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