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