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