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