
3643                 if (!zone_watermark_fast(zone, order, mark,
3644                                        ac_classzone_idx(ac), alloc_flags)) {
3645                         int ret;
3646
3647 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
3648                         /*
3649                          * Watermark failed for this zone, but see if we can
3650                          * grow this zone if it contains deferred pages.
3651                          */
3652                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
3653                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
3654                                         goto try_this_zone;
3655                         }
3656 #endif
3657                         /* Checked here to keep the fast path fast */
3658                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
3659                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
3660                                 goto try_this_zone;
3661
3662                         if (node_reclaim_mode == 0 ||
3663                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zoneref->zone, zone))
3664                                 continue;
3665
3666                         ret = node_reclaim(zone->zone_pgdat, gfp_mask, order);
3667                         switch (ret) {
3668                         case NODE_RECLAIM_NOSCAN:
3669                                 /* did not scan */
3670                                 continue;
3671                         case NODE_RECLAIM_FULL:
3672                                 /* scanned but unreclaimable */
3673                                 continue;
3674                         default:
3675                                 /* did we reclaim enough */
3676                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
3677                                                 ac_classzone_idx(ac), alloc_flags))
3678                                         goto try_this_zone;
3679
3680                                 continue;
3681                         }
3682                 }
3683
3684 try_this_zone:
3685                 page = rmqueue(ac->preferred_zoneref->zone, zone, order,
3686                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
3687                 if (page) {
3688                         prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
3689
3690                         /*
3691                          * If this is a high-order atomic allocation then check
3692                          * if the pageblock should be reserved for the future
3693                          */
3694                         if (unlikely(order && (alloc_flags & ALLOC_HARDER)))
3695                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone, order);
3696
3697                         return page;
3698                 } else {
3699 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
3700                         /* Try again if zone has deferred pages */
3701                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
3702                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
3703                                         goto try_this_zone;
3704                         }
3705 #endif
3706                 }
3707         }
3708
3709         /*
3710          * It's possible on a UMA machine to get through all zones that are
3711          * fragmented. If avoiding fragmentation, reset and try again.
3712          */
3713         if (no_fallback) {
3714                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
3715                 goto retry;
3716         }
3717
3718         return NULL;
3719 }
3720
3721 static void warn_alloc_show_mem(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
3722 {
3723         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3724
3725         /*
3726          * This documents exceptions given to allocations in certain
3727          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
3728          * of allowed nodes.
3729          */
3730         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3731                 if (tsk_is_oom_victim(current) ||
3732                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
3733                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3734         if (in_interrupt() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3735                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3736
3737         show_mem(filter, nodemask);
3738 }
3739
3740 void warn_alloc(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask, const char *fmt, ...)
3741 {
3742         struct va_format vaf;
3743         va_list args;
3744         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs, 10*HZ, 1);
3745
3746         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) || !__ratelimit(&nopage_rs))
3747                 return;
3748
3749         va_start(args, fmt);
3750         vaf.fmt = fmt;
3751         vaf.va = &args;
3752         pr_warn("%s: %pV, mode:%#x(%pGg), nodemask=%*pbl",
3753                         current->comm, &vaf, gfp_mask, &gfp_mask,
3754                         nodemask_pr_args(nodemask));
3755         va_end(args);
3756
3757         cpuset_print_current_mems_allowed();
3758         pr_cont("\n");
3759         dump_stack();
3760         warn_alloc_show_mem(gfp_mask, nodemask);
3761 }
3762
3763 static inline struct page *
3764 __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3765                               unsigned int alloc_flags,
3766                               const struct alloc_context *ac)
3767 {
3768         struct page *page;
3769
3770         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3771                         alloc_flags|ALLOC_CPUSET, ac);
3772         /*
3773          * fallback to ignore cpuset restriction if our nodes
3774          * are depleted
3775          */
3776         if (!page)
3777                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3778                                 alloc_flags, ac);
3779
3780         return page;
3781 }
3782
3783 static inline struct page *
3784 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3785         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
3786 {
3787         struct oom_control oc = {
3788                 .zonelist = ac->zonelist,
3789                 .nodemask = ac->nodemask,
3790                 .memcg = NULL,
3791                 .gfp_mask = gfp_mask,
3792                 .order = order,
3793         };
3794         struct page *page;
3795
3796         *did_some_progress = 0;
3797
3798         /*
3799          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
3800          * making progress for us.
3801          */
3802         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
3803                 *did_some_progress = 1;
3804                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
3805                 return NULL;
3806         }
3807
3808         /*
3809          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
3810          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
3811          * we're still under heavy pressure. But make sure that this reclaim
3812          * attempt shall not depend on __GFP_DIRECT_RECLAIM && !__GFP_NORETRY
3813          * allocation which will never fail due to oom_lock already held.
3814          */
3815         page = get_page_from_freelist((gfp_mask | __GFP_HARDWALL) &
3816                                       ~__GFP_DIRECT_RECLAIM, order,
3817                                       ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
3818         if (page)
3819                 goto out;
3820
3821         /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
3822         if (current->flags & PF_DUMPCORE)
3823                 goto out;
3824         /* The OOM killer will not help higher order allocs */
3825         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3826                 goto out;
3827         /*
3828          * We have already exhausted all our reclaim opportunities without any
3829          * success so it is time to admit defeat. We will skip the OOM killer
3830          * because it is very likely that the caller has a more reasonable
3831          * fallback than shooting a random task.
3832          */
3833         if (gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL)
3834                 goto out;
3835         /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
3836         if (ac->high_zoneidx < ZONE_NORMAL)
3837                 goto out;
3838         if (pm_suspended_storage())
3839                 goto out;
3840         /*
3841          * XXX: GFP_NOFS allocations should rather fail than rely on
3842          * other request to make a forward progress.
3843          * We are in an unfortunate situation where out_of_memory cannot
3844          * do much for this context but let's try it to at least get
3845          * access to memory reserved if the current task is killed (see
3846          * out_of_memory). Once filesystems are ready to handle allocation
3847          * failures more gracefully we should just bail out here.
3848          */
3849
3850         /* The OOM killer may not free memory on a specific node */
3851         if (gfp_mask & __GFP_THISNODE)
3852                 goto out;
3853
3854         /* Exhausted what can be done so it's blame time */
3855         if (out_of_memory(&oc) || WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
3856                 *did_some_progress = 1;
3857
3858                 /*
3859                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
3860                  * reserves
3861                  */
3862                 if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3863                         page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order,
3864                                         ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3865         }
3866 out:
3867         mutex_unlock(&oom_lock);
3868         return page;
3869 }
3870
3871 /*
3872  * Maximum number of compaction retries wit a progress before OOM
3873  * killer is consider as the only way to move forward.
3874  */
3875 #define MAX_COMPACT_RETRIES 16
3876
3877 #ifdef CONFIG_COMPACTION
3878 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
3879 static struct page *
3880 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3881                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3882                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
3883 {
3884         struct page *page = NULL;
3885         unsigned long pflags;
3886         unsigned int noreclaim_flag;
3887
3888         if (!order)
3889                 return NULL;
3890
3891         psi_memstall_enter(&pflags);
3892         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
3893
3894         *compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3895                                                                 prio, &page);
3896
3897         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
3898         psi_memstall_leave(&pflags);
3899
3900         /*
3901          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
3902          * count a compaction stall
3903          */
3904         count_vm_event(COMPACTSTALL);
3905
3906         /* Prep a captured page if available */
3907         if (page)
3908                 prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
3909
3910         /* Try get a page from the freelist if available */
3911         if (!page)
3912                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3913
3914         if (page) {
3915                 struct zone *zone = page_zone(page);
3916
3917                 zone->compact_blockskip_flush = false;
3918                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
3919                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
3920                 return page;
3921         }
3922
3923         /*
3924          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
3925          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
3926          */
3927         count_vm_event(COMPACTFAIL);
3928
3929         cond_resched();
3930
3931         return NULL;
3932 }
3933
3934 static inline bool
3935 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, int order, int alloc_flags,
3936                      enum compact_result compact_result,
3937                      enum compact_priority *compact_priority,
3938                      int *compaction_retries)
3939 {
3940         int max_retries = MAX_COMPACT_RETRIES;
3941         int min_priority;
3942         bool ret = false;
3943         int retries = *compaction_retries;
3944         enum compact_priority priority = *compact_priority;
3945
3946         if (!order)
3947                 return false;
3948
3949         if (compaction_made_progress(compact_result))
3950                 (*compaction_retries)++;
3951
3952         /*
3953          * compaction considers all the zone as desperately out of memory
3954          * so it doesn't really make much sense to retry except when the
3955          * failure could be caused by insufficient priority
3956          */
3957         if (compaction_failed(compact_result))
3958                 goto check_priority;
3959
3960         /*
3961          * compaction was skipped because there are not enough order-0 pages
3962          * to work with, so we retry only if it looks like reclaim can help.
3963          */
3964         if (compaction_needs_reclaim(compact_result)) {
3965                 ret = compaction_zonelist_suitable(ac, order, alloc_flags);
3966                 goto out;
3967         }
3968
3969         /*
3970          * make sure the compaction wasn't deferred or didn't bail out early
3971          * due to locks contention before we declare that we should give up.
3972          * But the next retry should use a higher priority if allowed, so
3973          * we don't just keep bailing out endlessly.
3974          */
3975         if (compaction_withdrawn(compact_result)) {
3976                 goto check_priority;
3977         }
3978
3979         /*
3980          * !costly requests are much more important than __GFP_RETRY_MAYFAIL
3981          * costly ones because they are de facto nofail and invoke OOM
3982          * killer to move on while costly can fail and users are ready
3983          * to cope with that. 1/4 retries is rather arbitrary but we
3984          * would need much more detailed feedback from compaction to
3985          * make a better decision.
3986          */
3987         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3988                 max_retries /= 4;
3989         if (*compaction_retries <= max_retries) {
3990                 ret = true;
3991                 goto out;
3992         }
3993
3994         /*
3995          * Make sure there are attempts at the highest priority if we exhausted
3996          * all retries or failed at the lower priorities.
3997          */
3998 check_priority:
3999         min_priority = (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) ?
4000                         MIN_COMPACT_COSTLY_PRIORITY : MIN_COMPACT_PRIORITY;
4001
4002         if (*compact_priority > min_priority) {
4003                 (*compact_priority)--;
4004                 *compaction_retries = 0;
4005                 ret = true;
4006         }
4007 out:
4008         trace_compact_retry(order, priority, compact_result, retries, max_retries, ret);
4009         return ret;
4010 }
4011 #else
4012 static inline struct page *
4013 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4014                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4015                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
4016 {
4017         *compact_result = COMPACT_SKIPPED;
4018         return NULL;
4019 }
4020
4021 static inline bool
4022 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, unsigned int order, int alloc_flags,
4023                      enum compact_result compact_result,
4024                      enum compact_priority *compact_priority,
4025                      int *compaction_retries)
4026 {
4027         struct zone *zone;
4028         struct zoneref *z;
4029
4030         if (!order || order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4031                 return false;
4032
4033         /*
4034          * There are setups with compaction disabled which would prefer to loop
4035          * inside the allocator rather than hit the oom killer prematurely.
4036          * Let's give them a good hope and keep retrying while the order-0
4037          * watermarks are OK.
4038          */
4039         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
4040                                         ac->nodemask) {
4041                 if (zone_watermark_ok(zone, 0, min_wmark_pages(zone),
4042                                         ac_classzone_idx(ac), alloc_flags))
4043                         return true;
4044         }
4045         return false;
4046 }
4047 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
4048
4049 #ifdef CONFIG_LOCKDEP
4050 static struct lockdep_map __fs_reclaim_map =
4051         STATIC_LOCKDEP_MAP_INIT("fs_reclaim", &__fs_reclaim_map);
4052
4053 static bool __need_fs_reclaim(gfp_t gfp_mask)
4054 {
4055         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4056
4057         /* no reclaim without waiting on it */
4058         if (!(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
4059                 return false;
4060
4061         /* this guy won't enter reclaim */
4062         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4063                 return false;
4064
4065         /* We're only interested __GFP_FS allocations for now */
4066         if (!(gfp_mask & __GFP_FS))
4067                 return false;
4068
4069         if (gfp_mask & __GFP_NOLOCKDEP)
4070                 return false;
4071
4072         return true;
4073 }
4074
4075 void __fs_reclaim_acquire(void)
4076 {
4077         lock_map_acquire(&__fs_reclaim_map);
4078 }
4079
4080 void __fs_reclaim_release(void)
4081 {
4082         lock_map_release(&__fs_reclaim_map);
4083 }
4084
4085 void fs_reclaim_acquire(gfp_t gfp_mask)
4086 {
4087         if (__need_fs_reclaim(gfp_mask))
4088                 __fs_reclaim_acquire();
4089 }
4090 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_acquire);
4091
4092 void fs_reclaim_release(gfp_t gfp_mask)
4093 {
4094         if (__need_fs_reclaim(gfp_mask))
4095                 __fs_reclaim_release();
4096 }
4097 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_release);
4098 #endif
4099
4100 /* Perform direct synchronous page reclaim */
4101 static int
4102 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4103                                         const struct alloc_context *ac)
4104 {
4105         int progress;
4106         unsigned int noreclaim_flag;
4107         unsigned long pflags;
4108
4109         cond_resched();
4110
4111         /* We now go into synchronous reclaim */
4112         cpuset_memory_pressure_bump();
4113         psi_memstall_enter(&pflags);
4114         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
4115         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4116
4117         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
4118                                                                 ac->nodemask);
4119
4120         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4121         fs_reclaim_release(gfp_mask);
4122         psi_memstall_leave(&pflags);
4123
4124         cond_resched();
4125
4126         return progress;
4127 }
4128
4129 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
4130 static inline struct page *
4131 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4132                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4133                 unsigned long *did_some_progress)
4134 {
4135         struct page *page = NULL;
4136         bool drained = false;
4137
4138         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
4139         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
4140                 return NULL;
4141
4142 retry:
4143         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4144
4145         /*
4146          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
4147          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
4148          * Shrink them them and try again
4149          */
4150         if (!page && !drained) {
4151                 unreserve_highatomic_pageblock(ac, false);
4152                 drain_all_pages(NULL);
4153                 drained = true;
4154                 goto retry;
4155         }
4156
4157         return page;
4158 }
4159
4160 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, gfp_t gfp_mask,
4161                              const struct alloc_context *ac)
4162 {
4163         struct zoneref *z;
4164         struct zone *zone;
4165         pg_data_t *last_pgdat = NULL;
4166         enum zone_type high_zoneidx = ac->high_zoneidx;
4167
4168         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, high_zoneidx,
4169                                         ac->nodemask) {
4170                 if (last_pgdat != zone->zone_pgdat)
4171                         wakeup_kswapd(zone, gfp_mask, order, high_zoneidx);
4172                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
4173         }
4174 }
4175
4176 static inline unsigned int
4177 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4178 {
4179         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
4180
4181         /* __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH to save a branch. */
4182         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
4183
4184         /*
4185          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
4186          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
4187          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
4188          * set both ALLOC_HARDER (__GFP_ATOMIC) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
4189          */
4190         alloc_flags |= (__force int) (gfp_mask & __GFP_HIGH);
4191
4192         if (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) {
4193                 /*
4194                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
4195                  * if it can't schedule.
4196                  */
4197                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4198                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
4199                 /*
4200                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
4201                  * comment for __cpuset_node_allowed().
4202                  */
4203                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
4204         } else if (unlikely(rt_task(current)) && !in_interrupt())
4205                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
4206
4207         if (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM)
4208                 alloc_flags |= ALLOC_KSWAPD;
4209
4210 #ifdef CONFIG_CMA
4211         if (gfpflags_to_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
4212                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
4213 #endif
4214         return alloc_flags;
4215 }
4216
4217 static bool oom_reserves_allowed(struct task_struct *tsk)
4218 {
4219         if (!tsk_is_oom_victim(tsk))
4220                 return false;
4221
4222         /*
4223          * !MMU doesn't have oom reaper so give access to memory reserves
4224          * only to the thread with TIF_MEMDIE set
4225          */
4226         if (!IS_ENABLED(CONFIG_MMU) && !test_thread_flag(TIF_MEMDIE))
4227                 return false;
4228
4229         return true;
4230 }
4231
4232 /*
4233  * Distinguish requests which really need access to full memory
4234  * reserves from oom victims which can live with a portion of it
4235  */
4236 static inline int __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4237 {
4238         if (unlikely(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4239                 return 0;
4240         if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
4241                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4242         if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
4243                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4244         if (!in_interrupt()) {
4245                 if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4246                         return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4247                 else if (oom_reserves_allowed(current))
4248                         return ALLOC_OOM;
4249         }
4250
4251         return 0;
4252 }
4253
4254 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
4255 {
4256         return !!__gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4257 }
4258
4259 /*
4260  * Checks whether it makes sense to retry the reclaim to make a forward progress
4261  * for the given allocation request.
4262  *
4263  * We give up when we either have tried MAX_RECLAIM_RETRIES in a row
4264  * without success, or when we couldn't even meet the watermark if we
4265  * reclaimed all remaining pages on the LRU lists.
4266  *
4267  * Returns true if a retry is viable or false to enter the oom path.
4268  */
4269 static inline bool
4270 should_reclaim_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned order,
4271                      struct alloc_context *ac, int alloc_flags,
4272                      bool did_some_progress, int *no_progress_loops)
4273 {
4274         struct zone *zone;
4275         struct zoneref *z;
4276         bool ret = false;
4277
4278         /*
4279          * Costly allocations might have made a progress but this doesn't mean
4280          * their order will become available due to high fragmentation so
4281          * always increment the no progress counter for them
4282          */
4283         if (did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4284                 *no_progress_loops = 0;
4285         else
4286                 (*no_progress_loops)++;
4287
4288         /*
4289          * Make sure we converge to OOM if we cannot make any progress
4290          * several times in the row.
4291          */
4292         if (*no_progress_loops > MAX_RECLAIM_RETRIES) {
4293                 /* Before OOM, exhaust highatomic_reserve */
4294                 return unreserve_highatomic_pageblock(ac, true);
4295         }
4296
4297         /*
4298          * Keep reclaiming pages while there is a chance this will lead
4299          * somewhere.  If none of the target zones can satisfy our allocation
4300          * request even if all reclaimable pages are considered then we are
4301          * screwed and have to go OOM.
4302          */
4303         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
4304                                         ac->nodemask) {
4305                 unsigned long available;
4306                 unsigned long reclaimable;
4307                 unsigned long min_wmark = min_wmark_pages(zone);
4308                 bool wmark;
4309
4310                 available = reclaimable = zone_reclaimable_pages(zone);
4311                 available += zone_page_state_snapshot(zone, NR_FREE_PAGES);
4312
4313                 /*
4314                  * Would the allocation succeed if we reclaimed all
4315                  * reclaimable pages?
4316                  */
4317                 wmark = __zone_watermark_ok(zone, order, min_wmark,
4318                                 ac_classzone_idx(ac), alloc_flags, available);
4319                 trace_reclaim_retry_zone(z, order, reclaimable,
4320                                 available, min_wmark, *no_progress_loops, wmark);
4321                 if (wmark) {
4322                         /*
4323                          * If we didn't make any progress and have a lot of
4324                          * dirty + writeback pages then we should wait for
4325                          * an IO to complete to slow down the reclaim and
4326                          * prevent from pre mature OOM
4327                          */
4328                         if (!did_some_progress) {
4329                                 unsigned long write_pending;
4330
4331                                 write_pending = zone_page_state_snapshot(zone,
4332                                                         NR_ZONE_WRITE_PENDING);
4333
4334                                 if (2 * write_pending > reclaimable) {
4335                                         congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
4336                                         return true;
4337                                 }
4338                         }
4339
4340                         ret = true;
4341                         goto out;
4342                 }
4343         }
4344
4345 out:
4346         /*
4347          * Memory allocation/reclaim might be called from a WQ context and the
4348          * current implementation of the WQ concurrency control doesn't
4349          * recognize that a particular WQ is congested if the worker thread is
4350          * looping without ever sleeping. Therefore we have to do a short sleep
4351          * here rather than calling cond_resched().
4352          */
4353         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
4354                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
4355         else
4356                 cond_resched();
4357         return ret;
4358 }
4359
4360 static inline bool
4361 check_retry_cpuset(int cpuset_mems_cookie, struct alloc_context *ac)
4362 {
4363         /*
4364          * It's possible that cpuset's mems_allowed and the nodemask from
4365          * mempolicy don't intersect. This should be normally dealt with by
4366          * policy_nodemask(), but it's possible to race with cpuset update in
4367          * such a way the check therein was true, and then it became false
4368          * before we got our cpuset_mems_cookie here.
4369          * This assumes that for all allocations, ac->nodemask can come only
4370          * from MPOL_BIND mempolicy (whose documented semantics is to be ignored
4371          * when it does not intersect with the cpuset restrictions) or the
4372          * caller can deal with a violated nodemask.
4373          */
4374         if (cpusets_enabled() && ac->nodemask &&
4375                         !cpuset_nodemask_valid_mems_allowed(ac->nodemask)) {
4376                 ac->nodemask = NULL;
4377                 return true;
4378         }
4379
4380         /*
4381          * When updating a task's mems_allowed or mempolicy nodemask, it is
4382          * possible to race with parallel threads in such a way that our
4383          * allocation can fail while the mask is being updated. If we are about
4384          * to fail, check if the cpuset changed during allocation and if so,
4385          * retry.
4386          */
4387         if (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))
4388                 return true;
4389
4390         return false;
4391 }
4392
4393 static inline struct page *
4394 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4395                                                 struct alloc_context *ac)
4396 {
4397         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
4398         const bool costly_order = order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER;
4399         struct page *page = NULL;
4400         unsigned int alloc_flags;
4401         unsigned long did_some_progress;
4402         enum compact_priority compact_priority;
4403         enum compact_result compact_result;
4404         int compaction_retries;
4405         int no_progress_loops;
4406         unsigned int cpuset_mems_cookie;
4407         int reserve_flags;
4408
4409         /*
4410          * We also sanity check to catch abuse of atomic reserves being used by
4411          * callers that are not in atomic context.
4412          */
4413         if (WARN_ON_ONCE((gfp_mask & (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)) ==
4414                                 (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)))
4415                 gfp_mask &= ~__GFP_ATOMIC;
4416
4417 retry_cpuset:
4418         compaction_retries = 0;
4419         no_progress_loops = 0;
4420         compact_priority = DEF_COMPACT_PRIORITY;
4421         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
4422
4423         /*
4424          * The fast path uses conservative alloc_flags to succeed only until
4425          * kswapd needs to be woken up, and to avoid the cost of setting up
4426          * alloc_flags precisely. So we do that now.
4427          */
4428         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
4429
4430         /*
4431          * We need to recalculate the starting point for the zonelist iterator
4432          * because we might have used different nodemask in the fast path, or
4433          * there was a cpuset modification and we are retrying - otherwise we
4434          * could end up iterating over non-eligible zones endlessly.
4435          */
4436         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4437                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
4438         if (!ac->preferred_zoneref->zone)
4439                 goto nopage;
4440
4441         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4442                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4443
4444         /*
4445          * The adjusted alloc_flags might result in immediate success, so try
4446          * that first
4447          */
4448         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4449         if (page)
4450                 goto got_pg;
4451
4452         /*
4453          * For costly allocations, try direct compaction first, as it's likely
4454          * that we have enough base pages and don't need to reclaim. For non-
4455          * movable high-order allocations, do that as well, as compaction will
4456          * try prevent permanent fragmentation by migrating from blocks of the
4457          * same migratetype.
4458          * Don't try this for allocations that are allowed to ignore
4459          * watermarks, as the ALLOC_NO_WATERMARKS attempt didn't yet happen.
4460          */
4461         if (can_direct_reclaim &&
4462                         (costly_order ||
4463                            (order > 0 && ac->migratetype != MIGRATE_MOVABLE))
4464                         && !gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_mask)) {
4465                 page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order,
4466                                                 alloc_flags, ac,
4467                                                 INIT_COMPACT_PRIORITY,
4468                                                 &compact_result);
4469                 if (page)
4470                         goto got_pg;
4471
4472                  if (order >= pageblock_order && (gfp_mask & __GFP_IO) &&
4473                      !(gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL)) {
4474                         /*
4475                          * If allocating entire pageblock(s) and compaction
4476                          * failed because all zones are below low watermarks
4477                          * or is prohibited because it recently failed at this
4478                          * order, fail immediately unless the allocator has
4479                          * requested compaction and reclaim retry.
4480                          *
4481                          * Reclaim is
4482                          *  - potentially very expensive because zones are far
4483                          *    below their low watermarks or this is part of very
4484                          *    bursty high order allocations,
4485                          *  - not guaranteed to help because isolate_freepages()
4486                          *    may not iterate over freed pages as part of its
4487                          *    linear scan, and
4488                          *  - unlikely to make entire pageblocks free on its
4489                          *    own.
4490                          */
4491                         if (compact_result == COMPACT_SKIPPED ||
4492                             compact_result == COMPACT_DEFERRED)
4493                                 goto nopage;
4494                 }
4495
4496                 /*
4497                  * Checks for costly allocations with __GFP_NORETRY, which
4498                  * includes THP page fault allocations
4499                  */
4500                 if (costly_order && (gfp_mask & __GFP_NORETRY)) {
4501                         /*
4502                          * If compaction is deferred for high-order allocations,
4503                          * it is because sync compaction recently failed. If
4504                          * this is the case and the caller requested a THP
4505                          * allocation, we do not want to heavily disrupt the
4506                          * system, so we fail the allocation instead of entering
4507                          * direct reclaim.
4508                          */
4509                         if (compact_result == COMPACT_DEFERRED)
4510                                 goto nopage;
4511
4512                         /*
4513                          * Looks like reclaim/compaction is worth trying, but
4514                          * sync compaction could be very expensive, so keep
4515                          * using async compaction.
4516                          */
4517                         compact_priority = INIT_COMPACT_PRIORITY;
4518                 }
4519         }
4520
4521 retry:
4522         /* Ensure kswapd doesn't accidentally go to sleep as long as we loop */
4523         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4524                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4525
4526         reserve_flags = __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4527         if (reserve_flags)
4528                 alloc_flags = reserve_flags;
4529
4530         /*
4531          * Reset the nodemask and zonelist iterators if memory policies can be
4532          * ignored. These allocations are high priority and system rather than
4533          * user oriented.
4534          */
4535         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) || reserve_flags) {
4536                 ac->nodemask = NULL;
4537                 ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4538                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
4539         }
4540
4541         /* Attempt with potentially adjusted zonelist and alloc_flags */
4542         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4543         if (page)
4544                 goto got_pg;
4545
4546         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
4547         if (!can_direct_reclaim)
4548                 goto nopage;
4549
4550         /* Avoid recursion of direct reclaim */
4551         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4552                 goto nopage;
4553
4554         /* Try direct reclaim and then allocating */
4555         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4556                                                         &did_some_progress);
4557         if (page)
4558                 goto got_pg;
4559
4560         /* Try direct compaction and then allocating */
4561         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4562                                         compact_priority, &compact_result);
4563         if (page)
4564                 goto got_pg;
4565
4566         /* Do not loop if specifically requested */
4567         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
4568                 goto nopage;
4569
4570         /*
4571          * Do not retry costly high order allocations unless they are
4572          * __GFP_RETRY_MAYFAIL
4573          */
4574         if (costly_order && !(gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL))
4575                 goto nopage;
4576
4577         if (should_reclaim_retry(gfp_mask, order, ac, alloc_flags,
4578                                  did_some_progress > 0, &no_progress_loops))
4579                 goto retry;
4580
4581         /*
4582          * It doesn't make any sense to retry for the compaction if the order-0
4583          * reclaim is not able to make any progress because the current
4584          * implementation of the compaction depends on the sufficient amount
4585          * of free memory (see __compaction_suitable)
4586          */
4587         if (did_some_progress > 0 &&
4588                         should_compact_retry(ac, order, alloc_flags,
4589                                 compact_result, &compact_priority,
4590                                 &compaction_retries))
4591                 goto retry;
4592
4593
4594         /* Deal with possible cpuset update races before we start OOM killing */
4595         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
4596                 goto retry_cpuset;
4597
4598         /* Reclaim has failed us, start killing things */
4599         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
4600         if (page)
4601                 goto got_pg;
4602
4603         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
4604         if (tsk_is_oom_victim(current) &&
4605             (alloc_flags == ALLOC_OOM ||
4606              (gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC)))
4607                 goto nopage;
4608
4609         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
4610         if (did_some_progress) {
4611                 no_progress_loops = 0;
4612                 goto retry;
4613         }
4614
4615 nopage:
4616         /* Deal with possible cpuset update races before we fail */
4617         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
4618                 goto retry_cpuset;
4619
4620         /*
4621          * Make sure that __GFP_NOFAIL request doesn't leak out and make sure
4622          * we always retry
4623          */
4624         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL) {
4625                 /*
4626                  * All existing users of the __GFP_NOFAIL are blockable, so warn
4627                  * of any new users that actually require GFP_NOWAIT
4628                  */
4629                 if (WARN_ON_ONCE(!can_direct_reclaim))
4630                         goto fail;
4631
4632                 /*
4633                  * PF_MEMALLOC request from this context is rather bizarre
4634                  * because we cannot reclaim anything and only can loop waiting
4635                  * for somebody to do a work for us
4636                  */
4637                 WARN_ON_ONCE(current->flags & PF_MEMALLOC);
4638
4639                 /*
4640                  * non failing costly orders are a hard requirement which we
4641                  * are not prepared for much so let's warn about these users
4642                  * so that we can identify them and convert them to something
4643                  * else.
4644                  */
4645                 WARN_ON_ONCE(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
4646
4647                 /*
4648                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
4649                  * reserves but do not use ALLOC_NO_WATERMARKS because this
4650                  * could deplete whole memory reserves which would just make
4651                  * the situation worse
4652                  */
4653                 page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order, ALLOC_HARDER, ac);
4654                 if (page)
4655                         goto got_pg;
4656
4657                 cond_resched();
4658                 goto retry;
4659         }
4660 fail:
4661         warn_alloc(gfp_mask, ac->nodemask,
4662                         "page allocation failure: order:%u", order);
4663 got_pg:
4664         return page;
4665 }
4666
4667 static inline bool prepare_alloc_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4668                 int preferred_nid, nodemask_t *nodemask,
4669                 struct alloc_context *ac, gfp_t *alloc_mask,
4670                 unsigned int *alloc_flags)
4671 {
4672         ac->high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
4673         ac->zonelist = node_zonelist(preferred_nid, gfp_mask);
4674         ac->nodemask = nodemask;
4675         ac->migratetype = gfpflags_to_migratetype(gfp_mask);
4676
4677         if (cpusets_enabled()) {
4678                 *alloc_mask |= __GFP_HARDWALL;
4679                 if (!ac->nodemask)
4680                         ac->nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
4681                 else
4682                         *alloc_flags |= ALLOC_CPUSET;
4683         }
4684
4685         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
4686         fs_reclaim_release(gfp_mask);
4687
4688         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM);
4689
4690         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
4691                 return false;
4692
4693         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA) && ac->migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
4694                 *alloc_flags |= ALLOC_CMA;
4695
4696         return true;
4697 }
4698
4699 /* Determine whether to spread dirty pages and what the first usable zone */
4700 static inline void finalise_ac(gfp_t gfp_mask, struct alloc_context *ac)
4701 {
4702         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
4703         ac->spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
4704
4705         /*
4706          * The preferred zone is used for statistics but crucially it is
4707          * also used as the starting point for the zonelist iterator. It
4708          * may get reset for allocations that ignore memory policies.
4709          */
4710         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4711                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
4712 }
4713
4714 /*
4715  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
4716  */
4717 struct page *
4718 __alloc_pages_nodemask(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int preferred_nid,
4719                                                         nodemask_t *nodemask)
4720 {
4721         struct page *page;
4722         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
4723         gfp_t alloc_mask; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
4724         struct alloc_context ac = { };
4725
4726         /*
4727          * There are several places where we assume that the order value is sane
4728          * so bail out early if the request is out of bound.
4729          */
4730         if (unlikely(order >= MAX_ORDER)) {
4731                 WARN_ON_ONCE(!(gfp_mask & __GFP_NOWARN));
4732                 return NULL;
4733         }
4734
4735         gfp_mask &= gfp_allowed_mask;
4736         alloc_mask = gfp_mask;
4737         if (!prepare_alloc_pages(gfp_mask, order, preferred_nid, nodemask, &ac, &alloc_mask, &alloc_flags))
4738                 return NULL;
4739
4740         finalise_ac(gfp_mask, &ac);
4741
4742         /*
4743          * Forbid the first pass from falling back to types that fragment
4744          * memory until all local zones are considered.
4745          */
4746         alloc_flags |= alloc_flags_nofragment(ac.preferred_zoneref->zone, gfp_mask);
4747
4748         /* First allocation attempt */
4749         page = get_page_from_freelist(alloc_mask, order, alloc_flags, &ac);
4750         if (likely(page))
4751                 goto out;
4752
4753         /*
4754          * Apply scoped allocation constraints. This is mainly about GFP_NOFS
4755          * resp. GFP_NOIO which has to be inherited for all allocation requests
4756          * from a particular context which has been marked by
4757          * memalloc_no{fs,io}_{save,restore}.
4758          */
4759         alloc_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4760         ac.spread_dirty_pages = false;
4761
4762         /*
4763          * Restore the original nodemask if it was potentially replaced with
4764          * &cpuset_current_mems_allowed to optimize the fast-path attempt.
4765          */
4766         if (unlikely(ac.nodemask != nodemask))
4767                 ac.nodemask = nodemask;
4768
4769         page = __alloc_pages_slowpath(alloc_mask, order, &ac);
4770
4771 out:
4772         if (memcg_kmem_enabled() && (gfp_mask & __GFP_ACCOUNT) && page &&
4773             unlikely(__memcg_kmem_charge(page, gfp_mask, order) != 0)) {
4774                 __free_pages(page, order);
4775                 page = NULL;
4776         }
4777
4778         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_mask, ac.migratetype);
4779
4780         return page;
4781 }
4782 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages_nodemask);
4783
4784 /*
4785  * Common helper functions. Never use with __GFP_HIGHMEM because the returned
4786  * address cannot represent highmem pages. Use alloc_pages and then kmap if
4787  * you need to access high mem.
4788  */
4789 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
4790 {
4791         struct page *page;
4792
4793         page = alloc_pages(gfp_mask & ~__GFP_HIGHMEM, order);
4794         if (!page)
4795                 return 0;
4796         return (unsigned long) page_address(page);
4797 }
4798 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
4799
4800 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
4801 {
4802         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
4803 }
4804 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
4805
4806 static inline void free_the_page(struct page *page, unsigned int order)
4807 {
4808         if (order == 0)         /* Via pcp? */
4809                 free_unref_page(page);
4810         else
4811                 __free_pages_ok(page, order);
4812 }
4813
4814 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
4815 {
4816         if (put_page_testzero(page))
4817                 free_the_page(page, order);
4818 }
4819 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
4820
4821 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
4822 {
4823         if (addr != 0) {
4824                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
4825                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
4826         }
4827 }
4828
4829 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
4830
4831 /*
4832  * Page Fragment:
4833  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
4834  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
4835  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
4836  *
4837  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
4838  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
4839  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
4840  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
4841  */
4842 static struct page *__page_frag_cache_refill(struct page_frag_cache *nc,
4843                                              gfp_t gfp_mask)
4844 {
4845         struct page *page = NULL;
4846         gfp_t gfp = gfp_mask;
4847
4848 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4849         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
4850                     __GFP_NOMEMALLOC;
4851         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
4852                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
4853         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
4854 #endif
4855         if (unlikely(!page))
4856                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
4857
4858         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
4859
4860         return page;
4861 }
4862
4863 void __page_frag_cache_drain(struct page *page, unsigned int count)
4864 {
4865         VM_BUG_ON_PAGE(page_ref_count(page) == 0, page);
4866
4867         if (page_ref_sub_and_test(page, count))
4868                 free_the_page(page, compound_order(page));
4869 }
4870 EXPORT_SYMBOL(__page_frag_cache_drain);
4871
4872 void *page_frag_alloc(struct page_frag_cache *nc,
4873                       unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask)
4874 {
4875         unsigned int size = PAGE_SIZE;
4876         struct page *page;
4877         int offset;
4878
4879         if (unlikely(!nc->va)) {
4880 refill:
4881                 page = __page_frag_cache_refill(nc, gfp_mask);
4882                 if (!page)
4883                         return NULL;
4884
4885 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4886                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
4887                 size = nc->size;
4888 #endif
4889                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
4890                  * This would break get_page_unless_zero() users.
4891                  */
4892                 page_ref_add(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE);
4893
4894                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
4895                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
4896                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
4897                 nc->offset = size;
4898         }
4899
4900         offset = nc->offset - fragsz;
4901         if (unlikely(offset < 0)) {
4902                 page = virt_to_page(nc->va);
4903
4904                 if (!page_ref_sub_and_test(page, nc->pagecnt_bias))
4905                         goto refill;
4906
4907 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4908                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
4909                 size = nc->size;
4910 #endif
4911                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
4912                 set_page_count(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1);
4913
4914                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
4915                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
4916                 offset = size - fragsz;
4917         }
4918
4919         nc->pagecnt_bias--;
4920         nc->offset = offset;
4921
4922         return nc->va + offset;
4923 }
4924 EXPORT_SYMBOL(page_frag_alloc);
4925
4926 /*
4927  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
4928  */
4929 void page_frag_free(void *addr)
4930 {
4931         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
4932
4933         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
4934                 free_the_page(page, compound_order(page));
4935 }
4936 EXPORT_SYMBOL(page_frag_free);
4937
4938 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
4939                 size_t size)
4940 {
4941         if (addr) {
4942                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
4943                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
4944
4945                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
4946                 while (used < alloc_end) {
4947                         free_page(used);
4948                         used += PAGE_SIZE;
4949                 }
4950         }
4951         return (void *)addr;
4952 }
4953
4954 /**
4955  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
4956  * @size: the number of bytes to allocate
4957  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
4958  *
4959  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
4960  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
4961  * allocate memory in power-of-two pages.
4962  *
4963  * This function is also limited by MAX_ORDER.
4964  *
4965  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
4966  *
4967  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
4968  */
4969 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
4970 {
4971         unsigned int order = get_order(size);
4972         unsigned long addr;
4973
4974         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_COMP))
4975                 gfp_mask &= ~__GFP_COMP;
4976
4977         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
4978         return make_alloc_exact(addr, order, size);
4979 }
4980 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
4981
4982 /**
4983  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
4984  *                         pages on a node.
4985  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
4986  * @size: the number of bytes to allocate
4987  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
4988  *
4989  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
4990  * back.
4991  *
4992  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
4993  */
4994 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
4995 {
4996         unsigned int order = get_order(size);
4997         struct page *p;
4998
4999         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_COMP))
5000                 gfp_mask &= ~__GFP_COMP;
5001
5002         p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
5003         if (!p)
5004                 return NULL;
5005         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
5006 }
5007
5008 /**
5009  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
5010  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
5011  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
5012  *
5013  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
5014  */
5015 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
5016 {
5017         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
5018         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
5019
5020         while (addr < end) {
5021                 free_page(addr);
5022                 addr += PAGE_SIZE;
5023         }
5024 }
5025 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
5026
5027 /**
5028  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
5029  * @offset: The zone index of the highest zone
5030  *
5031  * nr_free_zone_pages() counts the number of pages which are beyond the
5032  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
5033  * zone, the number of pages is calculated as:
5034  *
5035  *     nr_free_zone_pages = managed_pages - high_pages
5036  *
5037  * Return: number of pages beyond high watermark.
5038  */
5039 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
5040 {
5041         struct zoneref *z;
5042         struct zone *zone;
5043
5044         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
5045         unsigned long sum = 0;
5046
5047         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
5048
5049         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
5050                 unsigned long size = zone_managed_pages(zone);
5051                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
5052                 if (size > high)
5053                         sum += size - high;
5054         }
5055
5056         return sum;
5057 }
5058
5059 /**
5060  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
5061  *
5062  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
5063  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
5064  *
5065  * Return: number of pages beyond high watermark within ZONE_DMA and
5066  * ZONE_NORMAL.
5067  */
5068 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
5069 {
5070         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
5071 }
5072 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
5073
5074 /**
5075  * nr_free_pagecache_pages - count number of pages beyond high watermark
5076  *
5077  * nr_free_pagecache_pages() counts the number of pages which are beyond the
5078  * high watermark within all zones.
5079  *
5080  * Return: number of pages beyond high watermark within all zones.
5081  */
5082 unsigned long nr_free_pagecache_pages(void)
5083 {
5084         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
5085 }
5086
5087 static inline void show_node(struct zone *zone)
5088 {
5089         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
5090                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
5091 }
5092
5093 long si_mem_available(void)
5094 {
5095         long available;
5096         unsigned long pagecache;
5097         unsigned long wmark_low = 0;
5098         unsigned long pages[NR_LRU_LISTS];
5099         unsigned long reclaimable;
5100         struct zone *zone;
5101         int lru;
5102
5103         for (lru = LRU_BASE; lru < NR_LRU_LISTS; lru++)
5104                 pages[lru] = global_node_page_state(NR_LRU_BASE + lru);
5105
5106         for_each_zone(zone)
5107                 wmark_low += low_wmark_pages(zone);
5108
5109         /*
5110          * Estimate the amount of memory available for userspace allocations,
5111          * without causing swapping.
5112          */
5113         available = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES) - totalreserve_pages;
5114
5115         /*
5116          * Not all the page cache can be freed, otherwise the system will
5117          * start swapping. Assume at least half of the page cache, or the
5118          * low watermark worth of cache, needs to stay.
5119          */
5120         pagecache = pages[LRU_ACTIVE_FILE] + pages[LRU_INACTIVE_FILE];
5121         pagecache -= min(pagecache / 2, wmark_low);
5122         available += pagecache;
5123
5124         /*
5125          * Part of the reclaimable slab and other kernel memory consists of
5126          * items that are in use, and cannot be freed. Cap this estimate at the
5127          * low watermark.
5128          */
5129         reclaimable = global_node_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE) +
5130                         global_node_page_state(NR_KERNEL_MISC_RECLAIMABLE);
5131         available += reclaimable - min(reclaimable / 2, wmark_low);
5132
5133         if (available < 0)
5134                 available = 0;
5135         return available;
5136 }
5137 EXPORT_SYMBOL_GPL(si_mem_available);
5138
5139 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
5140 {
5141         val->totalram = totalram_pages();
5142         val->sharedram = global_node_page_state(NR_SHMEM);
5143         val->freeram = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES);
5144         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
5145         val->totalhigh = totalhigh_pages();
5146         val->freehigh = nr_free_highpages();
5147         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
5148 }
5149
5150 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
5151
5152 #ifdef CONFIG_NUMA
5153 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
5154 {
5155         int zone_type;          /* needs to be signed */
5156         unsigned long managed_pages = 0;
5157         unsigned long managed_highpages = 0;
5158         unsigned long free_highpages = 0;
5159         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5160
5161         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
5162                 managed_pages += zone_managed_pages(&pgdat->node_zones[zone_type]);
5163         val->totalram = managed_pages;
5164         val->sharedram = node_page_state(pgdat, NR_SHMEM);
5165         val->freeram = sum_zone_node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
5166 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
5167         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++) {
5168                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
5169
5170                 if (is_highmem(zone)) {
5171                         managed_highpages += zone_managed_pages(zone);
5172                         free_highpages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
5173                 }
5174         }
5175         val->totalhigh = managed_highpages;
5176         val->freehigh = free_highpages;
5177 #else
5178         val->totalhigh = managed_highpages;
5179         val->freehigh = free_highpages;
5180 #endif
5181         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
5182 }
5183 #endif
5184
5185 /*
5186  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
5187  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
5188  */
5189 static bool show_mem_node_skip(unsigned int flags, int nid, nodemask_t *nodemask)
5190 {
5191         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
5192                 return false;
5193
5194         /*
5195          * no node mask - aka implicit memory numa policy. Do not bother with
5196          * the synchronization - read_mems_allowed_begin - because we do not
5197          * have to be precise here.
5198          */
5199         if (!nodemask)
5200                 nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
5201
5202         return !node_isset(nid, *nodemask);
5203 }
5204
5205 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
5206
5207 static void show_migration_types(unsigned char type)
5208 {
5209         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
5210                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
5211                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
5212                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
5213                 [MIGRATE_HIGHATOMIC]    = 'H',
5214 #ifdef CONFIG_CMA
5215                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
5216 #endif
5217 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
5218                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
5219 #endif
5220         };
5221         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
5222         char *p = tmp;
5223         int i;
5224
5225         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
5226                 if (type & (1 << i))
5227                         *p++ = types[i];
5228         }
5229
5230         *p = '\0';
5231         printk(KERN_CONT "(%s) ", tmp);
5232 }
5233
5234 /*
5235  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
5236  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
5237  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
5238  *
5239  * Bits in @filter:
5240  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
5241  *   cpuset.
5242  */
5243 void show_free_areas(unsigned int filter, nodemask_t *nodemask)
5244 {
5245         unsigned long free_pcp = 0;
5246         int cpu;
5247         struct zone *zone;
5248         pg_data_t *pgdat;
5249
5250         for_each_populated_zone(zone) {
5251                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5252                         continue;
5253
5254                 for_each_online_cpu(cpu)
5255                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
5256         }
5257
5258         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
5259                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
5260                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu unstable:%lu\n"
5261                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
5262                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
5263                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
5264                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
5265                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
5266                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
5267                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
5268                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
5269                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
5270                 global_node_page_state(NR_UNEVICTABLE),
5271                 global_node_page_state(NR_FILE_DIRTY),
5272                 global_node_page_state(NR_WRITEBACK),
5273                 global_node_page_state(NR_UNSTABLE_NFS),
5274                 global_node_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE),
5275                 global_node_page_state(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE),
5276                 global_node_page_state(NR_FILE_MAPPED),
5277                 global_node_page_state(NR_SHMEM),
5278                 global_zone_page_state(NR_PAGETABLE),
5279                 global_zone_page_state(NR_BOUNCE),
5280                 global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES),
5281                 free_pcp,
5282                 global_zone_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
5283
5284         for_each_online_pgdat(pgdat) {
5285                 if (show_mem_node_skip(filter, pgdat->node_id, nodemask))
5286                         continue;
5287
5288                 printk("Node %d"
5289                         " active_anon:%lukB"
5290                         " inactive_anon:%lukB"
5291                         " active_file:%lukB"
5292                         " inactive_file:%lukB"
5293                         " unevictable:%lukB"
5294                         " isolated(anon):%lukB"
5295                         " isolated(file):%lukB"
5296                         " mapped:%lukB"
5297                         " dirty:%lukB"
5298                         " writeback:%lukB"
5299                         " shmem:%lukB"
5300 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5301                         " shmem_thp: %lukB"
5302                         " shmem_pmdmapped: %lukB"
5303                         " anon_thp: %lukB"
5304 #endif
5305                         " writeback_tmp:%lukB"
5306                         " unstable:%lukB"
5307                         " all_unreclaimable? %s"
5308                         "\n",
5309                         pgdat->node_id,
5310                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_ANON)),
5311                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON)),
5312                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE)),
5313                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE)),
5314                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNEVICTABLE)),
5315                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON)),
5316                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_FILE)),
5317                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_MAPPED)),
5318                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_DIRTY)),
5319                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK)),
5320                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM)),
5321 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5322                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
5323                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_PMDMAPPED)
5324                                         * HPAGE_PMD_NR),
5325                         K(node_page_state(pgdat, NR_ANON_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
5326 #endif
5327                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK_TEMP)),
5328                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNSTABLE_NFS)),
5329                         pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES ?
5330                                 "yes" : "no");
5331         }
5332
5333         for_each_populated_zone(zone) {
5334                 int i;
5335
5336                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5337                         continue;
5338
5339                 free_pcp = 0;
5340                 for_each_online_cpu(cpu)
5341                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
5342
5343                 show_node(zone);
5344                 printk(KERN_CONT
5345                         "%s"
5346                         " free:%lukB"
5347                         " min:%lukB"
5348                         " low:%lukB"
5349                         " high:%lukB"
5350                         " active_anon:%lukB"
5351                         " inactive_anon:%lukB"
5352                         " active_file:%lukB"
5353                         " inactive_file:%lukB"
5354                         " unevictable:%lukB"
5355                         " writepending:%lukB"
5356                         " present:%lukB"
5357                         " managed:%lukB"
5358                         " mlocked:%lukB"
5359                         " kernel_stack:%lukB"
5360                         " pagetables:%lukB"
5361                         " bounce:%lukB"
5362                         " free_pcp:%lukB"
5363                         " local_pcp:%ukB"
5364                         " free_cma:%lukB"
5365                         "\n",
5366                         zone->name,
5367                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
5368                         K(min_wmark_pages(zone)),
5369                         K(low_wmark_pages(zone)),
5370                         K(high_wmark_pages(zone)),
5371                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_ANON)),
5372                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_ANON)),
5373                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_FILE)),
5374                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_FILE)),
5375                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_UNEVICTABLE)),
5376                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_WRITE_PENDING)),
5377                         K(zone->present_pages),
5378                         K(zone_managed_pages(zone)),
5379                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
5380                         zone_page_state(zone, NR_KERNEL_STACK_KB),
5381                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGETABLE)),
5382                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
5383                         K(free_pcp),
5384                         K(this_cpu_read(zone->pageset->pcp.count)),
5385                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)));
5386                 printk("lowmem_reserve[]:");
5387                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
5388                         printk(KERN_CONT " %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
5389                 printk(KERN_CONT "\n");
5390         }
5391
5392         for_each_populated_zone(zone) {
5393                 unsigned int order;
5394                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, total = 0;
5395                 unsigned char types[MAX_ORDER];
5396
5397                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5398                         continue;
5399                 show_node(zone);
5400                 printk(KERN_CONT "%s: ", zone->name);
5401
5402                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
5403                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
5404                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
5405                         int type;
5406
5407                         nr[order] = area->nr_free;
5408                         total += nr[order] << order;
5409
5410                         types[order] = 0;
5411                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
5412                                 if (!free_area_empty(area, type))
5413                                         types[order] |= 1 << type;
5414                         }
5415                 }
5416                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
5417                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
5418                         printk(KERN_CONT "%lu*%lukB ",
5419                                nr[order], K(1UL) << order);
5420                         if (nr[order])
5421                                 show_migration_types(types[order]);
5422                 }
5423                 printk(KERN_CONT "= %lukB\n", K(total));
5424         }
5425
5426         hugetlb_show_meminfo();
5427
5428         printk("%ld total pagecache pages\n", global_node_page_state(NR_FILE_PAGES));
5429
5430         show_swap_cache_info();
5431 }
5432
5433 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
5434 {
5435         zoneref->zone = zone;
5436         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
5437 }
5438
5439 /*
5440  * Builds allocation fallback zone lists.
5441  *
5442  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
5443  */
5444 static int build_zonerefs_node(pg_data_t *pgdat, struct zoneref *zonerefs)
5445 {
5446         struct zone *zone;
5447         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
5448         int nr_zones = 0;
5449
5450         do {
5451                 zone_type--;
5452                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
5453                 if (managed_zone(zone)) {
5454                         zoneref_set_zone(zone, &zonerefs[nr_zones++]);
5455                         check_highest_zone(zone_type);
5456                 }
5457         } while (zone_type);
5458
5459         return nr_zones;
5460 }
5461
5462 #ifdef CONFIG_NUMA
5463
5464 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
5465 {
5466         /*
5467          * We used to support different zonlists modes but they turned
5468          * out to be just not useful. Let's keep the warning in place
5469          * if somebody still use the cmd line parameter so that we do
5470          * not fail it silently
5471          */
5472         if (!(*s == 'd' || *s == 'D' || *s == 'n' || *s == 'N')) {
5473                 pr_warn("Ignoring unsupported numa_zonelist_order value:  %s\n", s);
5474                 return -EINVAL;
5475         }
5476         return 0;
5477 }
5478
5479 static __init int setup_numa_zonelist_order(char *s)
5480 {
5481         if (!s)
5482                 return 0;
5483
5484         return __parse_numa_zonelist_order(s);
5485 }
5486 early_param("numa_zonelist_order", setup_numa_zonelist_order);
5487
5488 char numa_zonelist_order[] = "Node";
5489
5490 /*
5491  * sysctl handler for numa_zonelist_order
5492  */
5493 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
5494                 void __user *buffer, size_t *length,
5495                 loff_t *ppos)
5496 {
5497         char *str;
5498         int ret;
5499
5500         if (!write)
5501                 return proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
5502         str = memdup_user_nul(buffer, 16);
5503         if (IS_ERR(str))
5504                 return PTR_ERR(str);
5505
5506         ret = __parse_numa_zonelist_order(str);
5507         kfree(str);
5508         return ret;
5509 }
5510
5511
5512 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
5513 static int node_load[MAX_NUMNODES];
5514
5515 /**
5516  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
5517  * @node: node whose fallback list we're appending
5518  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
5519  *
5520  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
5521  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
5522  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
5523  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
5524  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
5525  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
5526  * on them otherwise.
5527  *
5528  * Return: node id of the found node or %NUMA_NO_NODE if no node is found.
5529  */
5530 static int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
5531 {
5532         int n, val;
5533         int min_val = INT_MAX;
5534         int best_node = NUMA_NO_NODE;
5535         const struct cpumask *tmp = cpumask_of_node(0);
5536
5537         /* Use the local node if we haven't already */
5538         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
5539                 node_set(node, *used_node_mask);
5540                 return node;
5541         }
5542
5543         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
5544
5545                 /* Don't want a node to appear more than once */
5546                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
5547                         continue;
5548
5549                 /* Use the distance array to find the distance */
5550                 val = node_distance(node, n);
5551
5552                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
5553                 val += (n < node);
5554
5555                 /* Give preference to headless and unused nodes */
5556                 tmp = cpumask_of_node(n);
5557                 if (!cpumask_empty(tmp))
5558                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
5559
5560                 /* Slight preference for less loaded node */
5561                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
5562                 val += node_load[n];
5563
5564                 if (val < min_val) {
5565                         min_val = val;
5566                         best_node = n;
5567                 }
5568         }
5569
5570         if (best_node >= 0)
5571                 node_set(best_node, *used_node_mask);
5572
5573         return best_node;
5574 }
5575
5576
5577 /*
5578  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
5579  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
5580  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
5581  */
5582 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int *node_order,
5583                 unsigned nr_nodes)
5584 {
5585         struct zoneref *zonerefs;
5586         int i;
5587
5588         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
5589
5590         for (i = 0; i < nr_nodes; i++) {
5591                 int nr_zones;
5592
5593                 pg_data_t *node = NODE_DATA(node_order[i]);
5594
5595                 nr_zones = build_zonerefs_node(node, zonerefs);
5596                 zonerefs += nr_zones;
5597         }
5598         zonerefs->zone = NULL;
5599         zonerefs->zone_idx = 0;
5600 }
5601
5602 /*
5603  * Build gfp_thisnode zonelists
5604  */
5605 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5606 {
5607         struct zoneref *zonerefs;
5608         int nr_zones;
5609
5610         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_NOFALLBACK]._zonerefs;
5611         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
5612         zonerefs += nr_zones;
5613         zonerefs->zone = NULL;
5614         zonerefs->zone_idx = 0;
5615 }
5616
5617 /*
5618  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
5619  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
5620  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
5621  * may still exist in local DMA zone.
5622  */
5623
5624 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5625 {
5626         static int node_order[MAX_NUMNODES];
5627         int node, load, nr_nodes = 0;
5628         nodemask_t used_mask;
5629         int local_node, prev_node;
5630
5631         /* NUMA-aware ordering of nodes */
5632         local_node = pgdat->node_id;
5633         load = nr_online_nodes;
5634         prev_node = local_node;
5635         nodes_clear(used_mask);
5636
5637         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
5638         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
5639                 /*
5640                  * We don't want to pressure a particular node.
5641                  * So adding penalty to the first node in same
5642                  * distance group to make it round-robin.
5643                  */
5644                 if (node_distance(local_node, node) !=
5645                     node_distance(local_node, prev_node))
5646                         node_load[node] = load;
5647
5648                 node_order[nr_nodes++] = node;
5649                 prev_node = node;
5650                 load--;
5651         }
5652
5653         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node_order, nr_nodes);
5654         build_thisnode_zonelists(pgdat);
5655 }
5656
5657 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5658 /*
5659  * Return node id of node used for "local" allocations.
5660  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
5661  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
5662  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
5663  */
5664 int local_memory_node(int node)
5665 {
5666         struct zoneref *z;
5667
5668         z = first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
5669                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
5670                                    NULL);
5671         return zone_to_nid(z->zone);
5672 }
5673 #endif
5674
5675 static void setup_min_unmapped_ratio(void);
5676 static void setup_min_slab_ratio(void);
5677 #else   /* CONFIG_NUMA */
5678
5679 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5680 {
5681         int node, local_node;
5682         struct zoneref *zonerefs;
5683         int nr_zones;
5684
5685         local_node = pgdat->node_id;
5686
5687         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
5688         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
5689         zonerefs += nr_zones;
5690
5691         /*
5692          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
5693          * of all the other nodes.
5694          * We don't want to pressure a particular node, so when
5695          * building the zones for node N, we make sure that the
5696          * zones coming right after the local ones are those from
5697          * node N+1 (modulo N)
5698          */
5699         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
5700                 if (!node_online(node))
5701                         continue;
5702                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
5703                 zonerefs += nr_zones;
5704         }
5705         for (node = 0; node < local_node; node++) {
5706                 if (!node_online(node))
5707                         continue;
5708                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
5709                 zonerefs += nr_zones;
5710         }
5711
5712         zonerefs->zone = NULL;
5713         zonerefs->zone_idx = 0;
5714 }
5715
5716 #endif  /* CONFIG_NUMA */
5717
5718 /*
5719  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
5720  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
5721  * that an item put on a list will immediately be handed over to
5722  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
5723  * with interrupts disabled.
5724  *
5725  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
5726  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
5727  * hotplugged processors.
5728  *
5729  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
5730  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
5731  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
5732  */
5733 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch);
5734 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pageset, boot_pageset);
5735 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_nodestat, boot_nodestats);
5736
5737 static void __build_all_zonelists(void *data)
5738 {
5739         int nid;
5740         int __maybe_unused cpu;
5741         pg_data_t *self = data;
5742         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
5743
5744         spin_lock(&lock);
5745
5746 #ifdef CONFIG_NUMA
5747         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
5748 #endif
5749
5750         /*
5751          * This node is hotadded and no memory is yet present.   So just
5752          * building zonelists is fine - no need to touch other nodes.
5753          */
5754         if (self && !node_online(self->node_id)) {
5755                 build_zonelists(self);
5756         } else {
5757                 for_each_online_node(nid) {
5758                         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5759
5760                         build_zonelists(pgdat);
5761                 }
5762
5763 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5764                 /*
5765                  * We now know the "local memory node" for each node--
5766                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
5767                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
5768                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
5769                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
5770                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
5771                  */
5772                 for_each_online_cpu(cpu)
5773                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
5774 #endif
5775         }
5776
5777         spin_unlock(&lock);
5778 }
5779
5780 static noinline void __init
5781 build_all_zonelists_init(void)
5782 {
5783         int cpu;
5784
5785         __build_all_zonelists(NULL);
5786
5787         /*
5788          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
5789          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
5790          * each zone will be allocated later when the per cpu
5791          * allocator is available.
5792          *
5793          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
5794          * cpus if the system is already booted because the pagesets
5795          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
5796          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
5797          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
5798          * (a chicken-egg dilemma).
5799          */
5800         for_each_possible_cpu(cpu)
5801                 setup_pageset(&per_cpu(boot_pageset, cpu), 0);
5802
5803         mminit_verify_zonelist();
5804         cpuset_init_current_mems_allowed();
5805 }
5806
5807 /*
5808  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
5809  *
5810  * __ref due to call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
5811  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
5812  */
5813 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5814 {
5815         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
5816                 build_all_zonelists_init();
5817         } else {
5818                 __build_all_zonelists(pgdat);
5819                 /* cpuset refresh routine should be here */
5820         }
5821         vm_total_pages = nr_free_pagecache_pages();
5822         /*
5823          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
5824          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
5825          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
5826          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
5827          * disabled and enable it later
5828          */
5829         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
5830                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
5831         else
5832                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
5833
5834         pr_info("Built %u zonelists, mobility grouping %s.  Total pages: %ld\n",
5835                 nr_online_nodes,
5836                 page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
5837                 vm_total_pages);
5838 #ifdef CONFIG_NUMA
5839         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
5840 #endif
5841 }
5842
5843 /* If zone is ZONE_MOVABLE but memory is mirrored, it is an overlapped init */
5844 static bool __meminit
5845 overlap_memmap_init(unsigned long zone, unsigned long *pfn)
5846 {
5847 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5848         static struct memblock_region *r;
5849
5850         if (mirrored_kernelcore && zone == ZONE_MOVABLE) {
5851                 if (!r || *pfn >= memblock_region_memory_end_pfn(r)) {
5852                         for_each_memblock(memory, r) {
5853                                 if (*pfn < memblock_region_memory_end_pfn(r))
5854                                         break;
5855                         }
5856                 }
5857                 if (*pfn >= memblock_region_memory_base_pfn(r) &&
5858                     memblock_is_mirror(r)) {
5859                         *pfn = memblock_region_memory_end_pfn(r);
5860                         return true;
5861                 }
5862         }
5863 #endif
5864         return false;
5865 }
5866
5867 /*
5868  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
5869  * up by memblock_free_all() once the early boot process is
5870  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
5871  */
5872 void __meminit memmap_init_zone(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
5873                 unsigned long start_pfn, enum memmap_context context,
5874                 struct vmem_altmap *altmap)
5875 {
5876         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + size;
5877         struct page *page;
5878
5879         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
5880                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
5881
5882 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
5883         /*
5884          * Honor reservation requested by the driver for this ZONE_DEVICE
5885          * memory. We limit the total number of pages to initialize to just
5886          * those that might contain the memory mapping. We will defer the
5887          * ZONE_DEVICE page initialization until after we have released
5888          * the hotplug lock.
5889          */
5890         if (zone == ZONE_DEVICE) {
5891                 if (!altmap)
5892                         return;
5893
5894                 if (start_pfn == altmap->base_pfn)
5895                         start_pfn += altmap->reserve;
5896                 end_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
5897         }
5898 #endif
5899
5900         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
5901                 /*
5902                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s handed to this
5903                  * function.  They do not exist on hotplugged memory.
5904                  */
5905                 if (context == MEMMAP_EARLY) {
5906                         if (!early_pfn_valid(pfn))
5907                                 continue;
5908                         if (!early_pfn_in_nid(pfn, nid))
5909                                 continue;
5910                         if (overlap_memmap_init(zone, &pfn))
5911                                 continue;
5912                         if (defer_init(nid, pfn, end_pfn))
5913                                 break;
5914                 }
5915
5916                 page = pfn_to_page(pfn);
5917                 __init_single_page(page, pfn, zone, nid);
5918                 if (context == MEMMAP_HOTPLUG)
5919                         __SetPageReserved(page);
5920
5921                 /*
5922                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
5923                  * movable at startup. This will force kernel allocations
5924                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
5925                  * the address space during boot when many long-lived
5926                  * kernel allocations are made.
5927                  *
5928                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
5929                  * can be created for invalid pages (for alignment)
5930                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
5931                  * pfn out of zone.
5932                  */
5933                 if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1))) {
5934                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
5935                         cond_resched();
5936                 }
5937         }
5938 }
5939
5940 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
5941 void __ref memmap_init_zone_device(struct zone *zone,
5942                                    unsigned long start_pfn,
5943                                    unsigned long size,
5944                                    struct dev_pagemap *pgmap)
5945 {
5946         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + size;
5947         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
5948         struct vmem_altmap *altmap = pgmap_altmap(pgmap);
5949         unsigned long zone_idx = zone_idx(zone);
5950         unsigned long start = jiffies;
5951         int nid = pgdat->node_id;
5952
5953         if (WARN_ON_ONCE(!pgmap || zone_idx(zone) != ZONE_DEVICE))
5954                 return;
5955
5956         /*
5957          * The call to memmap_init_zone should have already taken care
5958          * of the pages reserved for the memmap, so we can just jump to
5959          * the end of that region and start processing the device pages.
5960          */
5961         if (altmap) {
5962                 start_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
5963                 size = end_pfn - start_pfn;
5964         }
5965
5966         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
5967                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
5968
5969                 __init_single_page(page, pfn, zone_idx, nid);
5970
5971                 /*
5972                  * Mark page reserved as it will need to wait for onlining
5973                  * phase for it to be fully associated with a zone.
5974                  *
5975                  * We can use the non-atomic __set_bit operation for setting
5976                  * the flag as we are still initializing the pages.
5977                  */
5978                 __SetPageReserved(page);
5979
5980                 /*
5981                  * ZONE_DEVICE pages union ->lru with a ->pgmap back pointer
5982                  * and zone_device_data.  It is a bug if a ZONE_DEVICE page is
5983                  * ever freed or placed on a driver-private list.
5984                  */
5985                 page->pgmap = pgmap;
5986                 page->zone_device_data = NULL;
5987
5988                 /*
5989                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
5990                  * movable at startup. This will force kernel allocations
5991                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
5992                  * the address space during boot when many long-lived
5993                  * kernel allocations are made.
5994                  *
5995                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
5996                  * can be created for invalid pages (for alignment)
5997                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
5998                  * pfn out of zone.
5999                  *
6000                  * Please note that MEMMAP_HOTPLUG path doesn't clear memmap
6001                  * because this is done early in section_activate()
6002                  */
6003                 if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1))) {
6004                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
6005                         cond_resched();
6006                 }
6007         }
6008
6009         pr_info("%s initialised %lu pages in %ums\n", __func__,
6010                 size, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
6011 }
6012
6013 #endif
6014 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
6015 {
6016         unsigned int order, t;
6017         for_each_migratetype_order(order, t) {
6018                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
6019                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
6020         }
6021 }
6022
6023 void __meminit __weak memmap_init(unsigned long size, int nid,
6024                                   unsigned long zone, unsigned long start_pfn)
6025 {
6026         memmap_init_zone(size, nid, zone, start_pfn, MEMMAP_EARLY, NULL);
6027 }
6028
6029 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
6030 {
6031 #ifdef CONFIG_MMU
6032         int batch;
6033
6034         /*
6035          * The per-cpu-pages pools are set to around 1000th of the
6036          * size of the zone.
6037          */
6038         batch = zone_managed_pages(zone) / 1024;
6039         /* But no more than a meg. */
6040         if (batch * PAGE_SIZE > 1024 * 1024)
6041                 batch = (1024 * 1024) / PAGE_SIZE;
6042         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
6043         if (batch < 1)
6044                 batch = 1;
6045
6046         /*
6047          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
6048          * of 2 value was found to be more likely to have
6049          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
6050          *
6051          * For example if 2 tasks are alternately allocating
6052          * batches of pages, one task can end up with a lot
6053          * of pages of one half of the possible page colors
6054          * and the other with pages of the other colors.
6055          */
6056         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
6057
6058         return batch;
6059
6060 #else
6061         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
6062          * conditions.
6063          *
6064          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
6065          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
6066          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
6067          *
6068          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
6069          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
6070          * can be a significant delay between the individual batches being
6071          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
6072          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
6073          */
6074         return 0;
6075 #endif
6076 }
6077
6078 /*
6079  * pcp->high and pcp->batch values are related and dependent on one another:
6080  * ->batch must never be higher then ->high.
6081  * The following function updates them in a safe manner without read side
6082  * locking.
6083  *
6084  * Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they can cope with
6085  * those fields changing asynchronously (acording the the above rule).
6086  *
6087  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
6088  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
6089  * exist).
6090  */
6091 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
6092                 unsigned long batch)
6093 {
6094        /* start with a fail safe value for batch */
6095         pcp->batch = 1;
6096         smp_wmb();
6097
6098        /* Update high, then batch, in order */
6099         pcp->high = high;
6100         smp_wmb();
6101
6102         pcp->batch = batch;
6103 }
6104
6105 /* a companion to pageset_set_high() */
6106 static void pageset_set_batch(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
6107 {
6108         pageset_update(&p->pcp, 6 * batch, max(1UL, 1 * batch));
6109 }
6110
6111 static void pageset_init(struct per_cpu_pageset *p)
6112 {
6113         struct per_cpu_pages *pcp;
6114         int migratetype;
6115
6116         memset(p, 0, sizeof(*p));
6117
6118         pcp = &p->pcp;
6119         for (migratetype = 0; migratetype < MIGRATE_PCPTYPES; migratetype++)
6120                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[migratetype]);
6121 }
6122
6123 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
6124 {
6125         pageset_init(p);
6126         pageset_set_batch(p, batch);
6127 }
6128
6129 /*
6130  * pageset_set_high() sets the high water mark for hot per_cpu_pagelist
6131  * to the value high for the pageset p.
6132  */
6133 static void pageset_set_high(struct per_cpu_pageset *p,
6134                                 unsigned long high)
6135 {
6136         unsigned long batch = max(1UL, high / 4);
6137         if ((high / 4) > (PAGE_SHIFT * 8))
6138                 batch = PAGE_SHIFT * 8;
6139
6140         pageset_update(&p->pcp, high, batch);
6141 }
6142
6143 static void pageset_set_high_and_batch(struct zone *zone,
6144                                        struct per_cpu_pageset *pcp)
6145 {
6146         if (percpu_pagelist_fraction)
6147                 pageset_set_high(pcp,
6148                         (zone_managed_pages(zone) /
6149                                 percpu_pagelist_fraction));
6150         else
6151                 pageset_set_batch(pcp, zone_batchsize(zone));
6152 }
6153
6154 static void __meminit zone_pageset_init(struct zone *zone, int cpu)
6155 {
6156         struct per_cpu_pageset *pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
6157
6158         pageset_init(pcp);
6159         pageset_set_high_and_batch(zone, pcp);
6160 }
6161
6162 void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
6163 {
6164         int cpu;
6165         zone->pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pageset);
6166         for_each_possible_cpu(cpu)
6167                 zone_pageset_init(zone, cpu);
6168 }
6169
6170 /*
6171  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
6172  * Before this call only boot pagesets were available.
6173  */
6174 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
6175 {
6176         struct pglist_data *pgdat;
6177         struct zone *zone;
6178
6179         for_each_populated_zone(zone)
6180                 setup_zone_pageset(zone);
6181
6182         for_each_online_pgdat(pgdat)
6183                 pgdat->per_cpu_nodestats =
6184                         alloc_percpu(struct per_cpu_nodestat);
6185 }
6186
6187 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
6188 {
6189         /*
6190          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
6191          * relies on the ability of the linker to provide the
6192          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
6193          */
6194         zone->pageset = &boot_pageset;
6195
6196         if (populated_zone(zone))
6197                 printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n",
6198                         zone->name, zone->present_pages,
6199                                          zone_batchsize(zone));
6200 }
6201
6202 void __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
6203                                         unsigned long zone_start_pfn,
6204                                         unsigned long size)
6205 {
6206         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
6207         int zone_idx = zone_idx(zone) + 1;
6208
6209         if (zone_idx > pgdat->nr_zones)
6210                 pgdat->nr_zones = zone_idx;
6211
6212         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
6213
6214         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
6215                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
6216                         pgdat->node_id,
6217                         (unsigned long)zone_idx(zone),
6218                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
6219
6220         zone_init_free_lists(zone);
6221         zone->initialized = 1;
6222 }
6223
6224 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
6225 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID
6226
6227 /*
6228  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
6229  */
6230 int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn,
6231                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
6232 {
6233         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6234         int nid;
6235
6236         if (state->last_start <= pfn && pfn < state->last_end)
6237                 return state->last_nid;
6238
6239         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
6240         if (nid != NUMA_NO_NODE) {
6241                 state->last_start = start_pfn;
6242                 state->last_end = end_pfn;
6243                 state->last_nid = nid;
6244         }
6245
6246         return nid;
6247 }
6248 #endif /* CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID */
6249
6250 /**
6251  * free_bootmem_with_active_regions - Call memblock_free_early_nid for each active range
6252  * @nid: The node to free memory on. If MAX_NUMNODES, all nodes are freed.
6253  * @max_low_pfn: The highest PFN that will be passed to memblock_free_early_nid
6254  *
6255  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes
6256  * and may be freed, this this function may be used instead of calling
6257  * memblock_free_early_nid() manually.
6258  */
6259 void __init free_bootmem_with_active_regions(int nid, unsigned long max_low_pfn)
6260 {
6261         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6262         int i, this_nid;
6263
6264         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid) {
6265                 start_pfn = min(start_pfn, max_low_pfn);
6266                 end_pfn = min(end_pfn, max_low_pfn);
6267
6268                 if (start_pfn < end_pfn)
6269                         memblock_free_early_nid(PFN_PHYS(start_pfn),
6270                                         (end_pfn - start_pfn) << PAGE_SHIFT,
6271                                         this_nid);
6272         }
6273 }
6274
6275 /**
6276  * sparse_memory_present_with_active_regions - Call memory_present for each active range
6277  * @nid: The node to call memory_present for. If MAX_NUMNODES, all nodes will be used.
6278  *
6279  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes and may
6280  * be freed, this function may be used instead of calling memory_present() manually.
6281  */
6282 void __init sparse_memory_present_with_active_regions(int nid)
6283 {
6284         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6285         int i, this_nid;
6286
6287         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid)
6288                 memory_present(this_nid, start_pfn, end_pfn);
6289 }
6290
6291 /**
6292  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
6293  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
6294  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
6295  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
6296  *
6297  * It returns the start and end page frame of a node based on information
6298  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
6299  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
6300  * PFNs will be 0.
6301  */
6302 void __init get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
6303                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
6304 {
6305         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
6306         int i;
6307
6308         *start_pfn = -1UL;
6309         *end_pfn = 0;
6310
6311         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
6312                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
6313                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
6314         }
6315
6316         if (*start_pfn == -1UL)
6317                 *start_pfn = 0;
6318 }
6319
6320 /*
6321  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
6322  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
6323  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
6324  */
6325 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
6326 {
6327         int zone_index;
6328         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
6329                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
6330                         continue;
6331
6332                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
6333                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
6334                         break;
6335         }
6336
6337         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
6338         movable_zone = zone_index;
6339 }
6340
6341 /*
6342  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
6343  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
6344  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
6345  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
6346  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
6347  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
6348  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
6349  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
6350  */
6351 static void __init adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
6352                                         unsigned long zone_type,
6353                                         unsigned long node_start_pfn,
6354                                         unsigned long node_end_pfn,
6355                                         unsigned long *zone_start_pfn,
6356                                         unsigned long *zone_end_pfn)
6357 {
6358         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
6359         if (zone_movable_pfn[nid]) {
6360                 /* Size ZONE_MOVABLE */
6361                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
6362                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
6363                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
6364                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
6365
6366                 /* Adjust for ZONE_MOVABLE starting within this range */
6367                 } else if (!mirrored_kernelcore &&
6368                         *zone_start_pfn < zone_movable_pfn[nid] &&
6369                         *zone_end_pfn > zone_movable_pfn[nid]) {
6370                         *zone_end_pfn = zone_movable_pfn[nid];
6371
6372                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
6373                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
6374                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
6375         }
6376 }
6377
6378 /*
6379  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
6380  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
6381  */
6382 static unsigned long __init zone_spanned_pages_in_node(int nid,
6383                                         unsigned long zone_type,
6384                                         unsigned long node_start_pfn,
6385                                         unsigned long node_end_pfn,
6386                                         unsigned long *zone_start_pfn,
6387                                         unsigned long *zone_end_pfn,
6388                                         unsigned long *ignored)
6389 {
6390         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
6391         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
6392         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
6393         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
6394                 return 0;
6395
6396         /* Get the start and end of the zone */
6397         *zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
6398         *zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
6399         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
6400                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
6401                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6402
6403         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
6404         if (*zone_end_pfn < node_start_pfn || *zone_start_pfn > node_end_pfn)
6405                 return 0;
6406
6407         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
6408         *zone_end_pfn = min(*zone_end_pfn, node_end_pfn);
6409         *zone_start_pfn = max(*zone_start_pfn, node_start_pfn);
6410
6411         /* Return the spanned pages */
6412         return *zone_end_pfn - *zone_start_pfn;
6413 }
6414
6415 /*
6416  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
6417  * then all holes in the requested range will be accounted for.
6418  */
6419 unsigned long __init __absent_pages_in_range(int nid,
6420                                 unsigned long range_start_pfn,
6421                                 unsigned long range_end_pfn)
6422 {
6423         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
6424         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6425         int i;
6426
6427         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
6428                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
6429                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
6430                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
6431         }
6432         return nr_absent;
6433 }
6434
6435 /**
6436  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
6437  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
6438  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
6439  *
6440  * Return: the number of pages frames in memory holes within a range.
6441  */
6442 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
6443                                                         unsigned long end_pfn)
6444 {
6445         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
6446 }
6447
6448 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
6449 static unsigned long __init zone_absent_pages_in_node(int nid,
6450                                         unsigned long zone_type,
6451                                         unsigned long node_start_pfn,
6452                                         unsigned long node_end_pfn,
6453                                         unsigned long *ignored)
6454 {
6455         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
6456         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
6457         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
6458         unsigned long nr_absent;
6459
6460         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
6461         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
6462                 return 0;
6463
6464         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
6465         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
6466
6467         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
6468                         node_start_pfn, node_end_pfn,
6469                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
6470         nr_absent = __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6471
6472         /*
6473          * ZONE_MOVABLE handling.
6474          * Treat pages to be ZONE_MOVABLE in ZONE_NORMAL as absent pages
6475          * and vice versa.
6476          */
6477         if (mirrored_kernelcore && zone_movable_pfn[nid]) {
6478                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
6479                 struct memblock_region *r;
6480
6481                 for_each_memblock(memory, r) {
6482                         start_pfn = clamp(memblock_region_memory_base_pfn(r),
6483                                           zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6484                         end_pfn = clamp(memblock_region_memory_end_pfn(r),
6485                                         zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6486
6487                         if (zone_type == ZONE_MOVABLE &&
6488                             memblock_is_mirror(r))
6489                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
6490
6491                         if (zone_type == ZONE_NORMAL &&
6492                             !memblock_is_mirror(r))
6493                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
6494                 }
6495         }
6496
6497         return nr_absent;
6498 }
6499
6500 #else /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6501 static inline unsigned long __init zone_spanned_pages_in_node(int nid,
6502                                         unsigned long zone_type,
6503                                         unsigned long node_start_pfn,
6504                                         unsigned long node_end_pfn,
6505                                         unsigned long *zone_start_pfn,
6506                                         unsigned long *zone_end_pfn,
6507                                         unsigned long *zones_size)
6508 {
6509         unsigned int zone;
6510
6511         *zone_start_pfn = node_start_pfn;
6512         for (zone = 0; zone < zone_type; zone++)
6513                 *zone_start_pfn += zones_size[zone];
6514
6515         *zone_end_pfn = *zone_start_pfn + zones_size[zone_type];
6516
6517         return zones_size[zone_type];
6518 }
6519
6520 static inline unsigned long __init zone_absent_pages_in_node(int nid,
6521                                                 unsigned long zone_type,
6522                                                 unsigned long node_start_pfn,
6523                                                 unsigned long node_end_pfn,
6524                                                 unsigned long *zholes_size)
6525 {
6526         if (!zholes_size)
6527                 return 0;
6528
6529         return zholes_size[zone_type];
6530 }
6531
6532 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6533
6534 static void __init calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
6535                                                 unsigned long node_start_pfn,
6536                                                 unsigned long node_end_pfn,
6537                                                 unsigned long *zones_size,
6538                                                 unsigned long *zholes_size)
6539 {
6540         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
6541         enum zone_type i;
6542
6543         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6544                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
6545                 unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
6546                 unsigned long size, real_size;
6547
6548                 size = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
6549                                                   node_start_pfn,
6550                                                   node_end_pfn,
6551                                                   &zone_start_pfn,
6552                                                   &zone_end_pfn,
6553                                                   zones_size);
6554                 real_size = size - zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
6555                                                   node_start_pfn, node_end_pfn,
6556                                                   zholes_size);
6557                 if (size)
6558                         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
6559                 else
6560                         zone->zone_start_pfn = 0;
6561                 zone->spanned_pages = size;
6562                 zone->present_pages = real_size;
6563
6564                 totalpages += size;
6565                 realtotalpages += real_size;
6566         }
6567
6568         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
6569         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
6570         printk(KERN_DEBUG "On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id,
6571                                                         realtotalpages);
6572 }
6573
6574 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
6575 /*
6576  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
6577  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
6578  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
6579  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
6580  * bytes.
6581  */
6582 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
6583 {
6584         unsigned long usemapsize;
6585
6586         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
6587         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
6588         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
6589         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
6590         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
6591
6592         return usemapsize / 8;
6593 }
6594
6595 static void __ref setup_usemap(struct pglist_data *pgdat,
6596                                 struct zone *zone,
6597                                 unsigned long zone_start_pfn,
6598                                 unsigned long zonesize)
6599 {
6600         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone_start_pfn, zonesize);
6601         zone->pageblock_flags = NULL;
6602         if (usemapsize) {
6603                 zone->pageblock_flags =
6604                         memblock_alloc_node(usemapsize, SMP_CACHE_BYTES,
6605                                             pgdat->node_id);
6606                 if (!zone->pageblock_flags)
6607                         panic("Failed to allocate %ld bytes for zone %s pageblock flags on node %d\n",
6608                               usemapsize, zone->name, pgdat->node_id);
6609         }
6610 }
6611 #else
6612 static inline void setup_usemap(struct pglist_data *pgdat, struct zone *zone,
6613                                 unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize) {}
6614 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
6615
6616 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
6617
6618 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
6619 void __init set_pageblock_order(void)
6620 {
6621         unsigned int order;
6622
6623         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
6624         if (pageblock_order)
6625                 return;
6626
6627         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT)
6628                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
6629         else
6630                 order = MAX_ORDER - 1;
6631
6632         /*
6633          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
6634          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
6635          * powerpc.
6636          */
6637         pageblock_order = order;
6638 }
6639 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
6640
6641 /*
6642  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
6643  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
6644  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
6645  * the kernel config
6646  */
6647 void __init set_pageblock_order(void)
6648 {
6649 }
6650
6651 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
6652
6653 static unsigned long __init calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
6654                                                 unsigned long present_pages)
6655 {
6656         unsigned long pages = spanned_pages;
6657
6658         /*
6659          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
6660          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
6661          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
6662          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
6663          * populated regions may not be naturally aligned on page boundary.
6664          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
6665          */
6666         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
6667             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
6668                 pages = present_pages;
6669
6670         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
6671 }
6672
6673 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
6674 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat)
6675 {
6676         struct deferred_split *ds_queue = &pgdat->deferred_split_queue;
6677
6678         spin_lock_init(&ds_queue->split_queue_lock);
6679         INIT_LIST_HEAD(&ds_queue->split_queue);
6680         ds_queue->split_queue_len = 0;
6681 }
6682 #else
6683 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat) {}
6684 #endif
6685
6686 #ifdef CONFIG_COMPACTION
6687 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat)
6688 {
6689         init_waitqueue_head(&pgdat->kcompactd_wait);
6690 }
6691 #else
6692 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat) {}
6693 #endif
6694
6695 static void __meminit pgdat_init_internals(struct pglist_data *pgdat)
6696 {
6697         pgdat_resize_init(pgdat);
6698
6699         pgdat_init_split_queue(pgdat);
6700         pgdat_init_kcompactd(pgdat);
6701
6702         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
6703         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
6704
6705         pgdat_page_ext_init(pgdat);
6706         spin_lock_init(&pgdat->lru_lock);
6707         lruvec_init(node_lruvec(pgdat));
6708 }
6709
6710 static void __meminit zone_init_internals(struct zone *zone, enum zone_type idx, int nid,
6711                                                         unsigned long remaining_pages)
6712 {
6713         atomic_long_set(&zone->managed_pages, remaining_pages);
6714         zone_set_nid(zone, nid);
6715         zone->name = zone_names[idx];
6716         zone->zone_pgdat = NODE_DATA(nid);
6717         spin_lock_init(&zone->lock);
6718         zone_seqlock_init(zone);
6719         zone_pcp_init(zone);
6720 }
6721
6722 /*
6723  * Set up the zone data structures
6724  * - init pgdat internals
6725  * - init all zones belonging to this node
6726  *
6727  * NOTE: this function is only called during memory hotplug
6728  */
6729 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
6730 void __ref free_area_init_core_hotplug(int nid)
6731 {
6732         enum zone_type z;
6733         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6734
6735         pgdat_init_internals(pgdat);
6736         for (z = 0; z < MAX_NR_ZONES; z++)
6737                 zone_init_internals(&pgdat->node_zones[z], z, nid, 0);
6738 }
6739 #endif
6740
6741 /*
6742  * Set up the zone data structures:
6743  *   - mark all pages reserved
6744  *   - mark all memory queues empty
6745  *   - clear the memory bitmaps
6746  *
6747  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
6748  * NOTE: this function is only called during early init.
6749  */
6750 static void __init free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat)
6751 {
6752         enum zone_type j;
6753         int nid = pgdat->node_id;
6754
6755         pgdat_init_internals(pgdat);
6756         pgdat->per_cpu_nodestats = &boot_nodestats;
6757
6758         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6759                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
6760                 unsigned long size, freesize, memmap_pages;
6761                 unsigned long zone_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
6762
6763                 size = zone->spanned_pages;
6764                 freesize = zone->present_pages;
6765
6766                 /*
6767                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
6768                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
6769                  * and per-cpu initialisations
6770                  */
6771                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, freesize);
6772                 if (!is_highmem_idx(j)) {
6773                         if (freesize >= memmap_pages) {
6774                                 freesize -= memmap_pages;
6775                                 if (memmap_pages)
6776                                         printk(KERN_DEBUG
6777                                                "  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
6778                                                zone_names[j], memmap_pages);
6779                         } else
6780                                 pr_warn("  %s zone: %lu pages exceeds freesize %lu\n",
6781                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
6782                 }
6783
6784                 /* Account for reserved pages */
6785                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
6786                         freesize -= dma_reserve;
6787                         printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages reserved\n",
6788                                         zone_names[0], dma_reserve);
6789                 }
6790
6791                 if (!is_highmem_idx(j))
6792                         nr_kernel_pages += freesize;
6793                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
6794                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
6795                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
6796                 nr_all_pages += freesize;
6797
6798                 /*
6799                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
6800                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
6801                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
6802                  */
6803                 zone_init_internals(zone, j, nid, freesize);
6804
6805                 if (!size)
6806                         continue;
6807
6808                 set_pageblock_order();
6809                 setup_usemap(pgdat, zone, zone_start_pfn, size);
6810                 init_currently_empty_zone(zone, zone_start_pfn, size);
6811                 memmap_init(size, nid, j, zone_start_pfn);
6812         }
6813 }
6814
6815 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
6816 static void __ref alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
6817 {
6818         unsigned long __maybe_unused start = 0;
6819         unsigned long __maybe_unused offset = 0;
6820
6821         /* Skip empty nodes */
6822         if (!pgdat->node_spanned_pages)
6823                 return;
6824
6825         start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
6826         offset = pgdat->node_start_pfn - start;
6827         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
6828         if (!pgdat->node_mem_map) {
6829                 unsigned long size, end;
6830                 struct page *map;
6831
6832                 /*
6833                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
6834                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
6835                  * for the buddy allocator to function correctly.
6836                  */
6837                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
6838                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
6839                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
6840                 map = memblock_alloc_node(size, SMP_CACHE_BYTES,
6841                                           pgdat->node_id);
6842                 if (!map)
6843                         panic("Failed to allocate %ld bytes for node %d memory map\n",
6844                               size, pgdat->node_id);
6845                 pgdat->node_mem_map = map + offset;
6846         }
6847         pr_debug("%s: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
6848                                 __func__, pgdat->node_id, (unsigned long)pgdat,
6849                                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
6850 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
6851         /*
6852          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
6853          */
6854         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
6855                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
6856 #if defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP) || defined(CONFIG_FLATMEM)
6857                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
6858                         mem_map -= offset;
6859 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6860         }
6861 #endif
6862 }
6863 #else
6864 static void __ref alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat) { }
6865 #endif /* CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
6866
6867 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
6868 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat)
6869 {
6870         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
6871 }
6872 #else
6873 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat) {}
6874 #endif
6875
6876 void __init free_area_init_node(int nid, unsigned long *zones_size,
6877                                    unsigned long node_start_pfn,
6878                                    unsigned long *zholes_size)
6879 {
6880         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6881         unsigned long start_pfn = 0;
6882         unsigned long end_pfn = 0;
6883
6884         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
6885         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->kswapd_classzone_idx);
6886
6887         pgdat->node_id = nid;
6888         pgdat->node_start_pfn = node_start_pfn;
6889         pgdat->per_cpu_nodestats = NULL;
6890 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
6891         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
6892         pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
6893                 (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
6894                 end_pfn ? ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1 : 0);
6895 #else
6896         start_pfn = node_start_pfn;
6897 #endif
6898         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn,
6899                                   zones_size, zholes_size);
6900
6901         alloc_node_mem_map(pgdat);
6902         pgdat_set_deferred_range(pgdat);
6903
6904         free_area_init_core(pgdat);
6905 }
6906
6907 #if !defined(CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP)
6908 /*
6909  * Zero all valid struct pages in range [spfn, epfn), return number of struct
6910  * pages zeroed
6911  */
6912 static u64 zero_pfn_range(unsigned long spfn, unsigned long epfn)
6913 {
6914         unsigned long pfn;
6915         u64 pgcnt = 0;
6916
6917         for (pfn = spfn; pfn < epfn; pfn++) {
6918                 if (!pfn_valid(ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages))) {
6919                         pfn = ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages)
6920                                 + pageblock_nr_pages - 1;
6921                         continue;
6922                 }
6923                 mm_zero_struct_page(pfn_to_page(pfn));
6924                 pgcnt++;
6925         }
6926
6927         return pgcnt;
6928 }
6929
6930 /*
6931  * Only struct pages that are backed by physical memory are zeroed and
6932  * initialized by going through __init_single_page(). But, there are some
6933  * struct pages which are reserved in memblock allocator and their fields
6934  * may be accessed (for example page_to_pfn() on some configuration accesses
6935  * flags). We must explicitly zero those struct pages.
6936  *
6937  * This function also addresses a similar issue where struct pages are left
6938  * uninitialized because the physical address range is not covered by
6939  * memblock.memory or memblock.reserved. That could happen when memblock
6940  * layout is manually configured via memmap=, or when the highest physical
6941  * address (max_pfn) does not end on a section boundary.
6942  */
6943 void __init zero_resv_unavail(void)
6944 {
6945         phys_addr_t start, end;
6946         u64 i, pgcnt;
6947         phys_addr_t next = 0;
6948
6949         /*
6950          * Loop through unavailable ranges not covered by memblock.memory.
6951          */
6952         pgcnt = 0;
6953         for_each_mem_range(i, &memblock.memory, NULL,
6954                         NUMA_NO_NODE, MEMBLOCK_NONE, &start, &end, NULL) {
6955                 if (next < start)
6956                         pgcnt += zero_pfn_range(PFN_DOWN(next), PFN_UP(start));
6957                 next = end;
6958         }
6959
6960         /*
6961          * Early sections always have a fully populated memmap for the whole
6962          * section - see pfn_valid(). If the last section has holes at the
6963          * end and that section is marked "online", the memmap will be
6964          * considered initialized. Make sure that memmap has a well defined
6965          * state.
6966          */
6967         pgcnt += zero_pfn_range(PFN_DOWN(next),
6968                                 round_up(max_pfn, PAGES_PER_SECTION));
6969
6970         /*
6971          * Struct pages that do not have backing memory. This could be because
6972          * firmware is using some of this memory, or for some other reasons.
6973          */
6974         if (pgcnt)
6975                 pr_info("Zeroed struct page in unavailable ranges: %lld pages", pgcnt);
6976 }
6977 #endif /* !CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
6978
6979 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
6980
6981 #if MAX_NUMNODES > 1
6982 /*
6983  * Figure out the number of possible node ids.
6984  */
6985 void __init setup_nr_node_ids(void)
6986 {
6987         unsigned int highest;
6988
6989         highest = find_last_bit(node_possible_map.bits, MAX_NUMNODES);
6990         nr_node_ids = highest + 1;
6991 }
6992 #endif
6993
6994 /**
6995  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
6996  *
6997  * This function should be called after node map is populated and sorted.
6998  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
6999  * all the nodes.
7000  *
7001  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
7002  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
7003  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
7004  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
7005  *
7006  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
7007  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
7008  * populated node map.
7009  *
7010  * Return: the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
7011  * requirement (single node).
7012  */
7013 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
7014 {
7015         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
7016         unsigned long start, end, mask;
7017         int last_nid = NUMA_NO_NODE;
7018         int i, nid;
7019
7020         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
7021                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
7022                         last_nid = nid;
7023                         last_end = end;
7024                         continue;
7025                 }
7026
7027                 /*
7028                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
7029                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
7030                  * too coarse to separate the current node from the last.
7031                  */
7032                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
7033                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
7034                         mask <<= 1;
7035
7036                 /* accumulate all internode masks */
7037                 accl_mask |= mask;
7038         }
7039
7040         /* convert mask to number of pages */
7041         return ~accl_mask + 1;
7042 }
7043
7044 /* Find the lowest pfn for a node */
7045 static unsigned long __init find_min_pfn_for_node(int nid)
7046 {
7047         unsigned long min_pfn = ULONG_MAX;
7048         unsigned long start_pfn;
7049         int i;
7050
7051         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, NULL, NULL)
7052                 min_pfn = min(min_pfn, start_pfn);
7053
7054         if (min_pfn == ULONG_MAX) {
7055                 pr_warn("Could not find start_pfn for node %d\n", nid);
7056                 return 0;
7057         }
7058
7059         return min_pfn;
7060 }
7061
7062 /**
7063  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
7064  *
7065  * Return: the minimum PFN based on information provided via
7066  * memblock_set_node().
7067  */
7068 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
7069 {
7070         return find_min_pfn_for_node(MAX_NUMNODES);
7071 }
7072
7073 /*
7074  * early_calculate_totalpages()
7075  * Sum pages in active regions for movable zone.
7076  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
7077  */
7078 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
7079 {
7080         unsigned long totalpages = 0;
7081         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7082         int i, nid;
7083
7084         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
7085                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
7086
7087                 totalpages += pages;
7088                 if (pages)
7089                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
7090         }
7091         return totalpages;
7092 }
7093
7094 /*
7095  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
7096  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
7097  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
7098  * others
7099  */
7100 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
7101 {
7102         int i, nid;
7103         unsigned long usable_startpfn;
7104         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
7105         /* save the state before borrow the nodemask */
7106         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
7107         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
7108         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
7109         struct memblock_region *r;
7110
7111         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
7112         find_usable_zone_for_movable();
7113
7114         /*
7115          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
7116          * options.
7117          */
7118         if (movable_node_is_enabled()) {
7119                 for_each_memblock(memory, r) {
7120                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
7121                                 continue;
7122
7123                         nid = r->nid;
7124
7125                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
7126                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
7127                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
7128                                 usable_startpfn;
7129                 }
7130
7131                 goto out2;
7132         }
7133
7134         /*
7135          * If kernelcore=mirror is specified, ignore movablecore option
7136          */
7137         if (mirrored_kernelcore) {
7138                 bool mem_below_4gb_not_mirrored = false;
7139
7140                 for_each_memblock(memory, r) {
7141                         if (memblock_is_mirror(r))
7142                                 continue;
7143
7144                         nid = r->nid;
7145
7146                         usable_startpfn = memblock_region_memory_base_pfn(r);
7147
7148                         if (usable_startpfn < 0x100000) {
7149                                 mem_below_4gb_not_mirrored = true;
7150                                 continue;
7151                         }
7152
7153                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
7154                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
7155                                 usable_startpfn;
7156                 }
7157
7158                 if (mem_below_4gb_not_mirrored)
7159                         pr_warn("This configuration results in unmirrored kernel memory.");
7160
7161                 goto out2;
7162         }
7163
7164         /*
7165          * If kernelcore=nn% or movablecore=nn% was specified, calculate the
7166          * amount of necessary memory.
7167          */
7168         if (required_kernelcore_percent)
7169                 required_kernelcore = (totalpages * 100 * required_kernelcore_percent) /
7170                                        10000UL;
7171         if (required_movablecore_percent)
7172                 required_movablecore = (totalpages * 100 * required_movablecore_percent) /
7173                                         10000UL;
7174
7175         /*
7176          * If movablecore= was specified, calculate what size of
7177          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
7178          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
7179          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
7180          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
7181          * what movablecore would have allowed.
7182          */
7183         if (required_movablecore) {
7184                 unsigned long corepages;
7185
7186                 /*
7187                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
7188                  * was requested by the user
7189                  */
7190                 required_movablecore =
7191                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
7192                 required_movablecore = min(totalpages, required_movablecore);
7193                 corepages = totalpages - required_movablecore;
7194
7195                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
7196         }
7197
7198         /*
7199          * If kernelcore was not specified or kernelcore size is larger
7200          * than totalpages, there is no ZONE_MOVABLE.
7201          */
7202         if (!required_kernelcore || required_kernelcore >= totalpages)
7203                 goto out;
7204
7205         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
7206         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
7207
7208 restart:
7209         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
7210         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
7211         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
7212                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
7213
7214                 /*
7215                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
7216                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
7217                  * amount of memory for the kernel
7218                  */
7219                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
7220                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
7221
7222                 /*
7223                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
7224                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
7225                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
7226                  */
7227                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
7228
7229                 /* Go through each range of PFNs within this node */
7230                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
7231                         unsigned long size_pages;
7232
7233                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
7234                         if (start_pfn >= end_pfn)
7235                                 continue;
7236
7237                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
7238                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
7239                                 unsigned long kernel_pages;
7240                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
7241                                                                 - start_pfn;
7242
7243                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
7244                                                         kernelcore_remaining);
7245                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
7246                                                         required_kernelcore);
7247
7248                                 /* Continue if range is now fully accounted */
7249                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
7250
7251                                         /*
7252                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
7253                                          * that if we have to rebalance
7254                                          * kernelcore across nodes, we will
7255                                          * not double account here
7256                                          */
7257                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
7258                                         continue;
7259                                 }
7260                                 start_pfn = usable_startpfn;
7261                         }
7262
7263                         /*
7264                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
7265                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
7266                          * number of pages used as kernelcore
7267                          */
7268                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
7269                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
7270                                 size_pages = kernelcore_remaining;
7271                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
7272
7273                         /*
7274                          * Some kernelcore has been met, update counts and
7275                          * break if the kernelcore for this node has been
7276                          * satisfied
7277                          */
7278                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
7279                                                                 size_pages);
7280                         kernelcore_remaining -= size_pages;
7281                         if (!kernelcore_remaining)
7282                                 break;
7283                 }
7284         }
7285
7286         /*
7287          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
7288          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
7289          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
7290          * satisfied
7291          */
7292         usable_nodes--;
7293         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
7294                 goto restart;
7295
7296 out2:
7297         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
7298         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++)
7299                 zone_movable_pfn[nid] =
7300                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
7301
7302 out:
7303         /* restore the node_state */
7304         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
7305 }
7306
7307 /* Any regular or high memory on that node ? */
7308 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
7309 {
7310         enum zone_type zone_type;
7311
7312         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
7313                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
7314                 if (populated_zone(zone)) {
7315                         if (IS_ENABLED(CONFIG_HIGHMEM))
7316                                 node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
7317                         if (zone_type <= ZONE_NORMAL)
7318                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
7319                         break;
7320                 }
7321         }
7322 }
7323
7324 /**
7325  * free_area_init_nodes - Initialise all pg_data_t and zone data
7326  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
7327  *
7328  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
7329  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
7330  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
7331  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
7332  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
7333  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
7334  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
7335  * at arch_max_dma_pfn.
7336  */
7337 void __init free_area_init_nodes(unsigned long *max_zone_pfn)
7338 {
7339         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7340         int i, nid;
7341
7342         /* Record where the zone boundaries are */
7343         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
7344                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
7345         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
7346                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
7347
7348         start_pfn = find_min_pfn_with_active_regions();
7349
7350         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7351                 if (i == ZONE_MOVABLE)
7352                         continue;
7353
7354                 end_pfn = max(max_zone_pfn[i], start_pfn);
7355                 arch_zone_lowest_possible_pfn[i] = start_pfn;
7356                 arch_zone_highest_possible_pfn[i] = end_pfn;
7357
7358                 start_pfn = end_pfn;
7359         }
7360
7361         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
7362         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
7363         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
7364
7365         /* Print out the zone ranges */
7366         pr_info("Zone ranges:\n");
7367         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7368                 if (i == ZONE_MOVABLE)
7369                         continue;
7370                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
7371                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
7372                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
7373                         pr_cont("empty\n");
7374                 else
7375                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
7376                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
7377                                         << PAGE_SHIFT,
7378                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
7379                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
7380         }
7381
7382         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
7383         pr_info("Movable zone start for each node\n");
7384         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
7385                 if (zone_movable_pfn[i])
7386                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
7387                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
7388         }
7389
7390         /*
7391          * Print out the early node map, and initialize the
7392          * subsection-map relative to active online memory ranges to
7393          * enable future "sub-section" extensions of the memory map.
7394          */
7395         pr_info("Early memory node ranges\n");
7396         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
7397                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
7398                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
7399                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
7400                 subsection_map_init(start_pfn, end_pfn - start_pfn);
7401         }
7402
7403         /* Initialise every node */
7404         mminit_verify_pageflags_layout();
7405         setup_nr_node_ids();
7406         zero_resv_unavail();
7407         for_each_online_node(nid) {
7408                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
7409                 free_area_init_node(nid, NULL,
7410                                 find_min_pfn_for_node(nid), NULL);
7411
7412                 /* Any memory on that node */
7413                 if (pgdat->node_present_pages)
7414                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
7415                 check_for_memory(pgdat, nid);
7416         }
7417 }
7418
7419 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core,
7420                                      unsigned long *percent)
7421 {
7422         unsigned long long coremem;
7423         char *endptr;
7424
7425         if (!p)
7426                 return -EINVAL;
7427
7428         /* Value may be a percentage of total memory, otherwise bytes */
7429         coremem = simple_strtoull(p, &endptr, 0);
7430         if (*endptr == '%') {
7431                 /* Paranoid check for percent values greater than 100 */
7432                 WARN_ON(coremem > 100);
7433
7434                 *percent = coremem;
7435         } else {
7436                 coremem = memparse(p, &p);
7437                 /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
7438                 WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
7439
7440                 *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
7441                 *percent = 0UL;
7442         }
7443         return 0;
7444 }
7445
7446 /*
7447  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
7448  * cannot be reclaimed or migrated.
7449  */
7450 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
7451 {
7452         /* parse kernelcore=mirror */
7453         if (parse_option_str(p, "mirror")) {
7454                 mirrored_kernelcore = true;
7455                 return 0;
7456         }
7457
7458         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore,
7459                                   &required_kernelcore_percent);
7460 }
7461
7462 /*
7463  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
7464  * can be reclaimed or migrated.
7465  */
7466 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
7467 {
7468         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore,
7469                                   &required_movablecore_percent);
7470 }
7471
7472 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
7473 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
7474
7475 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
7476
7477 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
7478 {
7479         atomic_long_add(count, &page_zone(page)->managed_pages);
7480         totalram_pages_add(count);
7481 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
7482         if (PageHighMem(page))
7483                 totalhigh_pages_add(count);
7484 #endif
7485 }
7486 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
7487
7488 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, const char *s)
7489 {
7490         void *pos;
7491         unsigned long pages = 0;
7492
7493         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
7494         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
7495         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
7496                 struct page *page = virt_to_page(pos);
7497                 void *direct_map_addr;
7498
7499                 /*
7500                  * 'direct_map_addr' might be different from 'pos'
7501                  * because some architectures' virt_to_page()
7502                  * work with aliases.  Getting the direct map
7503                  * address ensures that we get a _writeable_
7504                  * alias for the memset().
7505                  */
7506                 direct_map_addr = page_address(page);
7507                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
7508                         memset(direct_map_addr, poison, PAGE_SIZE);
7509
7510                 free_reserved_page(page);
7511         }
7512
7513         if (pages && s)
7514                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK\n",
7515                         s, pages << (PAGE_SHIFT - 10));
7516
7517         return pages;
7518 }
7519
7520 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7521 void free_highmem_page(struct page *page)
7522 {
7523         __free_reserved_page(page);
7524         totalram_pages_inc();
7525         atomic_long_inc(&page_zone(page)->managed_pages);
7526         totalhigh_pages_inc();
7527 }
7528 #endif
7529
7530
7531 void __init mem_init_print_info(const char *str)
7532 {
7533         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
7534         unsigned long init_code_size, init_data_size;
7535
7536         physpages = get_num_physpages();
7537         codesize = _etext - _stext;
7538         datasize = _edata - _sdata;
7539         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
7540         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
7541         init_data_size = __init_end - __init_begin;
7542         init_code_size = _einittext - _sinittext;
7543
7544         /*
7545          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
7546          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
7547          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
7548          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
7549          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
7550          */
7551 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
7552         do { \
7553                 if (start <= pos && pos < end && size > adj) \
7554                         size -= adj; \
7555         } while (0)
7556
7557         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
7558                      _sinittext, init_code_size);
7559         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
7560         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
7561         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
7562         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
7563
7564 #undef  adj_init_size
7565
7566         pr_info("Memory: %luK/%luK available (%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, %luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
7567 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7568                 ", %luK highmem"
7569 #endif
7570                 "%s%s)\n",
7571                 nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
7572                 physpages << (PAGE_SHIFT - 10),
7573                 codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
7574                 (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
7575                 (physpages - totalram_pages() - totalcma_pages) << (PAGE_SHIFT - 10),
7576                 totalcma_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
7577 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7578                 totalhigh_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
7579 #endif
7580                 str ? ", " : "", str ? str : "");
7581 }
7582
7583 /**
7584  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
7585  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
7586  *
7587  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by managed_pages.
7588  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
7589  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
7590  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
7591  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
7592  * smaller per-cpu batchsize.
7593  */
7594 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
7595 {
7596         dma_reserve = new_dma_reserve;
7597 }
7598
7599 void __init free_area_init(unsigned long *zones_size)
7600 {
7601         zero_resv_unavail();
7602         free_area_init_node(0, zones_size,
7603                         __pa(PAGE_OFFSET) >> PAGE_SHIFT, NULL);
7604 }
7605
7606 static int page_alloc_cpu_dead(unsigned int cpu)
7607 {
7608
7609         lru_add_drain_cpu(cpu);
7610         drain_pages(cpu);
7611
7612         /*
7613          * Spill the event counters of the dead processor
7614          * into the current processors event counters.
7615          * This artificially elevates the count of the current
7616          * processor.
7617          */
7618         vm_events_fold_cpu(cpu);
7619
7620         /*
7621          * Zero the differential counters of the dead processor
7622          * so that the vm statistics are consistent.
7623          *
7624          * This is only okay since the processor is dead and cannot
7625          * race with what we are doing.
7626          */
7627         cpu_vm_stats_fold(cpu);
7628         return 0;
7629 }
7630
7631 #ifdef CONFIG_NUMA
7632 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
7633
7634 static int __init set_hashdist(char *str)
7635 {
7636         if (!str)
7637                 return 0;
7638         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
7639         return 1;
7640 }
7641 __setup("hashdist=", set_hashdist);
7642 #endif
7643
7644 void __init page_alloc_init(void)
7645 {
7646         int ret;
7647
7648 #ifdef CONFIG_NUMA
7649         if (num_node_state(N_MEMORY) == 1)
7650                 hashdist = 0;
7651 #endif
7652
7653         ret = cpuhp_setup_state_nocalls(CPUHP_PAGE_ALLOC_DEAD,
7654                                         "mm/page_alloc:dead", NULL,
7655                                         page_alloc_cpu_dead);
7656         WARN_ON(ret < 0);
7657 }
7658
7659 /*
7660  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
7661  *      or min_free_kbytes changes.
7662  */
7663 static void calculate_totalreserve_pages(void)
7664 {
7665         struct pglist_data *pgdat;
7666         unsigned long reserve_pages = 0;
7667         enum zone_type i, j;
7668
7669         for_each_online_pgdat(pgdat) {
7670
7671                 pgdat->totalreserve_pages = 0;
7672
7673                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7674                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
7675                         long max = 0;
7676                         unsigned long managed_pages = zone_managed_pages(zone);
7677
7678                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
7679                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
7680                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
7681                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
7682                         }
7683
7684                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
7685                         max += high_wmark_pages(zone);
7686
7687                         if (max > managed_pages)
7688                                 max = managed_pages;
7689
7690                         pgdat->totalreserve_pages += max;
7691
7692                         reserve_pages += max;
7693                 }
7694         }
7695         totalreserve_pages = reserve_pages;
7696 }
7697
7698 /*
7699  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
7700  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
7701  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
7702  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
7703  */
7704 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
7705 {
7706         struct pglist_data *pgdat;
7707         enum zone_type j, idx;
7708
7709         for_each_online_pgdat(pgdat) {
7710                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
7711                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
7712                         unsigned long managed_pages = zone_managed_pages(zone);
7713
7714                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
7715
7716                         idx = j;
7717                         while (idx) {
7718                                 struct zone *lower_zone;
7719
7720                                 idx--;
7721                                 lower_zone = pgdat->node_zones + idx;
7722
7723                                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] < 1) {
7724                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] = 0;
7725                                         lower_zone->lowmem_reserve[j] = 0;
7726                                 } else {
7727                                         lower_zone->lowmem_reserve[j] =
7728                                                 managed_pages / sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx];
7729                                 }
7730                                 managed_pages += zone_managed_pages(lower_zone);
7731                         }
7732                 }
7733         }
7734
7735         /* update totalreserve_pages */
7736         calculate_totalreserve_pages();
7737 }
7738
7739 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
7740 {
7741         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
7742         unsigned long lowmem_pages = 0;
7743         struct zone *zone;
7744         unsigned long flags;
7745
7746         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
7747         for_each_zone(zone) {
7748                 if (!is_highmem(zone))
7749                         lowmem_pages += zone_managed_pages(zone);
7750         }
7751
7752         for_each_zone(zone) {
7753                 u64 tmp;
7754
7755                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7756                 tmp = (u64)pages_min * zone_managed_pages(zone);
7757                 do_div(tmp, lowmem_pages);
7758                 if (is_highmem(zone)) {
7759                         /*
7760                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
7761                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
7762                          * value here.
7763                          *
7764                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
7765                          * deltas control async page reclaim, and so should
7766                          * not be capped for highmem.
7767                          */
7768                         unsigned long min_pages;
7769
7770                         min_pages = zone_managed_pages(zone) / 1024;
7771                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
7772                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
7773                 } else {
7774                         /*
7775                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
7776                          * proportionate to the zone's size.
7777                          */
7778                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = tmp;
7779                 }
7780
7781                 /*
7782                  * Set the kswapd watermarks distance according to the
7783                  * scale factor in proportion to available memory, but
7784                  * ensure a minimum size on small systems.
7785                  */
7786                 tmp = max_t(u64, tmp >> 2,
7787                             mult_frac(zone_managed_pages(zone),
7788                                       watermark_scale_factor, 10000));
7789
7790                 zone->_watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + tmp;
7791                 zone->_watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) + tmp * 2;
7792                 zone->watermark_boost = 0;
7793
7794                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7795         }
7796
7797         /* update totalreserve_pages */
7798         calculate_totalreserve_pages();
7799 }
7800
7801 /**
7802  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
7803  * or when memory is hot-{added|removed}
7804  *
7805  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
7806  * correctly with respect to min_free_kbytes.
7807  */
7808 void setup_per_zone_wmarks(void)
7809 {
7810         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
7811
7812         spin_lock(&lock);
7813         __setup_per_zone_wmarks();
7814         spin_unlock(&lock);
7815 }
7816
7817 /*
7818  * Initialise min_free_kbytes.
7819  *
7820  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
7821  * we want it large (64MB max).  But it is not linear, because network
7822  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
7823  *
7824  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
7825  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
7826  *
7827  * which yields
7828  *
7829  * 16MB:        512k
7830  * 32MB:        724k
7831  * 64MB:        1024k
7832  * 128MB:       1448k
7833  * 256MB:       2048k
7834  * 512MB:       2896k
7835  * 1024MB:      4096k
7836  * 2048MB:      5792k
7837  * 4096MB:      8192k
7838  * 8192MB:      11584k
7839  * 16384MB:     16384k
7840  */
7841 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
7842 {
7843         unsigned long lowmem_kbytes;
7844         int new_min_free_kbytes;
7845
7846         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
7847         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
7848
7849         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes) {
7850                 min_free_kbytes = new_min_free_kbytes;
7851                 if (min_free_kbytes < 128)
7852                         min_free_kbytes = 128;
7853                 if (min_free_kbytes > 65536)
7854                         min_free_kbytes = 65536;
7855         } else {
7856                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
7857                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
7858         }
7859         setup_per_zone_wmarks();
7860         refresh_zone_stat_thresholds();
7861         setup_per_zone_lowmem_reserve();
7862
7863 #ifdef CONFIG_NUMA
7864         setup_min_unmapped_ratio();
7865         setup_min_slab_ratio();
7866 #endif
7867
7868         return 0;
7869 }
7870 core_initcall(init_per_zone_wmark_min)
7871
7872 /*
7873  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
7874  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
7875  *      changes.
7876  */
7877 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7878         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7879 {
7880         int rc;
7881
7882         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7883         if (rc)
7884                 return rc;
7885
7886         if (write) {
7887                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
7888                 setup_per_zone_wmarks();
7889         }
7890         return 0;
7891 }
7892
7893 int watermark_boost_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7894         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7895 {
7896         int rc;
7897
7898         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7899         if (rc)
7900                 return rc;
7901
7902         return 0;
7903 }
7904
7905 int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7906         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7907 {
7908         int rc;
7909
7910         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7911         if (rc)
7912                 return rc;
7913
7914         if (write)
7915                 setup_per_zone_wmarks();
7916
7917         return 0;
7918 }
7919
7920 #ifdef CONFIG_NUMA
7921 static void setup_min_unmapped_ratio(void)
7922 {
7923         pg_data_t *pgdat;
7924         struct zone *zone;
7925
7926         for_each_online_pgdat(pgdat)
7927                 pgdat->min_unmapped_pages = 0;
7928
7929         for_each_zone(zone)
7930                 zone->zone_pgdat->min_unmapped_pages += (zone_managed_pages(zone) *
7931                                                          sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
7932 }
7933
7934
7935 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7936         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7937 {
7938         int rc;
7939
7940         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7941         if (rc)
7942                 return rc;
7943
7944         setup_min_unmapped_ratio();
7945
7946         return 0;
7947 }
7948
7949 static void setup_min_slab_ratio(void)
7950 {
7951         pg_data_t *pgdat;
7952         struct zone *zone;
7953
7954         for_each_online_pgdat(pgdat)
7955                 pgdat->min_slab_pages = 0;
7956
7957         for_each_zone(zone)
7958                 zone->zone_pgdat->min_slab_pages += (zone_managed_pages(zone) *
7959                                                      sysctl_min_slab_ratio) / 100;
7960 }
7961
7962 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7963         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7964 {
7965         int rc;
7966
7967         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7968         if (rc)
7969                 return rc;
7970
7971         setup_min_slab_ratio();
7972
7973         return 0;
7974 }
7975 #endif
7976
7977 /*
7978  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
7979  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
7980  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
7981  *
7982  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
7983  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
7984  * if in function of the boot time zone sizes.
7985  */
7986 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7987         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7988 {
7989         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7990         setup_per_zone_lowmem_reserve();
7991         return 0;
7992 }
7993
7994 /*
7995  * percpu_pagelist_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
7996  * cpu.  It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
7997  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
7998  */
7999 int percpu_pagelist_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8000         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8001 {
8002         struct zone *zone;
8003         int old_percpu_pagelist_fraction;
8004         int ret;
8005
8006         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
8007         old_percpu_pagelist_fraction = percpu_pagelist_fraction;
8008
8009         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8010         if (!write || ret < 0)
8011                 goto out;
8012
8013         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
8014         if (percpu_pagelist_fraction &&
8015             percpu_pagelist_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION) {
8016                 percpu_pagelist_fraction = old_percpu_pagelist_fraction;
8017                 ret = -EINVAL;
8018                 goto out;
8019         }
8020
8021         /* No change? */
8022         if (percpu_pagelist_fraction == old_percpu_pagelist_fraction)
8023                 goto out;
8024
8025         for_each_populated_zone(zone) {
8026                 unsigned int cpu;
8027
8028                 for_each_possible_cpu(cpu)
8029                         pageset_set_high_and_batch(zone,
8030                                         per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
8031         }
8032 out:
8033         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
8034         return ret;
8035 }
8036
8037 #ifndef __HAVE_ARCH_RESERVED_KERNEL_PAGES
8038 /*
8039  * Returns the number of pages that arch has reserved but
8040  * is not known to alloc_large_system_hash().
8041  */
8042 static unsigned long __init arch_reserved_kernel_pages(void)
8043 {
8044         return 0;
8045 }
8046 #endif
8047
8048 /*
8049  * Adaptive scale is meant to reduce sizes of hash tables on large memory
8050  * machines. As memory size is increased the scale is also increased but at
8051  * slower pace.  Starting from ADAPT_SCALE_BASE (64G), every time memory
8052  * quadruples the scale is increased by one, which means the size of hash table
8053  * only doubles, instead of quadrupling as well.
8054  * Because 32-bit systems cannot have large physical memory, where this scaling
8055  * makes sense, it is disabled on such platforms.
8056  */
8057 #if __BITS_PER_LONG > 32
8058 #define ADAPT_SCALE_BASE        (64ul << 30)
8059 #define ADAPT_SCALE_SHIFT       2
8060 #define ADAPT_SCALE_NPAGES      (ADAPT_SCALE_BASE >> PAGE_SHIFT)
8061 #endif
8062
8063 /*
8064  * allocate a large system hash table from bootmem
8065  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
8066  *   quantity of entries
8067  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
8068  */
8069 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
8070                                      unsigned long bucketsize,
8071                                      unsigned long numentries,
8072                                      int scale,
8073                                      int flags,
8074                                      unsigned int *_hash_shift,
8075                                      unsigned int *_hash_mask,
8076                                      unsigned long low_limit,
8077                                      unsigned long high_limit)
8078 {
8079         unsigned long long max = high_limit;
8080         unsigned long log2qty, size;
8081         void *table = NULL;
8082         gfp_t gfp_flags;
8083         bool virt;
8084
8085         /* allow the kernel cmdline to have a say */
8086         if (!numentries) {
8087                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
8088                 numentries = nr_kernel_pages;
8089                 numentries -= arch_reserved_kernel_pages();
8090
8091                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
8092                 if (PAGE_SHIFT < 20)
8093                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
8094
8095 #if __BITS_PER_LONG > 32
8096                 if (!high_limit) {
8097                         unsigned long adapt;
8098
8099                         for (adapt = ADAPT_SCALE_NPAGES; adapt < numentries;
8100                              adapt <<= ADAPT_SCALE_SHIFT)
8101                                 scale++;
8102                 }
8103 #endif
8104
8105                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
8106                 if (scale > PAGE_SHIFT)
8107                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
8108                 else
8109                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
8110
8111                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
8112                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
8113                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
8114                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
8115                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
8116                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
8117                                 BUG_ON(!numentries);
8118                         }
8119                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
8120                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
8121         }
8122         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
8123
8124         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
8125         if (max == 0) {
8126                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
8127                 do_div(max, bucketsize);
8128         }
8129         max = min(max, 0x80000000ULL);
8130
8131         if (numentries < low_limit)
8132                 numentries = low_limit;
8133         if (numentries > max)
8134                 numentries = max;
8135
8136         log2qty = ilog2(numentries);
8137
8138         gfp_flags = (flags & HASH_ZERO) ? GFP_ATOMIC | __GFP_ZERO : GFP_ATOMIC;
8139         do {
8140                 virt = false;
8141                 size = bucketsize << log2qty;
8142                 if (flags & HASH_EARLY) {
8143                         if (flags & HASH_ZERO)
8144                                 table = memblock_alloc(size, SMP_CACHE_BYTES);
8145                         else
8146                                 table = memblock_alloc_raw(size,
8147                                                            SMP_CACHE_BYTES);
8148                 } else if (get_order(size) >= MAX_ORDER || hashdist) {
8149                         table = __vmalloc(size, gfp_flags, PAGE_KERNEL);
8150                         virt = true;
8151                 } else {
8152                         /*
8153                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
8154                          * some pages at the end of hash table which
8155                          * alloc_pages_exact() automatically does
8156                          */
8157                         table = alloc_pages_exact(size, gfp_flags);
8158                         kmemleak_alloc(table, size, 1, gfp_flags);
8159                 }
8160         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
8161
8162         if (!table)
8163                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
8164
8165         pr_info("%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes, %s)\n",
8166                 tablename, 1UL << log2qty, ilog2(size) - PAGE_SHIFT, size,
8167                 virt ? "vmalloc" : "linear");
8168
8169         if (_hash_shift)
8170                 *_hash_shift = log2qty;
8171         if (_hash_mask)
8172                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
8173
8174         return table;
8175 }
8176
8177 /*
8178  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
8179  * If @count is not zero, it is okay to include less @count unmovable pages
8180  *
8181  * PageLRU check without isolation or lru_lock could race so that
8182  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. And __PageMovable
8183  * check without lock_page also may miss some movable non-lru pages at
8184  * race condition. So you can't expect this function should be exact.
8185  */
8186 bool has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page, int count,
8187                          int migratetype, int flags)
8188 {
8189         unsigned long found;
8190         unsigned long iter = 0;
8191         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8192         const char *reason = "unmovable page";
8193
8194         /*
8195          * TODO we could make this much more efficient by not checking every
8196          * page in the range if we know all of them are in MOVABLE_ZONE and
8197          * that the movable zone guarantees that pages are migratable but
8198          * the later is not the case right now unfortunatelly. E.g. movablecore
8199          * can still lead to having bootmem allocations in zone_movable.
8200          */
8201
8202         if (is_migrate_cma_page(page)) {
8203                 /*
8204                  * CMA allocations (alloc_contig_range) really need to mark
8205                  * isolate CMA pageblocks even when they are not movable in fact
8206                  * so consider them movable here.
8207                  */
8208                 if (is_migrate_cma(migratetype))
8209                         return false;
8210
8211                 reason = "CMA page";
8212                 goto unmovable;
8213         }
8214
8215         for (found = 0; iter < pageblock_nr_pages; iter++) {
8216                 unsigned long check = pfn + iter;
8217
8218                 if (!pfn_valid_within(check))
8219                         continue;
8220
8221                 page = pfn_to_page(check);
8222
8223                 if (PageReserved(page))
8224                         goto unmovable;
8225
8226                 /*
8227                  * If the zone is movable and we have ruled out all reserved
8228                  * pages then it should be reasonably safe to assume the rest
8229                  * is movable.
8230                  */
8231                 if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
8232                         continue;
8233
8234                 /*
8235                  * Hugepages are not in LRU lists, but they're movable.
8236                  * We need not scan over tail pages because we don't
8237                  * handle each tail page individually in migration.
8238                  */
8239                 if (PageHuge(page)) {
8240                         struct page *head = compound_head(page);
8241                         unsigned int skip_pages;
8242
8243                         if (!hugepage_migration_supported(page_hstate(head)))
8244                                 goto unmovable;
8245
8246                         skip_pages = compound_nr(head) - (page - head);
8247                         iter += skip_pages - 1;
8248                         continue;
8249                 }
8250
8251                 /*
8252                  * We can't use page_count without pin a page
8253                  * because another CPU can free compound page.
8254                  * This check already skips compound tails of THP
8255                  * because their page->_refcount is zero at all time.
8256                  */
8257                 if (!page_ref_count(page)) {
8258                         if (PageBuddy(page))
8259                                 iter += (1 << page_order(page)) - 1;
8260                         continue;
8261                 }
8262
8263                 /*
8264                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
8265                  * page_count() is not 0.
8266                  */
8267                 if ((flags & SKIP_HWPOISON) && PageHWPoison(page))
8268                         continue;
8269
8270                 if (__PageMovable(page))
8271                         continue;
8272
8273                 if (!PageLRU(page))
8274                         found++;
8275                 /*
8276                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check
8277                  * it.  But now, memory offline itself doesn't call
8278                  * shrink_node_slabs() and it still to be fixed.
8279                  */
8280                 /*
8281                  * If the page is not RAM, page_count()should be 0.
8282                  * we don't need more check. This is an _used_ not-movable page.
8283                  *
8284                  * The problematic thing here is PG_reserved pages. PG_reserved
8285                  * is set to both of a memory hole page and a _used_ kernel
8286                  * page at boot.
8287                  */
8288                 if (found > count)
8289                         goto unmovable;
8290         }
8291         return false;
8292 unmovable:
8293         WARN_ON_ONCE(zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE);
8294         if (flags & REPORT_FAILURE)
8295                 dump_page(pfn_to_page(pfn + iter), reason);
8296         return true;
8297 }
8298
8299 #ifdef CONFIG_CONTIG_ALLOC
8300 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
8301 {
8302         return pfn & ~(max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
8303                              pageblock_nr_pages) - 1);
8304 }
8305
8306 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
8307 {
8308         return ALIGN(pfn, max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
8309                                 pageblock_nr_pages));
8310 }
8311
8312 /* [start, end) must belong to a single zone. */
8313 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
8314                                         unsigned long start, unsigned long end)
8315 {
8316         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
8317         unsigned long nr_reclaimed;
8318         unsigned long pfn = start;
8319         unsigned int tries = 0;
8320         int ret = 0;
8321
8322         migrate_prep();
8323
8324         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
8325                 if (fatal_signal_pending(current)) {
8326                         ret = -EINTR;
8327                         break;
8328                 }
8329
8330                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
8331                         cc->nr_migratepages = 0;
8332                         pfn = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
8333                         if (!pfn) {
8334                                 ret = -EINTR;
8335                                 break;
8336                         }
8337                         tries = 0;
8338                 } else if (++tries == 5) {
8339                         ret = ret < 0 ? ret : -EBUSY;
8340                         break;
8341                 }
8342
8343                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
8344                                                         &cc->migratepages);
8345                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
8346
8347                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migrate_target,
8348                                     NULL, 0, cc->mode, MR_CONTIG_RANGE);
8349         }
8350         if (ret < 0) {
8351                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
8352                 return ret;
8353         }
8354         return 0;
8355 }
8356
8357 /**
8358  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
8359  * @start:      start PFN to allocate
8360  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
8361  * @migratetype:        migratetype of the underlaying pageblocks (either
8362  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
8363  *                      in range must have the same migratetype and it must
8364  *                      be either of the two.
8365  * @gfp_mask:   GFP mask to use during compaction
8366  *
8367  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
8368  * aligned.  The PFN range must belong to a single zone.
8369  *
8370  * The first thing this routine does is attempt to MIGRATE_ISOLATE all
8371  * pageblocks in the range.  Once isolated, the pageblocks should not
8372  * be modified by others.
8373  *
8374  * Return: zero on success or negative error code.  On success all
8375  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
8376  * need to be freed with free_contig_range().
8377  */
8378 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
8379                        unsigned migratetype, gfp_t gfp_mask)
8380 {
8381         unsigned long outer_start, outer_end;
8382         unsigned int order;
8383         int ret = 0;
8384
8385         struct compact_control cc = {
8386                 .nr_migratepages = 0,
8387                 .order = -1,
8388                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
8389                 .mode = MIGRATE_SYNC,
8390                 .ignore_skip_hint = true,
8391                 .no_set_skip_hint = true,
8392                 .gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask),
8393         };
8394         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
8395
8396         /*
8397          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
8398          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
8399          * have different sizes, and due to the way page allocator
8400          * work, we align the range to biggest of the two pages so
8401          * that page allocator won't try to merge buddies from
8402          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
8403          * other migration type.
8404          *
8405          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
8406          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
8407          * we are interested in).  This will put all the pages in
8408          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
8409          *
8410          * When this is done, we take the pages in range from page
8411          * allocator removing them from the buddy system.  This way
8412          * page allocator will never consider using them.
8413          *
8414          * This lets us mark the pageblocks back as
8415          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
8416          * aligned range but not in the unaligned, original range are
8417          * put back to page allocator so that buddy can use them.
8418          */
8419
8420         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
8421                                        pfn_max_align_up(end), migratetype, 0);
8422         if (ret < 0)
8423                 return ret;
8424
8425         /*
8426          * In case of -EBUSY, we'd like to know which page causes problem.
8427          * So, just fall through. test_pages_isolated() has a tracepoint
8428          * which will report the busy page.
8429          *
8430          * It is possible that busy pages could become available before
8431          * the call to test_pages_isolated, and the range will actually be
8432          * allocated.  So, if we fall through be sure to clear ret so that
8433          * -EBUSY is not accidentally used or returned to caller.
8434          */
8435         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
8436         if (ret && ret != -EBUSY)
8437                 goto done;
8438         ret =0;
8439
8440         /*
8441          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
8442          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
8443          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
8444          * What we are going to do is to allocate all pages from
8445          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
8446          *
8447          * The only problem is that pages at the beginning and at the
8448          * end of interesting range may be not aligned with pages that
8449          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
8450          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
8451          * once this is done free the pages we are not interested in.
8452          *
8453          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
8454          * isolated thus they won't get removed from buddy.
8455          */
8456
8457         lru_add_drain_all();
8458
8459         order = 0;
8460         outer_start = start;
8461         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
8462                 if (++order >= MAX_ORDER) {
8463                         outer_start = start;
8464                         break;
8465                 }
8466                 outer_start &= ~0UL << order;
8467         }
8468
8469         if (outer_start != start) {
8470                 order = page_order(pfn_to_page(outer_start));
8471
8472                 /*
8473                  * outer_start page could be small order buddy page and
8474                  * it doesn't include start page. Adjust outer_start
8475                  * in this case to report failed page properly
8476                  * on tracepoint in test_pages_isolated()
8477                  */
8478                 if (outer_start + (1UL << order) <= start)
8479                         outer_start = start;
8480         }
8481
8482         /* Make sure the range is really isolated. */
8483         if (test_pages_isolated(outer_start, end, false)) {
8484                 pr_info_ratelimited("%s: [%lx, %lx) PFNs busy\n",
8485                         __func__, outer_start, end);
8486                 ret = -EBUSY;
8487                 goto done;
8488         }
8489
8490         /* Grab isolated pages from freelists. */
8491         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
8492         if (!outer_end) {
8493                 ret = -EBUSY;
8494                 goto done;
8495         }
8496
8497         /* Free head and tail (if any) */
8498         if (start != outer_start)
8499                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
8500         if (end != outer_end)
8501                 free_contig_range(end, outer_end - end);
8502
8503 done:
8504         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
8505                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
8506         return ret;
8507 }
8508 #endif /* CONFIG_CONTIG_ALLOC */
8509
8510 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned int nr_pages)
8511 {
8512         unsigned int count = 0;
8513
8514         for (; nr_pages--; pfn++) {
8515                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
8516
8517                 count += page_count(page) != 1;
8518                 __free_page(page);
8519         }
8520         WARN(count != 0, "%d pages are still in use!\n", count);
8521 }
8522
8523 /*
8524  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
8525  * page high values need to be recalulated.
8526  */
8527 void __meminit zone_pcp_update(struct zone *zone)
8528 {
8529         unsigned cpu;
8530         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
8531         for_each_possible_cpu(cpu)
8532                 pageset_set_high_and_batch(zone,
8533                                 per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
8534         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
8535 }
8536
8537 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
8538 {
8539         unsigned long flags;
8540         int cpu;
8541         struct per_cpu_pageset *pset;
8542
8543         /* avoid races with drain_pages()  */
8544         local_irq_save(flags);
8545         if (zone->pageset != &boot_pageset) {
8546                 for_each_online_cpu(cpu) {
8547                         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
8548                         drain_zonestat(zone, pset);
8549                 }
8550                 free_percpu(zone->pageset);
8551                 zone->pageset = &boot_pageset;
8552         }
8553         local_irq_restore(flags);
8554 }
8555
8556 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
8557 /*
8558  * All pages in the range must be in a single zone and isolated
8559  * before calling this.
8560  */
8561 unsigned long
8562 __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
8563 {
8564         struct page *page;
8565         struct zone *zone;
8566         unsigned int order, i;
8567         unsigned long pfn;
8568         unsigned long flags;
8569         unsigned long offlined_pages = 0;
8570
8571         /* find the first valid pfn */
8572         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++)
8573                 if (pfn_valid(pfn))
8574                         break;
8575         if (pfn == end_pfn)
8576                 return offlined_pages;
8577
8578         offline_mem_sections(pfn, end_pfn);
8579         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
8580         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8581         pfn = start_pfn;
8582         while (pfn < end_pfn) {
8583                 if (!pfn_valid(pfn)) {
8584                         pfn++;
8585                         continue;
8586                 }
8587                 page = pfn_to_page(pfn);
8588                 /*
8589                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
8590                  * page_count() is not 0.
8591                  */
8592                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
8593                         pfn++;
8594                         SetPageReserved(page);
8595                         offlined_pages++;
8596                         continue;
8597                 }
8598
8599                 BUG_ON(page_count(page));
8600                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
8601                 order = page_order(page);
8602                 offlined_pages += 1 << order;
8603 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
8604                 pr_info("remove from free list %lx %d %lx\n",
8605                         pfn, 1 << order, end_pfn);
8606 #endif
8607                 del_page_from_free_area(page, &zone->free_area[order]);
8608                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
8609                         SetPageReserved((page+i));
8610                 pfn += (1 << order);
8611         }
8612         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8613
8614         return offlined_pages;
8615 }
8616 #endif
8617
8618 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
8619 {
8620         struct zone *zone = page_zone(page);
8621         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8622         unsigned long flags;
8623         unsigned int order;
8624
8625         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8626         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
8627                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
8628
8629                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order)
8630                         break;
8631         }
8632         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8633
8634         return order < MAX_ORDER;
8635 }
8636
8637 #ifdef CONFIG_MEMORY_FAILURE
8638 /*
8639  * Set PG_hwpoison flag if a given page is confirmed to be a free page.  This
8640  * test is performed under the zone lock to prevent a race against page
8641  * allocation.
8642  */
8643 bool set_hwpoison_free_buddy_page(struct page *page)
8644 {
8645         struct zone *zone = page_zone(page);
8646         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8647         unsigned long flags;
8648         unsigned int order;
8649         bool hwpoisoned = false;
8650
8651         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8652         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
8653                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
8654
8655                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order) {
8656                         if (!TestSetPageHWPoison(page))
8657                                 hwpoisoned = true;
8658                         break;
8659                 }
8660         }
8661         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8662
8663         return hwpoisoned;
8664 }
8665 #endif