Merge tag 'for-5.20/parisc-1' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/deller...
[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 struct pagesets {
130         local_lock_t lock;
131 };
132 static DEFINE_PER_CPU(struct pagesets, pagesets) = {
133         .lock = INIT_LOCAL_LOCK(lock),
134 };
135
136 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
137 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
138 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
139 #endif
140
141 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(vm_numa_stat_key);
142
143 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
144 /*
145  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
146  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
147  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
148  * defined in <linux/topology.h>.
149  */
150 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
151 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
152 #endif
153
154 /* work_structs for global per-cpu drains */
155 struct pcpu_drain {
156         struct zone *zone;
157         struct work_struct work;
158 };
159 static DEFINE_MUTEX(pcpu_drain_mutex);
160 static DEFINE_PER_CPU(struct pcpu_drain, pcpu_drain);
161
162 #ifdef CONFIG_GCC_PLUGIN_LATENT_ENTROPY
163 volatile unsigned long latent_entropy __latent_entropy;
164 EXPORT_SYMBOL(latent_entropy);
165 #endif
166
167 /*
168  * Array of node states.
169  */
170 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
171         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
172         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
173 #ifndef CONFIG_NUMA
174         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
175 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
176         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
177 #endif
178         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
179         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
180 #endif  /* NUMA */
181 };
182 EXPORT_SYMBOL(node_states);
183
184 atomic_long_t _totalram_pages __read_mostly;
185 EXPORT_SYMBOL(_totalram_pages);
186 unsigned long totalreserve_pages __read_mostly;
187 unsigned long totalcma_pages __read_mostly;
188
189 int percpu_pagelist_high_fraction;
190 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
191 DEFINE_STATIC_KEY_MAYBE(CONFIG_INIT_ON_ALLOC_DEFAULT_ON, init_on_alloc);
192 EXPORT_SYMBOL(init_on_alloc);
193
194 DEFINE_STATIC_KEY_MAYBE(CONFIG_INIT_ON_FREE_DEFAULT_ON, init_on_free);
195 EXPORT_SYMBOL(init_on_free);
196
197 static bool _init_on_alloc_enabled_early __read_mostly
198                                 = IS_ENABLED(CONFIG_INIT_ON_ALLOC_DEFAULT_ON);
199 static int __init early_init_on_alloc(char *buf)
200 {
201
202         return kstrtobool(buf, &_init_on_alloc_enabled_early);
203 }
204 early_param("init_on_alloc", early_init_on_alloc);
205
206 static bool _init_on_free_enabled_early __read_mostly
207                                 = IS_ENABLED(CONFIG_INIT_ON_FREE_DEFAULT_ON);
208 static int __init early_init_on_free(char *buf)
209 {
210         return kstrtobool(buf, &_init_on_free_enabled_early);
211 }
212 early_param("init_on_free", early_init_on_free);
213
214 /*
215  * A cached value of the page's pageblock's migratetype, used when the page is
216  * put on a pcplist. Used to avoid the pageblock migratetype lookup when
217  * freeing from pcplists in most cases, at the cost of possibly becoming stale.
218  * Also the migratetype set in the page does not necessarily match the pcplist
219  * index, e.g. page might have MIGRATE_CMA set but be on a pcplist with any
220  * other index - this ensures that it will be put on the correct CMA freelist.
221  */
222 static inline int get_pcppage_migratetype(struct page *page)
223 {
224         return page->index;
225 }
226
227 static inline void set_pcppage_migratetype(struct page *page, int migratetype)
228 {
229         page->index = migratetype;
230 }
231
232 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
233 /*
234  * The following functions are used by the suspend/hibernate code to temporarily
235  * change gfp_allowed_mask in order to avoid using I/O during memory allocations
236  * while devices are suspended.  To avoid races with the suspend/hibernate code,
237  * they should always be called with system_transition_mutex held
238  * (gfp_allowed_mask also should only be modified with system_transition_mutex
239  * held, unless the suspend/hibernate code is guaranteed not to run in parallel
240  * with that modification).
241  */
242
243 static gfp_t saved_gfp_mask;
244
245 void pm_restore_gfp_mask(void)
246 {
247         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
248         if (saved_gfp_mask) {
249                 gfp_allowed_mask = saved_gfp_mask;
250                 saved_gfp_mask = 0;
251         }
252 }
253
254 void pm_restrict_gfp_mask(void)
255 {
256         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
257         WARN_ON(saved_gfp_mask);
258         saved_gfp_mask = gfp_allowed_mask;
259         gfp_allowed_mask &= ~(__GFP_IO | __GFP_FS);
260 }
261
262 bool pm_suspended_storage(void)
263 {
264         if ((gfp_allowed_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
265                 return false;
266         return true;
267 }
268 #endif /* CONFIG_PM_SLEEP */
269
270 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
271 unsigned int pageblock_order __read_mostly;
272 #endif
273
274 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order,
275                             fpi_t fpi_flags);
276
277 /*
278  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
279  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
280  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
281  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
282  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
283  *      HIGHMEM allocation will leave (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
284  *
285  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
286  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
287  */
288 int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES] = {
289 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
290         [ZONE_DMA] = 256,
291 #endif
292 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
293         [ZONE_DMA32] = 256,
294 #endif
295         [ZONE_NORMAL] = 32,
296 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
297         [ZONE_HIGHMEM] = 0,
298 #endif
299         [ZONE_MOVABLE] = 0,
300 };
301
302 static char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
303 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
304          "DMA",
305 #endif
306 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
307          "DMA32",
308 #endif
309          "Normal",
310 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
311          "HighMem",
312 #endif
313          "Movable",
314 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
315          "Device",
316 #endif
317 };
318
319 const char * const migratetype_names[MIGRATE_TYPES] = {
320         "Unmovable",
321         "Movable",
322         "Reclaimable",
323         "HighAtomic",
324 #ifdef CONFIG_CMA
325         "CMA",
326 #endif
327 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
328         "Isolate",
329 #endif
330 };
331
332 compound_page_dtor * const compound_page_dtors[NR_COMPOUND_DTORS] = {
333         [NULL_COMPOUND_DTOR] = NULL,
334         [COMPOUND_PAGE_DTOR] = free_compound_page,
335 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
336         [HUGETLB_PAGE_DTOR] = free_huge_page,
337 #endif
338 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
339         [TRANSHUGE_PAGE_DTOR] = free_transhuge_page,
340 #endif
341 };
342
343 int min_free_kbytes = 1024;
344 int user_min_free_kbytes = -1;
345 int watermark_boost_factor __read_mostly = 15000;
346 int watermark_scale_factor = 10;
347
348 static unsigned long nr_kernel_pages __initdata;
349 static unsigned long nr_all_pages __initdata;
350 static unsigned long dma_reserve __initdata;
351
352 static unsigned long arch_zone_lowest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __initdata;
353 static unsigned long arch_zone_highest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __initdata;
354 static unsigned long required_kernelcore __initdata;
355 static unsigned long required_kernelcore_percent __initdata;
356 static unsigned long required_movablecore __initdata;
357 static unsigned long required_movablecore_percent __initdata;
358 static unsigned long zone_movable_pfn[MAX_NUMNODES] __initdata;
359 bool mirrored_kernelcore __initdata_memblock;
360
361 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
362 int movable_zone;
363 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
364
365 #if MAX_NUMNODES > 1
366 unsigned int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
367 unsigned int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
368 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
369 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
370 #endif
371
372 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
373
374 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
375 /*
376  * During boot we initialize deferred pages on-demand, as needed, but once
377  * page_alloc_init_late() has finished, the deferred pages are all initialized,
378  * and we can permanently disable that path.
379  */
380 static DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(deferred_pages);
381
382 static inline bool deferred_pages_enabled(void)
383 {
384         return static_branch_unlikely(&deferred_pages);
385 }
386
387 /* Returns true if the struct page for the pfn is uninitialised */
388 static inline bool __meminit early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
389 {
390         int nid = early_pfn_to_nid(pfn);
391
392         if (node_online(nid) && pfn >= NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn)
393                 return true;
394
395         return false;
396 }
397
398 /*
399  * Returns true when the remaining initialisation should be deferred until
400  * later in the boot cycle when it can be parallelised.
401  */
402 static bool __meminit
403 defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
404 {
405         static unsigned long prev_end_pfn, nr_initialised;
406
407         /*
408          * prev_end_pfn static that contains the end of previous zone
409          * No need to protect because called very early in boot before smp_init.
410          */
411         if (prev_end_pfn != end_pfn) {
412                 prev_end_pfn = end_pfn;
413                 nr_initialised = 0;
414         }
415
416         /* Always populate low zones for address-constrained allocations */
417         if (end_pfn < pgdat_end_pfn(NODE_DATA(nid)))
418                 return false;
419
420         if (NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn != ULONG_MAX)
421                 return true;
422         /*
423          * We start only with one section of pages, more pages are added as
424          * needed until the rest of deferred pages are initialized.
425          */
426         nr_initialised++;
427         if ((nr_initialised > PAGES_PER_SECTION) &&
428             (pfn & (PAGES_PER_SECTION - 1)) == 0) {
429                 NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn = pfn;
430                 return true;
431         }
432         return false;
433 }
434 #else
435 static inline bool deferred_pages_enabled(void)
436 {
437         return false;
438 }
439
440 static inline bool early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
441 {
442         return false;
443 }
444
445 static inline bool defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
446 {
447         return false;
448 }
449 #endif
450
451 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
452 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(const struct page *page,
453                                                         unsigned long pfn)
454 {
455 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
456         return section_to_usemap(__pfn_to_section(pfn));
457 #else
458         return page_zone(page)->pageblock_flags;
459 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
460 }
461
462 static inline int pfn_to_bitidx(const struct page *page, unsigned long pfn)
463 {
464 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
465         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
466 #else
467         pfn = pfn - round_down(page_zone(page)->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
468 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
469         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
470 }
471
472 static __always_inline
473 unsigned long __get_pfnblock_flags_mask(const struct page *page,
474                                         unsigned long pfn,
475                                         unsigned long mask)
476 {
477         unsigned long *bitmap;
478         unsigned long bitidx, word_bitidx;
479         unsigned long word;
480
481         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
482         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
483         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
484         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
485         /*
486          * This races, without locks, with set_pfnblock_flags_mask(). Ensure
487          * a consistent read of the memory array, so that results, even though
488          * racy, are not corrupted.
489          */
490         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
491         return (word >> bitidx) & mask;
492 }
493
494 /**
495  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
496  * @page: The page within the block of interest
497  * @pfn: The target page frame number
498  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
499  *
500  * Return: pageblock_bits flags
501  */
502 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(const struct page *page,
503                                         unsigned long pfn, unsigned long mask)
504 {
505         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, mask);
506 }
507
508 static __always_inline int get_pfnblock_migratetype(const struct page *page,
509                                         unsigned long pfn)
510 {
511         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, MIGRATETYPE_MASK);
512 }
513
514 /**
515  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
516  * @page: The page within the block of interest
517  * @flags: The flags to set
518  * @pfn: The target page frame number
519  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
520  */
521 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
522                                         unsigned long pfn,
523                                         unsigned long mask)
524 {
525         unsigned long *bitmap;
526         unsigned long bitidx, word_bitidx;
527         unsigned long old_word, word;
528
529         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
530         BUILD_BUG_ON(MIGRATE_TYPES > (1 << PB_migratetype_bits));
531
532         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
533         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
534         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
535         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
536
537         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(page_zone(page), pfn), page);
538
539         mask <<= bitidx;
540         flags <<= bitidx;
541
542         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
543         for (;;) {
544                 old_word = cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], word, (word & ~mask) | flags);
545                 if (word == old_word)
546                         break;
547                 word = old_word;
548         }
549 }
550
551 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
552 {
553         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
554                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
555                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
556
557         set_pfnblock_flags_mask(page, (unsigned long)migratetype,
558                                 page_to_pfn(page), MIGRATETYPE_MASK);
559 }
560
561 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
562 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
563 {
564         int ret = 0;
565         unsigned seq;
566         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
567         unsigned long sp, start_pfn;
568
569         do {
570                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
571                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
572                 sp = zone->spanned_pages;
573                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
574                         ret = 1;
575         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
576
577         if (ret)
578                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
579                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
580                         start_pfn, start_pfn + sp);
581
582         return ret;
583 }
584
585 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
586 {
587         if (zone != page_zone(page))
588                 return 0;
589
590         return 1;
591 }
592 /*
593  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
594  */
595 static int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
596 {
597         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
598                 return 1;
599         if (!page_is_consistent(zone, page))
600                 return 1;
601
602         return 0;
603 }
604 #else
605 static inline int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
606 {
607         return 0;
608 }
609 #endif
610
611 static void bad_page(struct page *page, const char *reason)
612 {
613         static unsigned long resume;
614         static unsigned long nr_shown;
615         static unsigned long nr_unshown;
616
617         /*
618          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
619          * or allow a steady drip of one report per second.
620          */
621         if (nr_shown == 60) {
622                 if (time_before(jiffies, resume)) {
623                         nr_unshown++;
624                         goto out;
625                 }
626                 if (nr_unshown) {
627                         pr_alert(
628                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
629                                 nr_unshown);
630                         nr_unshown = 0;
631                 }
632                 nr_shown = 0;
633         }
634         if (nr_shown++ == 0)
635                 resume = jiffies + 60 * HZ;
636
637         pr_alert("BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
638                 current->comm, page_to_pfn(page));
639         dump_page(page, reason);
640
641         print_modules();
642         dump_stack();
643 out:
644         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
645         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
646         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
647 }
648
649 static inline unsigned int order_to_pindex(int migratetype, int order)
650 {
651         int base = order;
652
653 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
654         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) {
655                 VM_BUG_ON(order != pageblock_order);
656                 base = PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER + 1;
657         }
658 #else
659         VM_BUG_ON(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
660 #endif
661
662         return (MIGRATE_PCPTYPES * base) + migratetype;
663 }
664
665 static inline int pindex_to_order(unsigned int pindex)
666 {
667         int order = pindex / MIGRATE_PCPTYPES;
668
669 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
670         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
671                 order = pageblock_order;
672 #else
673         VM_BUG_ON(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
674 #endif
675
676         return order;
677 }
678
679 static inline bool pcp_allowed_order(unsigned int order)
680 {
681         if (order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
682                 return true;
683 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
684         if (order == pageblock_order)
685                 return true;
686 #endif
687         return false;
688 }
689
690 static inline void free_the_page(struct page *page, unsigned int order)
691 {
692         if (pcp_allowed_order(order))           /* Via pcp? */
693                 free_unref_page(page, order);
694         else
695                 __free_pages_ok(page, order, FPI_NONE);
696 }
697
698 /*
699  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
700  *
701  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page" and have PG_head set.
702  *
703  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages". PageTail() is encoded
704  * in bit 0 of page->compound_head. The rest of bits is pointer to head page.
705  *
706  * The first tail page's ->compound_dtor holds the offset in array of compound
707  * page destructors. See compound_page_dtors.
708  *
709  * The first tail page's ->compound_order holds the order of allocation.
710  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
711  */
712
713 void free_compound_page(struct page *page)
714 {
715         mem_cgroup_uncharge(page_folio(page));
716         free_the_page(page, compound_order(page));
717 }
718
719 static void prep_compound_head(struct page *page, unsigned int order)
720 {
721         set_compound_page_dtor(page, COMPOUND_PAGE_DTOR);
722         set_compound_order(page, order);
723         atomic_set(compound_mapcount_ptr(page), -1);
724         atomic_set(compound_pincount_ptr(page), 0);
725 }
726
727 static void prep_compound_tail(struct page *head, int tail_idx)
728 {
729         struct page *p = head + tail_idx;
730
731         p->mapping = TAIL_MAPPING;
732         set_compound_head(p, head);
733 }
734
735 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned int order)
736 {
737         int i;
738         int nr_pages = 1 << order;
739
740         __SetPageHead(page);
741         for (i = 1; i < nr_pages; i++)
742                 prep_compound_tail(page, i);
743
744         prep_compound_head(page, order);
745 }
746
747 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
748 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
749
750 bool _debug_pagealloc_enabled_early __read_mostly
751                         = IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC_ENABLE_DEFAULT);
752 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled_early);
753 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(_debug_pagealloc_enabled);
754 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled);
755
756 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(_debug_guardpage_enabled);
757
758 static int __init early_debug_pagealloc(char *buf)
759 {
760         return kstrtobool(buf, &_debug_pagealloc_enabled_early);
761 }
762 early_param("debug_pagealloc", early_debug_pagealloc);
763
764 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
765 {
766         unsigned long res;
767
768         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
769                 pr_err("Bad debug_guardpage_minorder value\n");
770                 return 0;
771         }
772         _debug_guardpage_minorder = res;
773         pr_info("Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
774         return 0;
775 }
776 early_param("debug_guardpage_minorder", debug_guardpage_minorder_setup);
777
778 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
779                                 unsigned int order, int migratetype)
780 {
781         if (!debug_guardpage_enabled())
782                 return false;
783
784         if (order >= debug_guardpage_minorder())
785                 return false;
786
787         __SetPageGuard(page);
788         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
789         set_page_private(page, order);
790         /* Guard pages are not available for any usage */
791         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order), migratetype);
792
793         return true;
794 }
795
796 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
797                                 unsigned int order, int migratetype)
798 {
799         if (!debug_guardpage_enabled())
800                 return;
801
802         __ClearPageGuard(page);
803
804         set_page_private(page, 0);
805         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
806                 __mod_zone_freepage_state(zone, (1 << order), migratetype);
807 }
808 #else
809 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
810                         unsigned int order, int migratetype) { return false; }
811 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
812                                 unsigned int order, int migratetype) {}
813 #endif
814
815 /*
816  * Enable static keys related to various memory debugging and hardening options.
817  * Some override others, and depend on early params that are evaluated in the
818  * order of appearance. So we need to first gather the full picture of what was
819  * enabled, and then make decisions.
820  */
821 void init_mem_debugging_and_hardening(void)
822 {
823         bool page_poisoning_requested = false;
824
825 #ifdef CONFIG_PAGE_POISONING
826         /*
827          * Page poisoning is debug page alloc for some arches. If
828          * either of those options are enabled, enable poisoning.
829          */
830         if (page_poisoning_enabled() ||
831              (!IS_ENABLED(CONFIG_ARCH_SUPPORTS_DEBUG_PAGEALLOC) &&
832               debug_pagealloc_enabled())) {
833                 static_branch_enable(&_page_poisoning_enabled);
834                 page_poisoning_requested = true;
835         }
836 #endif
837
838         if ((_init_on_alloc_enabled_early || _init_on_free_enabled_early) &&
839             page_poisoning_requested) {
840                 pr_info("mem auto-init: CONFIG_PAGE_POISONING is on, "
841                         "will take precedence over init_on_alloc and init_on_free\n");
842                 _init_on_alloc_enabled_early = false;
843                 _init_on_free_enabled_early = false;
844         }
845
846         if (_init_on_alloc_enabled_early)
847                 static_branch_enable(&init_on_alloc);
848         else
849                 static_branch_disable(&init_on_alloc);
850
851         if (_init_on_free_enabled_early)
852                 static_branch_enable(&init_on_free);
853         else
854                 static_branch_disable(&init_on_free);
855
856 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
857         if (!debug_pagealloc_enabled())
858                 return;
859
860         static_branch_enable(&_debug_pagealloc_enabled);
861
862         if (!debug_guardpage_minorder())
863                 return;
864
865         static_branch_enable(&_debug_guardpage_enabled);
866 #endif
867 }
868
869 static inline void set_buddy_order(struct page *page, unsigned int order)
870 {
871         set_page_private(page, order);
872         __SetPageBuddy(page);
873 }
874
875 #ifdef CONFIG_COMPACTION
876 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
877 {
878         struct capture_control *capc = current->capture_control;
879
880         return unlikely(capc) &&
881                 !(current->flags & PF_KTHREAD) &&
882                 !capc->page &&
883                 capc->cc->zone == zone ? capc : NULL;
884 }
885
886 static inline bool
887 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
888                    int order, int migratetype)
889 {
890         if (!capc || order != capc->cc->order)
891                 return false;
892
893         /* Do not accidentally pollute CMA or isolated regions*/
894         if (is_migrate_cma(migratetype) ||
895             is_migrate_isolate(migratetype))
896                 return false;
897
898         /*
899          * Do not let lower order allocations pollute a movable pageblock.
900          * This might let an unmovable request use a reclaimable pageblock
901          * and vice-versa but no more than normal fallback logic which can
902          * have trouble finding a high-order free page.
903          */
904         if (order < pageblock_order && migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
905                 return false;
906
907         capc->page = page;
908         return true;
909 }
910
911 #else
912 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
913 {
914         return NULL;
915 }
916
917 static inline bool
918 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
919                    int order, int migratetype)
920 {
921         return false;
922 }
923 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
924
925 /* Used for pages not on another list */
926 static inline void add_to_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
927                                     unsigned int order, int migratetype)
928 {
929         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
930
931         list_add(&page->lru, &area->free_list[migratetype]);
932         area->nr_free++;
933 }
934
935 /* Used for pages not on another list */
936 static inline void add_to_free_list_tail(struct page *page, struct zone *zone,
937                                          unsigned int order, int migratetype)
938 {
939         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
940
941         list_add_tail(&page->lru, &area->free_list[migratetype]);
942         area->nr_free++;
943 }
944
945 /*
946  * Used for pages which are on another list. Move the pages to the tail
947  * of the list - so the moved pages won't immediately be considered for
948  * allocation again (e.g., optimization for memory onlining).
949  */
950 static inline void move_to_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
951                                      unsigned int order, int migratetype)
952 {
953         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
954
955         list_move_tail(&page->lru, &area->free_list[migratetype]);
956 }
957
958 static inline void del_page_from_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
959                                            unsigned int order)
960 {
961         /* clear reported state and update reported page count */
962         if (page_reported(page))
963                 __ClearPageReported(page);
964
965         list_del(&page->lru);
966         __ClearPageBuddy(page);
967         set_page_private(page, 0);
968         zone->free_area[order].nr_free--;
969 }
970
971 /*
972  * If this is not the largest possible page, check if the buddy
973  * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
974  * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
975  * that is happening, add the free page to the tail of the list
976  * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
977  * as a higher order page
978  */
979 static inline bool
980 buddy_merge_likely(unsigned long pfn, unsigned long buddy_pfn,
981                    struct page *page, unsigned int order)
982 {
983         unsigned long higher_page_pfn;
984         struct page *higher_page;
985
986         if (order >= MAX_ORDER - 2)
987                 return false;
988
989         higher_page_pfn = buddy_pfn & pfn;
990         higher_page = page + (higher_page_pfn - pfn);
991
992         return find_buddy_page_pfn(higher_page, higher_page_pfn, order + 1,
993                         NULL) != NULL;
994 }
995
996 /*
997  * Freeing function for a buddy system allocator.
998  *
999  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
1000  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
1001  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
1002  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
1003  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
1004  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
1005  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
1006  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
1007  * parts of the VM system.
1008  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
1009  * free pages of length of (1 << order) and marked with PageBuddy.
1010  * Page's order is recorded in page_private(page) field.
1011  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
1012  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
1013  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
1014  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
1015  * triggers coalescing into a block of larger size.
1016  *
1017  * -- nyc
1018  */
1019
1020 static inline void __free_one_page(struct page *page,
1021                 unsigned long pfn,
1022                 struct zone *zone, unsigned int order,
1023                 int migratetype, fpi_t fpi_flags)
1024 {
1025         struct capture_control *capc = task_capc(zone);
1026         unsigned long buddy_pfn;
1027         unsigned long combined_pfn;
1028         struct page *buddy;
1029         bool to_tail;
1030
1031         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
1032         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
1033
1034         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
1035         if (likely(!is_migrate_isolate(migratetype)))
1036                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
1037
1038         VM_BUG_ON_PAGE(pfn & ((1 << order) - 1), page);
1039         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
1040
1041         while (order < MAX_ORDER - 1) {
1042                 if (compaction_capture(capc, page, order, migratetype)) {
1043                         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
1044                                                                 migratetype);
1045                         return;
1046                 }
1047
1048                 buddy = find_buddy_page_pfn(page, pfn, order, &buddy_pfn);
1049                 if (!buddy)
1050                         goto done_merging;
1051
1052                 if (unlikely(order >= pageblock_order)) {
1053                         /*
1054                          * We want to prevent merge between freepages on pageblock
1055                          * without fallbacks and normal pageblock. Without this,
1056                          * pageblock isolation could cause incorrect freepage or CMA
1057                          * accounting or HIGHATOMIC accounting.
1058                          */
1059                         int buddy_mt = get_pageblock_migratetype(buddy);
1060
1061                         if (migratetype != buddy_mt
1062                                         && (!migratetype_is_mergeable(migratetype) ||
1063                                                 !migratetype_is_mergeable(buddy_mt)))
1064                                 goto done_merging;
1065                 }
1066
1067                 /*
1068                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
1069                  * merge with it and move up one order.
1070                  */
1071                 if (page_is_guard(buddy))
1072                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
1073                 else
1074                         del_page_from_free_list(buddy, zone, order);
1075                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
1076                 page = page + (combined_pfn - pfn);
1077                 pfn = combined_pfn;
1078                 order++;
1079         }
1080
1081 done_merging:
1082         set_buddy_order(page, order);
1083
1084         if (fpi_flags & FPI_TO_TAIL)
1085                 to_tail = true;
1086         else if (is_shuffle_order(order))
1087                 to_tail = shuffle_pick_tail();
1088         else
1089                 to_tail = buddy_merge_likely(pfn, buddy_pfn, page, order);
1090
1091         if (to_tail)
1092                 add_to_free_list_tail(page, zone, order, migratetype);
1093         else
1094                 add_to_free_list(page, zone, order, migratetype);
1095
1096         /* Notify page reporting subsystem of freed page */
1097         if (!(fpi_flags & FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY))
1098                 page_reporting_notify_free(order);
1099 }
1100
1101 /**
1102  * split_free_page() -- split a free page at split_pfn_offset
1103  * @free_page:          the original free page
1104  * @order:              the order of the page
1105  * @split_pfn_offset:   split offset within the page
1106  *
1107  * Return -ENOENT if the free page is changed, otherwise 0
1108  *
1109  * It is used when the free page crosses two pageblocks with different migratetypes
1110  * at split_pfn_offset within the page. The split free page will be put into
1111  * separate migratetype lists afterwards. Otherwise, the function achieves
1112  * nothing.
1113  */
1114 int split_free_page(struct page *free_page,
1115                         unsigned int order, unsigned long split_pfn_offset)
1116 {
1117         struct zone *zone = page_zone(free_page);
1118         unsigned long free_page_pfn = page_to_pfn(free_page);
1119         unsigned long pfn;
1120         unsigned long flags;
1121         int free_page_order;
1122         int mt;
1123         int ret = 0;
1124
1125         if (split_pfn_offset == 0)
1126                 return ret;
1127
1128         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1129
1130         if (!PageBuddy(free_page) || buddy_order(free_page) != order) {
1131                 ret = -ENOENT;
1132                 goto out;
1133         }
1134
1135         mt = get_pageblock_migratetype(free_page);
1136         if (likely(!is_migrate_isolate(mt)))
1137                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
1138
1139         del_page_from_free_list(free_page, zone, order);
1140         for (pfn = free_page_pfn;
1141              pfn < free_page_pfn + (1UL << order);) {
1142                 int mt = get_pfnblock_migratetype(pfn_to_page(pfn), pfn);
1143
1144                 free_page_order = min_t(unsigned int,
1145                                         pfn ? __ffs(pfn) : order,
1146                                         __fls(split_pfn_offset));
1147                 __free_one_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zone, free_page_order,
1148                                 mt, FPI_NONE);
1149                 pfn += 1UL << free_page_order;
1150                 split_pfn_offset -= (1UL << free_page_order);
1151                 /* we have done the first part, now switch to second part */
1152                 if (split_pfn_offset == 0)
1153                         split_pfn_offset = (1UL << order) - (pfn - free_page_pfn);
1154         }
1155 out:
1156         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1157         return ret;
1158 }
1159 /*
1160  * A bad page could be due to a number of fields. Instead of multiple branches,
1161  * try and check multiple fields with one check. The caller must do a detailed
1162  * check if necessary.
1163  */
1164 static inline bool page_expected_state(struct page *page,
1165                                         unsigned long check_flags)
1166 {
1167         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1168                 return false;
1169
1170         if (unlikely((unsigned long)page->mapping |
1171                         page_ref_count(page) |
1172 #ifdef CONFIG_MEMCG
1173                         page->memcg_data |
1174 #endif
1175                         (page->flags & check_flags)))
1176                 return false;
1177
1178         return true;
1179 }
1180
1181 static const char *page_bad_reason(struct page *page, unsigned long flags)
1182 {
1183         const char *bad_reason = NULL;
1184
1185         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1186                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1187         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1188                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1189         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
1190                 bad_reason = "nonzero _refcount";
1191         if (unlikely(page->flags & flags)) {
1192                 if (flags == PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)
1193                         bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag(s) set";
1194                 else
1195                         bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
1196         }
1197 #ifdef CONFIG_MEMCG
1198         if (unlikely(page->memcg_data))
1199                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
1200 #endif
1201         return bad_reason;
1202 }
1203
1204 static void check_free_page_bad(struct page *page)
1205 {
1206         bad_page(page,
1207                  page_bad_reason(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE));
1208 }
1209
1210 static inline int check_free_page(struct page *page)
1211 {
1212         if (likely(page_expected_state(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)))
1213                 return 0;
1214
1215         /* Something has gone sideways, find it */
1216         check_free_page_bad(page);
1217         return 1;
1218 }
1219
1220 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
1221 {
1222         int ret = 1;
1223
1224         /*
1225          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
1226          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
1227          */
1228         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
1229
1230         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM)) {
1231                 ret = 0;
1232                 goto out;
1233         }
1234         switch (page - head_page) {
1235         case 1:
1236                 /* the first tail page: ->mapping may be compound_mapcount() */
1237                 if (unlikely(compound_mapcount(page))) {
1238                         bad_page(page, "nonzero compound_mapcount");
1239                         goto out;
1240                 }
1241                 break;
1242         case 2:
1243                 /*
1244                  * the second tail page: ->mapping is
1245                  * deferred_list.next -- ignore value.
1246                  */
1247                 break;
1248         default:
1249                 if (page->mapping != TAIL_MAPPING) {
1250                         bad_page(page, "corrupted mapping in tail page");
1251                         goto out;
1252                 }
1253                 break;
1254         }
1255         if (unlikely(!PageTail(page))) {
1256                 bad_page(page, "PageTail not set");
1257                 goto out;
1258         }
1259         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
1260                 bad_page(page, "compound_head not consistent");
1261                 goto out;
1262         }
1263         ret = 0;
1264 out:
1265         page->mapping = NULL;
1266         clear_compound_head(page);
1267         return ret;
1268 }
1269
1270 /*
1271  * Skip KASAN memory poisoning when either:
1272  *
1273  * 1. Deferred memory initialization has not yet completed,
1274  *    see the explanation below.
1275  * 2. Skipping poisoning is requested via FPI_SKIP_KASAN_POISON,
1276  *    see the comment next to it.
1277  * 3. Skipping poisoning is requested via __GFP_SKIP_KASAN_POISON,
1278  *    see the comment next to it.
1279  *
1280  * Poisoning pages during deferred memory init will greatly lengthen the
1281  * process and cause problem in large memory systems as the deferred pages
1282  * initialization is done with interrupt disabled.
1283  *
1284  * Assuming that there will be no reference to those newly initialized
1285  * pages before they are ever allocated, this should have no effect on
1286  * KASAN memory tracking as the poison will be properly inserted at page
1287  * allocation time. The only corner case is when pages are allocated by
1288  * on-demand allocation and then freed again before the deferred pages
1289  * initialization is done, but this is not likely to happen.
1290  */
1291 static inline bool should_skip_kasan_poison(struct page *page, fpi_t fpi_flags)
1292 {
1293         return deferred_pages_enabled() ||
1294                (!IS_ENABLED(CONFIG_KASAN_GENERIC) &&
1295                 (fpi_flags & FPI_SKIP_KASAN_POISON)) ||
1296                PageSkipKASanPoison(page);
1297 }
1298
1299 static void kernel_init_free_pages(struct page *page, int numpages)
1300 {
1301         int i;
1302
1303         /* s390's use of memset() could override KASAN redzones. */
1304         kasan_disable_current();
1305         for (i = 0; i < numpages; i++) {
1306                 u8 tag = page_kasan_tag(page + i);
1307                 page_kasan_tag_reset(page + i);
1308                 clear_highpage(page + i);
1309                 page_kasan_tag_set(page + i, tag);
1310         }
1311         kasan_enable_current();
1312 }
1313
1314 static __always_inline bool free_pages_prepare(struct page *page,
1315                         unsigned int order, bool check_free, fpi_t fpi_flags)
1316 {
1317         int bad = 0;
1318         bool init = want_init_on_free();
1319
1320         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
1321
1322         trace_mm_page_free(page, order);
1323
1324         if (unlikely(PageHWPoison(page)) && !order) {
1325                 /*
1326                  * Do not let hwpoison pages hit pcplists/buddy
1327                  * Untie memcg state and reset page's owner
1328                  */
1329                 if (memcg_kmem_enabled() && PageMemcgKmem(page))
1330                         __memcg_kmem_uncharge_page(page, order);
1331                 reset_page_owner(page, order);
1332                 page_table_check_free(page, order);
1333                 return false;
1334         }
1335
1336         /*
1337          * Check tail pages before head page information is cleared to
1338          * avoid checking PageCompound for order-0 pages.
1339          */
1340         if (unlikely(order)) {
1341                 bool compound = PageCompound(page);
1342                 int i;
1343
1344                 VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
1345
1346                 if (compound) {
1347                         ClearPageDoubleMap(page);
1348                         ClearPageHasHWPoisoned(page);
1349                 }
1350                 for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1351                         if (compound)
1352                                 bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
1353                         if (unlikely(check_free_page(page + i))) {
1354                                 bad++;
1355                                 continue;
1356                         }
1357                         (page + i)->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1358                 }
1359         }
1360         if (PageMappingFlags(page))
1361                 page->mapping = NULL;
1362         if (memcg_kmem_enabled() && PageMemcgKmem(page))
1363                 __memcg_kmem_uncharge_page(page, order);
1364         if (check_free)
1365                 bad += check_free_page(page);
1366         if (bad)
1367                 return false;
1368
1369         page_cpupid_reset_last(page);
1370         page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1371         reset_page_owner(page, order);
1372         page_table_check_free(page, order);
1373
1374         if (!PageHighMem(page)) {
1375                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1376                                            PAGE_SIZE << order);
1377                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1378                                            PAGE_SIZE << order);
1379         }
1380
1381         kernel_poison_pages(page, 1 << order);
1382
1383         /*
1384          * As memory initialization might be integrated into KASAN,
1385          * KASAN poisoning and memory initialization code must be
1386          * kept together to avoid discrepancies in behavior.
1387          *
1388          * With hardware tag-based KASAN, memory tags must be set before the
1389          * page becomes unavailable via debug_pagealloc or arch_free_page.
1390          */
1391         if (!should_skip_kasan_poison(page, fpi_flags)) {
1392                 kasan_poison_pages(page, order, init);
1393
1394                 /* Memory is already initialized if KASAN did it internally. */
1395                 if (kasan_has_integrated_init())
1396                         init = false;
1397         }
1398         if (init)
1399                 kernel_init_free_pages(page, 1 << order);
1400
1401         /*
1402          * arch_free_page() can make the page's contents inaccessible.  s390
1403          * does this.  So nothing which can access the page's contents should
1404          * happen after this.
1405          */
1406         arch_free_page(page, order);
1407
1408         debug_pagealloc_unmap_pages(page, 1 << order);
1409
1410         return true;
1411 }
1412
1413 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1414 /*
1415  * With DEBUG_VM enabled, order-0 pages are checked immediately when being freed
1416  * to pcp lists. With debug_pagealloc also enabled, they are also rechecked when
1417  * moved from pcp lists to free lists.
1418  */
1419 static bool free_pcp_prepare(struct page *page, unsigned int order)
1420 {
1421         return free_pages_prepare(page, order, true, FPI_NONE);
1422 }
1423
1424 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1425 {
1426         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1427                 return check_free_page(page);
1428         else
1429                 return false;
1430 }
1431 #else
1432 /*
1433  * With DEBUG_VM disabled, order-0 pages being freed are checked only when
1434  * moving from pcp lists to free list in order to reduce overhead. With
1435  * debug_pagealloc enabled, they are checked also immediately when being freed
1436  * to the pcp lists.
1437  */
1438 static bool free_pcp_prepare(struct page *page, unsigned int order)
1439 {
1440         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1441                 return free_pages_prepare(page, order, true, FPI_NONE);
1442         else
1443                 return free_pages_prepare(page, order, false, FPI_NONE);
1444 }
1445
1446 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1447 {
1448         return check_free_page(page);
1449 }
1450 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1451
1452 /*
1453  * Frees a number of pages from the PCP lists
1454  * Assumes all pages on list are in same zone.
1455  * count is the number of pages to free.
1456  */
1457 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
1458                                         struct per_cpu_pages *pcp,
1459                                         int pindex)
1460 {
1461         int min_pindex = 0;
1462         int max_pindex = NR_PCP_LISTS - 1;
1463         unsigned int order;
1464         bool isolated_pageblocks;
1465         struct page *page;
1466
1467         /*
1468          * Ensure proper count is passed which otherwise would stuck in the
1469          * below while (list_empty(list)) loop.
1470          */
1471         count = min(pcp->count, count);
1472
1473         /* Ensure requested pindex is drained first. */
1474         pindex = pindex - 1;
1475
1476         /*
1477          * local_lock_irq held so equivalent to spin_lock_irqsave for
1478          * both PREEMPT_RT and non-PREEMPT_RT configurations.
1479          */
1480         spin_lock(&zone->lock);
1481         isolated_pageblocks = has_isolate_pageblock(zone);
1482
1483         while (count > 0) {
1484                 struct list_head *list;
1485                 int nr_pages;
1486
1487                 /* Remove pages from lists in a round-robin fashion. */
1488                 do {
1489                         if (++pindex > max_pindex)
1490                                 pindex = min_pindex;
1491                         list = &pcp->lists[pindex];
1492                         if (!list_empty(list))
1493                                 break;
1494
1495                         if (pindex == max_pindex)
1496                                 max_pindex--;
1497                         if (pindex == min_pindex)
1498                                 min_pindex++;
1499                 } while (1);
1500
1501                 order = pindex_to_order(pindex);
1502                 nr_pages = 1 << order;
1503                 BUILD_BUG_ON(MAX_ORDER >= (1<<NR_PCP_ORDER_WIDTH));
1504                 do {
1505                         int mt;
1506
1507                         page = list_last_entry(list, struct page, lru);
1508                         mt = get_pcppage_migratetype(page);
1509
1510                         /* must delete to avoid corrupting pcp list */
1511                         list_del(&page->lru);
1512                         count -= nr_pages;
1513                         pcp->count -= nr_pages;
1514
1515                         if (bulkfree_pcp_prepare(page))
1516                                 continue;
1517
1518                         /* MIGRATE_ISOLATE page should not go to pcplists */
1519                         VM_BUG_ON_PAGE(is_migrate_isolate(mt), page);
1520                         /* Pageblock could have been isolated meanwhile */
1521                         if (unlikely(isolated_pageblocks))
1522                                 mt = get_pageblock_migratetype(page);
1523
1524                         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, order, mt, FPI_NONE);
1525                         trace_mm_page_pcpu_drain(page, order, mt);
1526                 } while (count > 0 && !list_empty(list));
1527         }
1528
1529         spin_unlock(&zone->lock);
1530 }
1531
1532 static void free_one_page(struct zone *zone,
1533                                 struct page *page, unsigned long pfn,
1534                                 unsigned int order,
1535                                 int migratetype, fpi_t fpi_flags)
1536 {
1537         unsigned long flags;
1538
1539         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1540         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1541                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1542                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1543         }
1544         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype, fpi_flags);
1545         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1546 }
1547
1548 static void __meminit __init_single_page(struct page *page, unsigned long pfn,
1549                                 unsigned long zone, int nid)
1550 {
1551         mm_zero_struct_page(page);
1552         set_page_links(page, zone, nid, pfn);
1553         init_page_count(page);
1554         page_mapcount_reset(page);
1555         page_cpupid_reset_last(page);
1556         page_kasan_tag_reset(page);
1557
1558         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1559 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
1560         /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
1561         if (!is_highmem_idx(zone))
1562                 set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
1563 #endif
1564 }
1565
1566 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1567 static void __meminit init_reserved_page(unsigned long pfn)
1568 {
1569         pg_data_t *pgdat;
1570         int nid, zid;
1571
1572         if (!early_page_uninitialised(pfn))
1573                 return;
1574
1575         nid = early_pfn_to_nid(pfn);
1576         pgdat = NODE_DATA(nid);
1577
1578         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1579                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zid];
1580
1581                 if (zone_spans_pfn(zone, pfn))
1582                         break;
1583         }
1584         __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zid, nid);
1585 }
1586 #else
1587 static inline void init_reserved_page(unsigned long pfn)
1588 {
1589 }
1590 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1591
1592 /*
1593  * Initialised pages do not have PageReserved set. This function is
1594  * called for each range allocated by the bootmem allocator and
1595  * marks the pages PageReserved. The remaining valid pages are later
1596  * sent to the buddy page allocator.
1597  */
1598 void __meminit reserve_bootmem_region(phys_addr_t start, phys_addr_t end)
1599 {
1600         unsigned long start_pfn = PFN_DOWN(start);
1601         unsigned long end_pfn = PFN_UP(end);
1602
1603         for (; start_pfn < end_pfn; start_pfn++) {
1604                 if (pfn_valid(start_pfn)) {
1605                         struct page *page = pfn_to_page(start_pfn);
1606
1607                         init_reserved_page(start_pfn);
1608
1609                         /* Avoid false-positive PageTail() */
1610                         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1611
1612                         /*
1613                          * no need for atomic set_bit because the struct
1614                          * page is not visible yet so nobody should
1615                          * access it yet.
1616                          */
1617                         __SetPageReserved(page);
1618                 }
1619         }
1620 }
1621
1622 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order,
1623                             fpi_t fpi_flags)
1624 {
1625         unsigned long flags;
1626         int migratetype;
1627         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1628         struct zone *zone = page_zone(page);
1629
1630         if (!free_pages_prepare(page, order, true, fpi_flags))
1631                 return;
1632
1633         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1634
1635         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1636         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1637                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1638                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1639         }
1640         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype, fpi_flags);
1641         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1642
1643         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1644 }
1645
1646 void __free_pages_core(struct page *page, unsigned int order)
1647 {
1648         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1649         struct page *p = page;
1650         unsigned int loop;
1651
1652         /*
1653          * When initializing the memmap, __init_single_page() sets the refcount
1654          * of all pages to 1 ("allocated"/"not free"). We have to set the
1655          * refcount of all involved pages to 0.
1656          */
1657         prefetchw(p);
1658         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1659                 prefetchw(p + 1);
1660                 __ClearPageReserved(p);
1661                 set_page_count(p, 0);
1662         }
1663         __ClearPageReserved(p);
1664         set_page_count(p, 0);
1665
1666         atomic_long_add(nr_pages, &page_zone(page)->managed_pages);
1667
1668         /*
1669          * Bypass PCP and place fresh pages right to the tail, primarily
1670          * relevant for memory onlining.
1671          */
1672         __free_pages_ok(page, order, FPI_TO_TAIL | FPI_SKIP_KASAN_POISON);
1673 }
1674
1675 #ifdef CONFIG_NUMA
1676
1677 /*
1678  * During memory init memblocks map pfns to nids. The search is expensive and
1679  * this caches recent lookups. The implementation of __early_pfn_to_nid
1680  * treats start/end as pfns.
1681  */
1682 struct mminit_pfnnid_cache {
1683         unsigned long last_start;
1684         unsigned long last_end;
1685         int last_nid;
1686 };
1687
1688 static struct mminit_pfnnid_cache early_pfnnid_cache __meminitdata;
1689
1690 /*
1691  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
1692  */
1693 static int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn,
1694                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1695 {
1696         unsigned long start_pfn, end_pfn;
1697         int nid;
1698
1699         if (state->last_start <= pfn && pfn < state->last_end)
1700                 return state->last_nid;
1701
1702         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
1703         if (nid != NUMA_NO_NODE) {
1704                 state->last_start = start_pfn;
1705                 state->last_end = end_pfn;
1706                 state->last_nid = nid;
1707         }
1708
1709         return nid;
1710 }
1711
1712 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
1713 {
1714         static DEFINE_SPINLOCK(early_pfn_lock);
1715         int nid;
1716
1717         spin_lock(&early_pfn_lock);
1718         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1719         if (nid < 0)
1720                 nid = first_online_node;
1721         spin_unlock(&early_pfn_lock);
1722
1723         return nid;
1724 }
1725 #endif /* CONFIG_NUMA */
1726
1727 void __init memblock_free_pages(struct page *page, unsigned long pfn,
1728                                                         unsigned int order)
1729 {
1730         if (early_page_uninitialised(pfn))
1731                 return;
1732         __free_pages_core(page, order);
1733 }
1734
1735 /*
1736  * Check that the whole (or subset of) a pageblock given by the interval of
1737  * [start_pfn, end_pfn) is valid and within the same zone, before scanning it
1738  * with the migration of free compaction scanner.
1739  *
1740  * Return struct page pointer of start_pfn, or NULL if checks were not passed.
1741  *
1742  * It's possible on some configurations to have a setup like node0 node1 node0
1743  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of pages do not
1744  * belong to a single zone. We assume that a border between node0 and node1
1745  * can occur within a single pageblock, but not a node0 node1 node0
1746  * interleaving within a single pageblock. It is therefore sufficient to check
1747  * the first and last page of a pageblock and avoid checking each individual
1748  * page in a pageblock.
1749  */
1750 struct page *__pageblock_pfn_to_page(unsigned long start_pfn,
1751                                      unsigned long end_pfn, struct zone *zone)
1752 {
1753         struct page *start_page;
1754         struct page *end_page;
1755
1756         /* end_pfn is one past the range we are checking */
1757         end_pfn--;
1758
1759         if (!pfn_valid(start_pfn) || !pfn_valid(end_pfn))
1760                 return NULL;
1761
1762         start_page = pfn_to_online_page(start_pfn);
1763         if (!start_page)
1764                 return NULL;
1765
1766         if (page_zone(start_page) != zone)
1767                 return NULL;
1768
1769         end_page = pfn_to_page(end_pfn);
1770
1771         /* This gives a shorter code than deriving page_zone(end_page) */
1772         if (page_zone_id(start_page) != page_zone_id(end_page))
1773                 return NULL;
1774
1775         return start_page;
1776 }
1777
1778 void set_zone_contiguous(struct zone *zone)
1779 {
1780         unsigned long block_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
1781         unsigned long block_end_pfn;
1782
1783         block_end_pfn = ALIGN(block_start_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
1784         for (; block_start_pfn < zone_end_pfn(zone);
1785                         block_start_pfn = block_end_pfn,
1786                          block_end_pfn += pageblock_nr_pages) {
1787
1788                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, zone_end_pfn(zone));
1789
1790                 if (!__pageblock_pfn_to_page(block_start_pfn,
1791                                              block_end_pfn, zone))
1792                         return;
1793                 cond_resched();
1794         }
1795
1796         /* We confirm that there is no hole */
1797         zone->contiguous = true;
1798 }
1799
1800 void clear_zone_contiguous(struct zone *zone)
1801 {
1802         zone->contiguous = false;
1803 }
1804
1805 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1806 static void __init deferred_free_range(unsigned long pfn,
1807                                        unsigned long nr_pages)
1808 {
1809         struct page *page;
1810         unsigned long i;
1811
1812         if (!nr_pages)
1813                 return;
1814
1815         page = pfn_to_page(pfn);
1816
1817         /* Free a large naturally-aligned chunk if possible */
1818         if (nr_pages == pageblock_nr_pages &&
1819             (pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0) {
1820                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1821                 __free_pages_core(page, pageblock_order);
1822                 return;
1823         }
1824
1825         for (i = 0; i < nr_pages; i++, page++, pfn++) {
1826                 if ((pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0)
1827                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1828                 __free_pages_core(page, 0);
1829         }
1830 }
1831
1832 /* Completion tracking for deferred_init_memmap() threads */
1833 static atomic_t pgdat_init_n_undone __initdata;
1834 static __initdata DECLARE_COMPLETION(pgdat_init_all_done_comp);
1835
1836 static inline void __init pgdat_init_report_one_done(void)
1837 {
1838         if (atomic_dec_and_test(&pgdat_init_n_undone))
1839                 complete(&pgdat_init_all_done_comp);
1840 }
1841
1842 /*
1843  * Returns true if page needs to be initialized or freed to buddy allocator.
1844  *
1845  * First we check if pfn is valid on architectures where it is possible to have
1846  * holes within pageblock_nr_pages. On systems where it is not possible, this
1847  * function is optimized out.
1848  *
1849  * Then, we check if a current large page is valid by only checking the validity
1850  * of the head pfn.
1851  */
1852 static inline bool __init deferred_pfn_valid(unsigned long pfn)
1853 {
1854         if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) && !pfn_valid(pfn))
1855                 return false;
1856         return true;
1857 }
1858
1859 /*
1860  * Free pages to buddy allocator. Try to free aligned pages in
1861  * pageblock_nr_pages sizes.
1862  */
1863 static void __init deferred_free_pages(unsigned long pfn,
1864                                        unsigned long end_pfn)
1865 {
1866         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1867         unsigned long nr_free = 0;
1868
1869         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1870                 if (!deferred_pfn_valid(pfn)) {
1871                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1872                         nr_free = 0;
1873                 } else if (!(pfn & nr_pgmask)) {
1874                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1875                         nr_free = 1;
1876                 } else {
1877                         nr_free++;
1878                 }
1879         }
1880         /* Free the last block of pages to allocator */
1881         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1882 }
1883
1884 /*
1885  * Initialize struct pages.  We minimize pfn page lookups and scheduler checks
1886  * by performing it only once every pageblock_nr_pages.
1887  * Return number of pages initialized.
1888  */
1889 static unsigned long  __init deferred_init_pages(struct zone *zone,
1890                                                  unsigned long pfn,
1891                                                  unsigned long end_pfn)
1892 {
1893         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1894         int nid = zone_to_nid(zone);
1895         unsigned long nr_pages = 0;
1896         int zid = zone_idx(zone);
1897         struct page *page = NULL;
1898
1899         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1900                 if (!deferred_pfn_valid(pfn)) {
1901                         page = NULL;
1902                         continue;
1903                 } else if (!page || !(pfn & nr_pgmask)) {
1904                         page = pfn_to_page(pfn);
1905                 } else {
1906                         page++;
1907                 }
1908                 __init_single_page(page, pfn, zid, nid);
1909                 nr_pages++;
1910         }
1911         return (nr_pages);
1912 }
1913
1914 /*
1915  * This function is meant to pre-load the iterator for the zone init.
1916  * Specifically it walks through the ranges until we are caught up to the
1917  * first_init_pfn value and exits there. If we never encounter the value we
1918  * return false indicating there are no valid ranges left.
1919  */
1920 static bool __init
1921 deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(u64 *i, struct zone *zone,
1922                                     unsigned long *spfn, unsigned long *epfn,
1923                                     unsigned long first_init_pfn)
1924 {
1925         u64 j;
1926
1927         /*
1928          * Start out by walking through the ranges in this zone that have
1929          * already been initialized. We don't need to do anything with them
1930          * so we just need to flush them out of the system.
1931          */
1932         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone(j, zone, spfn, epfn) {
1933                 if (*epfn <= first_init_pfn)
1934                         continue;
1935                 if (*spfn < first_init_pfn)
1936                         *spfn = first_init_pfn;
1937                 *i = j;
1938                 return true;
1939         }
1940
1941         return false;
1942 }
1943
1944 /*
1945  * Initialize and free pages. We do it in two loops: first we initialize
1946  * struct page, then free to buddy allocator, because while we are
1947  * freeing pages we can access pages that are ahead (computing buddy
1948  * page in __free_one_page()).
1949  *
1950  * In order to try and keep some memory in the cache we have the loop
1951  * broken along max page order boundaries. This way we will not cause
1952  * any issues with the buddy page computation.
1953  */
1954 static unsigned long __init
1955 deferred_init_maxorder(u64 *i, struct zone *zone, unsigned long *start_pfn,
1956                        unsigned long *end_pfn)
1957 {
1958         unsigned long mo_pfn = ALIGN(*start_pfn + 1, MAX_ORDER_NR_PAGES);
1959         unsigned long spfn = *start_pfn, epfn = *end_pfn;
1960         unsigned long nr_pages = 0;
1961         u64 j = *i;
1962
1963         /* First we loop through and initialize the page values */
1964         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone_from(j, zone, start_pfn, end_pfn) {
1965                 unsigned long t;
1966
1967                 if (mo_pfn <= *start_pfn)
1968                         break;
1969
1970                 t = min(mo_pfn, *end_pfn);
1971                 nr_pages += deferred_init_pages(zone, *start_pfn, t);
1972
1973                 if (mo_pfn < *end_pfn) {
1974                         *start_pfn = mo_pfn;
1975                         break;
1976                 }
1977         }
1978
1979         /* Reset values and now loop through freeing pages as needed */
1980         swap(j, *i);
1981
1982         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone_from(j, zone, &spfn, &epfn) {
1983                 unsigned long t;
1984
1985                 if (mo_pfn <= spfn)
1986                         break;
1987
1988                 t = min(mo_pfn, epfn);
1989                 deferred_free_pages(spfn, t);
1990
1991                 if (mo_pfn <= epfn)
1992                         break;
1993         }
1994
1995         return nr_pages;
1996 }
1997
1998 static void __init
1999 deferred_init_memmap_chunk(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn,
2000                            void *arg)
2001 {
2002         unsigned long spfn, epfn;
2003         struct zone *zone = arg;
2004         u64 i;
2005
2006         deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn, start_pfn);
2007
2008         /*
2009          * Initialize and free pages in MAX_ORDER sized increments so that we
2010          * can avoid introducing any issues with the buddy allocator.
2011          */
2012         while (spfn < end_pfn) {
2013                 deferred_init_maxorder(&i, zone, &spfn, &epfn);
2014                 cond_resched();
2015         }
2016 }
2017
2018 /* An arch may override for more concurrency. */
2019 __weak int __init
2020 deferred_page_init_max_threads(const struct cpumask *node_cpumask)
2021 {
2022         return 1;
2023 }
2024
2025 /* Initialise remaining memory on a node */
2026 static int __init deferred_init_memmap(void *data)
2027 {
2028         pg_data_t *pgdat = data;
2029         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
2030         unsigned long spfn = 0, epfn = 0;
2031         unsigned long first_init_pfn, flags;
2032         unsigned long start = jiffies;
2033         struct zone *zone;
2034         int zid, max_threads;
2035         u64 i;
2036
2037         /* Bind memory initialisation thread to a local node if possible */
2038         if (!cpumask_empty(cpumask))
2039                 set_cpus_allowed_ptr(current, cpumask);
2040
2041         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
2042         first_init_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
2043         if (first_init_pfn == ULONG_MAX) {
2044                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2045                 pgdat_init_report_one_done();
2046                 return 0;
2047         }
2048
2049         /* Sanity check boundaries */
2050         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn < pgdat->node_start_pfn);
2051         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn > pgdat_end_pfn(pgdat));
2052         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
2053
2054         /*
2055          * Once we unlock here, the zone cannot be grown anymore, thus if an
2056          * interrupt thread must allocate this early in boot, zone must be
2057          * pre-grown prior to start of deferred page initialization.
2058          */
2059         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2060
2061         /* Only the highest zone is deferred so find it */
2062         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
2063                 zone = pgdat->node_zones + zid;
2064                 if (first_init_pfn < zone_end_pfn(zone))
2065                         break;
2066         }
2067
2068         /* If the zone is empty somebody else may have cleared out the zone */
2069         if (!deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
2070                                                  first_init_pfn))
2071                 goto zone_empty;
2072
2073         max_threads = deferred_page_init_max_threads(cpumask);
2074
2075         while (spfn < epfn) {
2076                 unsigned long epfn_align = ALIGN(epfn, PAGES_PER_SECTION);
2077                 struct padata_mt_job job = {
2078                         .thread_fn   = deferred_init_memmap_chunk,
2079                         .fn_arg      = zone,
2080                         .start       = spfn,
2081                         .size        = epfn_align - spfn,
2082                         .align       = PAGES_PER_SECTION,
2083                         .min_chunk   = PAGES_PER_SECTION,
2084                         .max_threads = max_threads,
2085                 };
2086
2087                 padata_do_multithreaded(&job);
2088                 deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
2089                                                     epfn_align);
2090         }
2091 zone_empty:
2092         /* Sanity check that the next zone really is unpopulated */
2093         WARN_ON(++zid < MAX_NR_ZONES && populated_zone(++zone));
2094
2095         pr_info("node %d deferred pages initialised in %ums\n",
2096                 pgdat->node_id, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
2097
2098         pgdat_init_report_one_done();
2099         return 0;
2100 }
2101
2102 /*
2103  * If this zone has deferred pages, try to grow it by initializing enough
2104  * deferred pages to satisfy the allocation specified by order, rounded up to
2105  * the nearest PAGES_PER_SECTION boundary.  So we're adding memory in increments
2106  * of SECTION_SIZE bytes by initializing struct pages in increments of
2107  * PAGES_PER_SECTION * sizeof(struct page) bytes.
2108  *
2109  * Return true when zone was grown, otherwise return false. We return true even
2110  * when we grow less than requested, to let the caller decide if there are
2111  * enough pages to satisfy the allocation.
2112  *
2113  * Note: We use noinline because this function is needed only during boot, and
2114  * it is called from a __ref function _deferred_grow_zone. This way we are
2115  * making sure that it is not inlined into permanent text section.
2116  */
2117 static noinline bool __init
2118 deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
2119 {
2120         unsigned long nr_pages_needed = ALIGN(1 << order, PAGES_PER_SECTION);
2121         pg_data_t *pgdat = zone->zone_pgdat;
2122         unsigned long first_deferred_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
2123         unsigned long spfn, epfn, flags;
2124         unsigned long nr_pages = 0;
2125         u64 i;
2126
2127         /* Only the last zone may have deferred pages */
2128         if (zone_end_pfn(zone) != pgdat_end_pfn(pgdat))
2129                 return false;
2130
2131         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
2132
2133         /*
2134          * If someone grew this zone while we were waiting for spinlock, return
2135          * true, as there might be enough pages already.
2136          */
2137         if (first_deferred_pfn != pgdat->first_deferred_pfn) {
2138                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2139                 return true;
2140         }
2141
2142         /* If the zone is empty somebody else may have cleared out the zone */
2143         if (!deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
2144                                                  first_deferred_pfn)) {
2145                 pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
2146                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2147                 /* Retry only once. */
2148                 return first_deferred_pfn != ULONG_MAX;
2149         }
2150
2151         /*
2152          * Initialize and free pages in MAX_ORDER sized increments so
2153          * that we can avoid introducing any issues with the buddy
2154          * allocator.
2155          */
2156         while (spfn < epfn) {
2157                 /* update our first deferred PFN for this section */
2158                 first_deferred_pfn = spfn;
2159
2160                 nr_pages += deferred_init_maxorder(&i, zone, &spfn, &epfn);
2161                 touch_nmi_watchdog();
2162
2163                 /* We should only stop along section boundaries */
2164                 if ((first_deferred_pfn ^ spfn) < PAGES_PER_SECTION)
2165                         continue;
2166
2167                 /* If our quota has been met we can stop here */
2168                 if (nr_pages >= nr_pages_needed)
2169                         break;
2170         }
2171
2172         pgdat->first_deferred_pfn = spfn;
2173         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2174
2175         return nr_pages > 0;
2176 }
2177
2178 /*
2179  * deferred_grow_zone() is __init, but it is called from
2180  * get_page_from_freelist() during early boot until deferred_pages permanently
2181  * disables this call. This is why we have refdata wrapper to avoid warning,
2182  * and to ensure that the function body gets unloaded.
2183  */
2184 static bool __ref
2185 _deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
2186 {
2187         return deferred_grow_zone(zone, order);
2188 }
2189
2190 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
2191
2192 void __init page_alloc_init_late(void)
2193 {
2194         struct zone *zone;
2195         int nid;
2196
2197 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
2198
2199         /* There will be num_node_state(N_MEMORY) threads */
2200         atomic_set(&pgdat_init_n_undone, num_node_state(N_MEMORY));
2201         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
2202                 kthread_run(deferred_init_memmap, NODE_DATA(nid), "pgdatinit%d", nid);
2203         }
2204
2205         /* Block until all are initialised */
2206         wait_for_completion(&pgdat_init_all_done_comp);
2207
2208         /*
2209          * We initialized the rest of the deferred pages.  Permanently disable
2210          * on-demand struct page initialization.
2211          */
2212         static_branch_disable(&deferred_pages);
2213
2214         /* Reinit limits that are based on free pages after the kernel is up */
2215         files_maxfiles_init();
2216 #endif
2217
2218         buffer_init();
2219
2220         /* Discard memblock private memory */
2221         memblock_discard();
2222
2223         for_each_node_state(nid, N_MEMORY)
2224                 shuffle_free_memory(NODE_DATA(nid));
2225
2226         for_each_populated_zone(zone)
2227                 set_zone_contiguous(zone);
2228 }
2229
2230 #ifdef CONFIG_CMA
2231 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
2232 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
2233 {
2234         unsigned i = pageblock_nr_pages;
2235         struct page *p = page;
2236
2237         do {
2238                 __ClearPageReserved(p);
2239                 set_page_count(p, 0);
2240         } while (++p, --i);
2241
2242         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
2243         set_page_refcounted(page);
2244         __free_pages(page, pageblock_order);
2245
2246         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
2247         page_zone(page)->cma_pages += pageblock_nr_pages;
2248 }
2249 #endif
2250
2251 /*
2252  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
2253  * Please do not alter this order without good reasons and regression
2254  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
2255  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
2256  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
2257  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
2258  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
2259  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
2260  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
2261  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
2262  *
2263  * -- nyc
2264  */
2265 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
2266         int low, int high, int migratetype)
2267 {
2268         unsigned long size = 1 << high;
2269
2270         while (high > low) {
2271                 high--;
2272                 size >>= 1;
2273                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
2274
2275                 /*
2276                  * Mark as guard pages (or page), that will allow to
2277                  * merge back to allocator when buddy will be freed.
2278                  * Corresponding page table entries will not be touched,
2279                  * pages will stay not present in virtual address space
2280                  */
2281                 if (set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype))
2282                         continue;
2283
2284                 add_to_free_list(&page[size], zone, high, migratetype);
2285                 set_buddy_order(&page[size], high);
2286         }
2287 }
2288
2289 static void check_new_page_bad(struct page *page)
2290 {
2291         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
2292                 /* Don't complain about hwpoisoned pages */
2293                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
2294                 return;
2295         }
2296
2297         bad_page(page,
2298                  page_bad_reason(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP));
2299 }
2300
2301 /*
2302  * This page is about to be returned from the page allocator
2303  */
2304 static inline int check_new_page(struct page *page)
2305 {
2306         if (likely(page_expected_state(page,
2307                                 PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP|__PG_HWPOISON)))
2308                 return 0;
2309
2310         check_new_page_bad(page);
2311         return 1;
2312 }
2313
2314 static bool check_new_pages(struct page *page, unsigned int order)
2315 {
2316         int i;
2317         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
2318                 struct page *p = page + i;
2319
2320                 if (unlikely(check_new_page(p)))
2321                         return true;
2322         }
2323
2324         return false;
2325 }
2326
2327 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
2328 /*
2329  * With DEBUG_VM enabled, order-0 pages are checked for expected state when
2330  * being allocated from pcp lists. With debug_pagealloc also enabled, they are
2331  * also checked when pcp lists are refilled from the free lists.
2332  */
2333 static inline bool check_pcp_refill(struct page *page, unsigned int order)
2334 {
2335         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2336                 return check_new_pages(page, order);
2337         else
2338                 return false;
2339 }
2340
2341 static inline bool check_new_pcp(struct page *page, unsigned int order)
2342 {
2343         return check_new_pages(page, order);
2344 }
2345 #else
2346 /*
2347  * With DEBUG_VM disabled, free order-0 pages are checked for expected state
2348  * when pcp lists are being refilled from the free lists. With debug_pagealloc
2349  * enabled, they are also checked when being allocated from the pcp lists.
2350  */
2351 static inline bool check_pcp_refill(struct page *page, unsigned int order)
2352 {
2353         return check_new_pages(page, order);
2354 }
2355 static inline bool check_new_pcp(struct page *page, unsigned int order)
2356 {
2357         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2358                 return check_new_pages(page, order);
2359         else
2360                 return false;
2361 }
2362 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
2363
2364 static inline bool should_skip_kasan_unpoison(gfp_t flags)
2365 {
2366         /* Don't skip if a software KASAN mode is enabled. */
2367         if (IS_ENABLED(CONFIG_KASAN_GENERIC) ||
2368             IS_ENABLED(CONFIG_KASAN_SW_TAGS))
2369                 return false;
2370
2371         /* Skip, if hardware tag-based KASAN is not enabled. */
2372         if (!kasan_hw_tags_enabled())
2373                 return true;
2374
2375         /*
2376          * With hardware tag-based KASAN enabled, skip if this has been
2377          * requested via __GFP_SKIP_KASAN_UNPOISON.
2378          */
2379         return flags & __GFP_SKIP_KASAN_UNPOISON;
2380 }
2381
2382 static inline bool should_skip_init(gfp_t flags)
2383 {
2384         /* Don't skip, if hardware tag-based KASAN is not enabled. */
2385         if (!kasan_hw_tags_enabled())
2386                 return false;
2387
2388         /* For hardware tag-based KASAN, skip if requested. */
2389         return (flags & __GFP_SKIP_ZERO);
2390 }
2391
2392 inline void post_alloc_hook(struct page *page, unsigned int order,
2393                                 gfp_t gfp_flags)
2394 {
2395         bool init = !want_init_on_free() && want_init_on_alloc(gfp_flags) &&
2396                         !should_skip_init(gfp_flags);
2397         bool init_tags = init && (gfp_flags & __GFP_ZEROTAGS);
2398         int i;
2399
2400         set_page_private(page, 0);
2401         set_page_refcounted(page);
2402
2403         arch_alloc_page(page, order);
2404         debug_pagealloc_map_pages(page, 1 << order);
2405
2406         /*
2407          * Page unpoisoning must happen before memory initialization.
2408          * Otherwise, the poison pattern will be overwritten for __GFP_ZERO
2409          * allocations and the page unpoisoning code will complain.
2410          */
2411         kernel_unpoison_pages(page, 1 << order);
2412
2413         /*
2414          * As memory initialization might be integrated into KASAN,
2415          * KASAN unpoisoning and memory initializion code must be
2416          * kept together to avoid discrepancies in behavior.
2417          */
2418
2419         /*
2420          * If memory tags should be zeroed (which happens only when memory
2421          * should be initialized as well).
2422          */
2423         if (init_tags) {
2424                 /* Initialize both memory and tags. */
2425                 for (i = 0; i != 1 << order; ++i)
2426                         tag_clear_highpage(page + i);
2427
2428                 /* Note that memory is already initialized by the loop above. */
2429                 init = false;
2430         }
2431         if (!should_skip_kasan_unpoison(gfp_flags)) {
2432                 /* Unpoison shadow memory or set memory tags. */
2433                 kasan_unpoison_pages(page, order, init);
2434
2435                 /* Note that memory is already initialized by KASAN. */
2436                 if (kasan_has_integrated_init())
2437                         init = false;
2438         } else {
2439                 /* Ensure page_address() dereferencing does not fault. */
2440                 for (i = 0; i != 1 << order; ++i)
2441                         page_kasan_tag_reset(page + i);
2442         }
2443         /* If memory is still not initialized, do it now. */
2444         if (init)
2445                 kernel_init_free_pages(page, 1 << order);
2446         /* Propagate __GFP_SKIP_KASAN_POISON to page flags. */
2447         if (kasan_hw_tags_enabled() && (gfp_flags & __GFP_SKIP_KASAN_POISON))
2448                 SetPageSkipKASanPoison(page);
2449
2450         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
2451         page_table_check_alloc(page, order);
2452 }
2453
2454 static void prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
2455                                                         unsigned int alloc_flags)
2456 {
2457         post_alloc_hook(page, order, gfp_flags);
2458
2459         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
2460                 prep_compound_page(page, order);
2461
2462         /*
2463          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
2464          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
2465          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
2466          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
2467          */
2468         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
2469                 set_page_pfmemalloc(page);
2470         else
2471                 clear_page_pfmemalloc(page);
2472 }
2473
2474 /*
2475  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
2476  * the smallest available page from the freelists
2477  */
2478 static __always_inline
2479 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
2480                                                 int migratetype)
2481 {
2482         unsigned int current_order;
2483         struct free_area *area;
2484         struct page *page;
2485
2486         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
2487         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
2488                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2489                 page = get_page_from_free_area(area, migratetype);
2490                 if (!page)
2491                         continue;
2492                 del_page_from_free_list(page, zone, current_order);
2493                 expand(zone, page, order, current_order, migratetype);
2494                 set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2495                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype,
2496                                 pcp_allowed_order(order) &&
2497                                 migratetype < MIGRATE_PCPTYPES);
2498                 return page;
2499         }
2500
2501         return NULL;
2502 }
2503
2504
2505 /*
2506  * This array describes the order lists are fallen back to when
2507  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
2508  *
2509  * The other migratetypes do not have fallbacks.
2510  */
2511 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][3] = {
2512         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2513         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_TYPES },
2514         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2515 };
2516
2517 #ifdef CONFIG_CMA
2518 static __always_inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2519                                         unsigned int order)
2520 {
2521         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
2522 }
2523 #else
2524 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2525                                         unsigned int order) { return NULL; }
2526 #endif
2527
2528 /*
2529  * Move the free pages in a range to the freelist tail of the requested type.
2530  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
2531  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
2532  */
2533 static int move_freepages(struct zone *zone,
2534                           unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn,
2535                           int migratetype, int *num_movable)
2536 {
2537         struct page *page;
2538         unsigned long pfn;
2539         unsigned int order;
2540         int pages_moved = 0;
2541
2542         for (pfn = start_pfn; pfn <= end_pfn;) {
2543                 page = pfn_to_page(pfn);
2544                 if (!PageBuddy(page)) {
2545                         /*
2546                          * We assume that pages that could be isolated for
2547                          * migration are movable. But we don't actually try
2548                          * isolating, as that would be expensive.
2549                          */
2550                         if (num_movable &&
2551                                         (PageLRU(page) || __PageMovable(page)))
2552                                 (*num_movable)++;
2553                         pfn++;
2554                         continue;
2555                 }
2556
2557                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
2558                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
2559                 VM_BUG_ON_PAGE(page_zone(page) != zone, page);
2560
2561                 order = buddy_order(page);
2562                 move_to_free_list(page, zone, order, migratetype);
2563                 pfn += 1 << order;
2564                 pages_moved += 1 << order;
2565         }
2566
2567         return pages_moved;
2568 }
2569
2570 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
2571                                 int migratetype, int *num_movable)
2572 {
2573         unsigned long start_pfn, end_pfn, pfn;
2574
2575         if (num_movable)
2576                 *num_movable = 0;
2577
2578         pfn = page_to_pfn(page);
2579         start_pfn = pfn & ~(pageblock_nr_pages - 1);
2580         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
2581
2582         /* Do not cross zone boundaries */
2583         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
2584                 start_pfn = pfn;
2585         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
2586                 return 0;
2587
2588         return move_freepages(zone, start_pfn, end_pfn, migratetype,
2589                                                                 num_movable);
2590 }
2591
2592 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
2593                                         int start_order, int migratetype)
2594 {
2595         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
2596
2597         while (nr_pageblocks--) {
2598                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
2599                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
2600         }
2601 }
2602
2603 /*
2604  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
2605  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
2606  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
2607  *
2608  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
2609  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
2610  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
2611  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
2612  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
2613  * pageblocks.
2614  */
2615 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
2616 {
2617         /*
2618          * Leaving this order check is intended, although there is
2619          * relaxed order check in next check. The reason is that
2620          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
2621          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
2622          * so could be changed anytime.
2623          */
2624         if (order >= pageblock_order)
2625                 return true;
2626
2627         if (order >= pageblock_order / 2 ||
2628                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
2629                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
2630                 page_group_by_mobility_disabled)
2631                 return true;
2632
2633         return false;
2634 }
2635
2636 static inline bool boost_watermark(struct zone *zone)
2637 {
2638         unsigned long max_boost;
2639
2640         if (!watermark_boost_factor)
2641                 return false;
2642         /*
2643          * Don't bother in zones that are unlikely to produce results.
2644          * On small machines, including kdump capture kernels running
2645          * in a small area, boosting the watermark can cause an out of
2646          * memory situation immediately.
2647          */
2648         if ((pageblock_nr_pages * 4) > zone_managed_pages(zone))
2649                 return false;
2650
2651         max_boost = mult_frac(zone->_watermark[WMARK_HIGH],
2652                         watermark_boost_factor, 10000);
2653
2654         /*
2655          * high watermark may be uninitialised if fragmentation occurs
2656          * very early in boot so do not boost. We do not fall
2657          * through and boost by pageblock_nr_pages as failing
2658          * allocations that early means that reclaim is not going
2659          * to help and it may even be impossible to reclaim the
2660          * boosted watermark resulting in a hang.
2661          */
2662         if (!max_boost)
2663                 return false;
2664
2665         max_boost = max(pageblock_nr_pages, max_boost);
2666
2667         zone->watermark_boost = min(zone->watermark_boost + pageblock_nr_pages,
2668                 max_boost);
2669
2670         return true;
2671 }
2672
2673 /*
2674  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
2675  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
2676  * pageblock to our migratetype and determine how many already-allocated pages
2677  * are there in the pageblock with a compatible migratetype. If at least half
2678  * of pages are free or compatible, we can change migratetype of the pageblock
2679  * itself, so pages freed in the future will be put on the correct free list.
2680  */
2681 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
2682                 unsigned int alloc_flags, int start_type, bool whole_block)
2683 {
2684         unsigned int current_order = buddy_order(page);
2685         int free_pages, movable_pages, alike_pages;
2686         int old_block_type;
2687
2688         old_block_type = get_pageblock_migratetype(page);
2689
2690         /*
2691          * This can happen due to races and we want to prevent broken
2692          * highatomic accounting.
2693          */
2694         if (is_migrate_highatomic(old_block_type))
2695                 goto single_page;
2696
2697         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
2698         if (current_order >= pageblock_order) {
2699                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
2700                 goto single_page;
2701         }
2702
2703         /*
2704          * Boost watermarks to increase reclaim pressure to reduce the
2705          * likelihood of future fallbacks. Wake kswapd now as the node
2706          * may be balanced overall and kswapd will not wake naturally.
2707          */
2708         if (boost_watermark(zone) && (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD))
2709                 set_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
2710
2711         /* We are not allowed to try stealing from the whole block */
2712         if (!whole_block)
2713                 goto single_page;
2714
2715         free_pages = move_freepages_block(zone, page, start_type,
2716                                                 &movable_pages);
2717         /*
2718          * Determine how many pages are compatible with our allocation.
2719          * For movable allocation, it's the number of movable pages which
2720          * we just obtained. For other types it's a bit more tricky.
2721          */
2722         if (start_type == MIGRATE_MOVABLE) {
2723                 alike_pages = movable_pages;
2724         } else {
2725                 /*
2726                  * If we are falling back a RECLAIMABLE or UNMOVABLE allocation
2727                  * to MOVABLE pageblock, consider all non-movable pages as
2728                  * compatible. If it's UNMOVABLE falling back to RECLAIMABLE or
2729                  * vice versa, be conservative since we can't distinguish the
2730                  * exact migratetype of non-movable pages.
2731                  */
2732                 if (old_block_type == MIGRATE_MOVABLE)
2733                         alike_pages = pageblock_nr_pages
2734                                                 - (free_pages + movable_pages);
2735                 else
2736                         alike_pages = 0;
2737         }
2738
2739         /* moving whole block can fail due to zone boundary conditions */
2740         if (!free_pages)
2741                 goto single_page;
2742
2743         /*
2744          * If a sufficient number of pages in the block are either free or of
2745          * comparable migratability as our allocation, claim the whole block.
2746          */
2747         if (free_pages + alike_pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
2748                         page_group_by_mobility_disabled)
2749                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
2750
2751         return;
2752
2753 single_page:
2754         move_to_free_list(page, zone, current_order, start_type);
2755 }
2756
2757 /*
2758  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
2759  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
2760  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
2761  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
2762  */
2763 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
2764                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
2765 {
2766         int i;
2767         int fallback_mt;
2768
2769         if (area->nr_free == 0)
2770                 return -1;
2771
2772         *can_steal = false;
2773         for (i = 0;; i++) {
2774                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
2775                 if (fallback_mt == MIGRATE_TYPES)
2776                         break;
2777
2778                 if (free_area_empty(area, fallback_mt))
2779                         continue;
2780
2781                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
2782                         *can_steal = true;
2783
2784                 if (!only_stealable)
2785                         return fallback_mt;
2786
2787                 if (*can_steal)
2788                         return fallback_mt;
2789         }
2790
2791         return -1;
2792 }
2793
2794 /*
2795  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
2796  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
2797  */
2798 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone,
2799                                 unsigned int alloc_order)
2800 {
2801         int mt;
2802         unsigned long max_managed, flags;
2803
2804         /*
2805          * Limit the number reserved to 1 pageblock or roughly 1% of a zone.
2806          * Check is race-prone but harmless.
2807          */
2808         max_managed = (zone_managed_pages(zone) / 100) + pageblock_nr_pages;
2809         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2810                 return;
2811
2812         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2813
2814         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
2815         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2816                 goto out_unlock;
2817
2818         /* Yoink! */
2819         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2820         /* Only reserve normal pageblocks (i.e., they can merge with others) */
2821         if (migratetype_is_mergeable(mt)) {
2822                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
2823                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2824                 move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_HIGHATOMIC, NULL);
2825         }
2826
2827 out_unlock:
2828         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2829 }
2830
2831 /*
2832  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
2833  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
2834  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
2835  * to recover from than an OOM.
2836  *
2837  * If @force is true, try to unreserve a pageblock even though highatomic
2838  * pageblock is exhausted.
2839  */
2840 static bool unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac,
2841                                                 bool force)
2842 {
2843         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2844         unsigned long flags;
2845         struct zoneref *z;
2846         struct zone *zone;
2847         struct page *page;
2848         int order;
2849         bool ret;
2850
2851         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->highest_zoneidx,
2852                                                                 ac->nodemask) {
2853                 /*
2854                  * Preserve at least one pageblock unless memory pressure
2855                  * is really high.
2856                  */
2857                 if (!force && zone->nr_reserved_highatomic <=
2858                                         pageblock_nr_pages)
2859                         continue;
2860
2861                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2862                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
2863                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
2864
2865                         page = get_page_from_free_area(area, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2866                         if (!page)
2867                                 continue;
2868
2869                         /*
2870                          * In page freeing path, migratetype change is racy so
2871                          * we can counter several free pages in a pageblock
2872                          * in this loop although we changed the pageblock type
2873                          * from highatomic to ac->migratetype. So we should
2874                          * adjust the count once.
2875                          */
2876                         if (is_migrate_highatomic_page(page)) {
2877                                 /*
2878                                  * It should never happen but changes to
2879                                  * locking could inadvertently allow a per-cpu
2880                                  * drain to add pages to MIGRATE_HIGHATOMIC
2881                                  * while unreserving so be safe and watch for
2882                                  * underflows.
2883                                  */
2884                                 zone->nr_reserved_highatomic -= min(
2885                                                 pageblock_nr_pages,
2886                                                 zone->nr_reserved_highatomic);
2887                         }
2888
2889                         /*
2890                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
2891                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
2892                          * is doing the work and needs the pages. More
2893                          * importantly, if the block was always converted to
2894                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
2895                          * of pageblocks that cannot be completely freed
2896                          * may increase.
2897                          */
2898                         set_pageblock_migratetype(page, ac->migratetype);
2899                         ret = move_freepages_block(zone, page, ac->migratetype,
2900                                                                         NULL);
2901                         if (ret) {
2902                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2903                                 return ret;
2904                         }
2905                 }
2906                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2907         }
2908
2909         return false;
2910 }
2911
2912 /*
2913  * Try finding a free buddy page on the fallback list and put it on the free
2914  * list of requested migratetype, possibly along with other pages from the same
2915  * block, depending on fragmentation avoidance heuristics. Returns true if
2916  * fallback was found so that __rmqueue_smallest() can grab it.
2917  *
2918  * The use of signed ints for order and current_order is a deliberate
2919  * deviation from the rest of this file, to make the for loop
2920  * condition simpler.
2921  */
2922 static __always_inline bool
2923 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, int order, int start_migratetype,
2924                                                 unsigned int alloc_flags)
2925 {
2926         struct free_area *area;
2927         int current_order;
2928         int min_order = order;
2929         struct page *page;
2930         int fallback_mt;
2931         bool can_steal;
2932
2933         /*
2934          * Do not steal pages from freelists belonging to other pageblocks
2935          * i.e. orders < pageblock_order. If there are no local zones free,
2936          * the zonelists will be reiterated without ALLOC_NOFRAGMENT.
2937          */
2938         if (alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT)
2939                 min_order = pageblock_order;
2940
2941         /*
2942          * Find the largest available free page in the other list. This roughly
2943          * approximates finding the pageblock with the most free pages, which
2944          * would be too costly to do exactly.
2945          */
2946         for (current_order = MAX_ORDER - 1; current_order >= min_order;
2947                                 --current_order) {
2948                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2949                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2950                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2951                 if (fallback_mt == -1)
2952                         continue;
2953
2954                 /*
2955                  * We cannot steal all free pages from the pageblock and the
2956                  * requested migratetype is movable. In that case it's better to
2957                  * steal and split the smallest available page instead of the
2958                  * largest available page, because even if the next movable
2959                  * allocation falls back into a different pageblock than this
2960                  * one, it won't cause permanent fragmentation.
2961                  */
2962                 if (!can_steal && start_migratetype == MIGRATE_MOVABLE
2963                                         && current_order > order)
2964                         goto find_smallest;
2965
2966                 goto do_steal;
2967         }
2968
2969         return false;
2970
2971 find_smallest:
2972         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER;
2973                                                         current_order++) {
2974                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2975                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2976                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2977                 if (fallback_mt != -1)
2978                         break;
2979         }
2980
2981         /*
2982          * This should not happen - we already found a suitable fallback
2983          * when looking for the largest page.
2984          */
2985         VM_BUG_ON(current_order == MAX_ORDER);
2986
2987 do_steal:
2988         page = get_page_from_free_area(area, fallback_mt);
2989
2990         steal_suitable_fallback(zone, page, alloc_flags, start_migratetype,
2991                                                                 can_steal);
2992
2993         trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
2994                 start_migratetype, fallback_mt);
2995
2996         return true;
2997
2998 }
2999
3000 /*
3001  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
3002  * Call me with the zone->lock already held.
3003  */
3004 static __always_inline struct page *
3005 __rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order, int migratetype,
3006                                                 unsigned int alloc_flags)
3007 {
3008         struct page *page;
3009
3010         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA)) {
3011                 /*
3012                  * Balance movable allocations between regular and CMA areas by
3013                  * allocating from CMA when over half of the zone's free memory
3014                  * is in the CMA area.
3015                  */
3016                 if (alloc_flags & ALLOC_CMA &&
3017                     zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES) >
3018                     zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES) / 2) {
3019                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
3020                         if (page)
3021                                 return page;
3022                 }
3023         }
3024 retry:
3025         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
3026         if (unlikely(!page)) {
3027                 if (alloc_flags & ALLOC_CMA)
3028                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
3029
3030                 if (!page && __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype,
3031                                                                 alloc_flags))
3032                         goto retry;
3033         }
3034         return page;
3035 }
3036
3037 /*
3038  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
3039  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
3040  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
3041  */
3042 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
3043                         unsigned long count, struct list_head *list,
3044                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
3045 {
3046         int i, allocated = 0;
3047
3048         /*
3049          * local_lock_irq held so equivalent to spin_lock_irqsave for
3050          * both PREEMPT_RT and non-PREEMPT_RT configurations.
3051          */
3052         spin_lock(&zone->lock);
3053         for (i = 0; i < count; ++i) {
3054                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype,
3055                                                                 alloc_flags);
3056                 if (unlikely(page == NULL))
3057                         break;
3058
3059                 if (unlikely(check_pcp_refill(page, order)))
3060                         continue;
3061
3062                 /*
3063                  * Split buddy pages returned by expand() are received here in
3064                  * physical page order. The page is added to the tail of
3065                  * caller's list. From the callers perspective, the linked list
3066                  * is ordered by page number under some conditions. This is
3067                  * useful for IO devices that can forward direction from the
3068                  * head, thus also in the physical page order. This is useful
3069                  * for IO devices that can merge IO requests if the physical
3070                  * pages are ordered properly.
3071                  */
3072                 list_add_tail(&page->lru, list);
3073                 allocated++;
3074                 if (is_migrate_cma(get_pcppage_migratetype(page)))
3075                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
3076                                               -(1 << order));
3077         }
3078
3079         /*
3080          * i pages were removed from the buddy list even if some leak due
3081          * to check_pcp_refill failing so adjust NR_FREE_PAGES based
3082          * on i. Do not confuse with 'allocated' which is the number of
3083          * pages added to the pcp list.
3084          */
3085         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
3086         spin_unlock(&zone->lock);
3087         return allocated;
3088 }
3089
3090 #ifdef CONFIG_NUMA
3091 /*
3092  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
3093  * currently executing processor on remote nodes after they have
3094  * expired.
3095  *
3096  * Note that this function must be called with the thread pinned to
3097  * a single processor.
3098  */
3099 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
3100 {
3101         unsigned long flags;
3102         int to_drain, batch;
3103
3104         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3105         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
3106         to_drain = min(pcp->count, batch);
3107         if (to_drain > 0)
3108                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp, 0);
3109         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3110 }
3111 #endif
3112
3113 /*
3114  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
3115  *
3116  * The processor must either be the current processor and the
3117  * thread pinned to the current processor or a processor that
3118  * is not online.
3119  */
3120 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
3121 {
3122         unsigned long flags;
3123         struct per_cpu_pages *pcp;
3124
3125         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3126
3127         pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
3128         if (pcp->count)
3129                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp, 0);
3130
3131         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3132 }
3133
3134 /*
3135  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
3136  *
3137  * The processor must either be the current processor and the
3138  * thread pinned to the current processor or a processor that
3139  * is not online.
3140  */
3141 static void drain_pages(unsigned int cpu)
3142 {
3143         struct zone *zone;
3144
3145         for_each_populated_zone(zone) {
3146                 drain_pages_zone(cpu, zone);
3147         }
3148 }
3149
3150 /*
3151  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
3152  *
3153  * The CPU has to be pinned. When zone parameter is non-NULL, spill just
3154  * the single zone's pages.
3155  */
3156 void drain_local_pages(struct zone *zone)
3157 {
3158         int cpu = smp_processor_id();
3159
3160         if (zone)
3161                 drain_pages_zone(cpu, zone);
3162         else
3163                 drain_pages(cpu);
3164 }
3165
3166 static void drain_local_pages_wq(struct work_struct *work)
3167 {
3168         struct pcpu_drain *drain;
3169
3170         drain = container_of(work, struct pcpu_drain, work);
3171
3172         /*
3173          * drain_all_pages doesn't use proper cpu hotplug protection so
3174          * we can race with cpu offline when the WQ can move this from
3175          * a cpu pinned worker to an unbound one. We can operate on a different
3176          * cpu which is alright but we also have to make sure to not move to
3177          * a different one.
3178          */
3179         migrate_disable();
3180         drain_local_pages(drain->zone);
3181         migrate_enable();
3182 }
3183
3184 /*
3185  * The implementation of drain_all_pages(), exposing an extra parameter to
3186  * drain on all cpus.
3187  *
3188  * drain_all_pages() is optimized to only execute on cpus where pcplists are
3189  * not empty. The check for non-emptiness can however race with a free to
3190  * pcplist that has not yet increased the pcp->count from 0 to 1. Callers
3191  * that need the guarantee that every CPU has drained can disable the
3192  * optimizing racy check.
3193  */
3194 static void __drain_all_pages(struct zone *zone, bool force_all_cpus)
3195 {
3196         int cpu;
3197
3198         /*
3199          * Allocate in the BSS so we won't require allocation in
3200          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
3201          */
3202         static cpumask_t cpus_with_pcps;
3203
3204         /*
3205          * Make sure nobody triggers this path before mm_percpu_wq is fully
3206          * initialized.
3207          */
3208         if (WARN_ON_ONCE(!mm_percpu_wq))
3209                 return;
3210
3211         /*
3212          * Do not drain if one is already in progress unless it's specific to
3213          * a zone. Such callers are primarily CMA and memory hotplug and need
3214          * the drain to be complete when the call returns.
3215          */
3216         if (unlikely(!mutex_trylock(&pcpu_drain_mutex))) {
3217                 if (!zone)
3218                         return;
3219                 mutex_lock(&pcpu_drain_mutex);
3220         }
3221
3222         /*
3223          * We don't care about racing with CPU hotplug event
3224          * as offline notification will cause the notified
3225          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
3226          * disables preemption as part of its processing
3227          */
3228         for_each_online_cpu(cpu) {
3229                 struct per_cpu_pages *pcp;
3230                 struct zone *z;
3231                 bool has_pcps = false;
3232
3233                 if (force_all_cpus) {
3234                         /*
3235                          * The pcp.count check is racy, some callers need a
3236                          * guarantee that no cpu is missed.
3237                          */
3238                         has_pcps = true;
3239                 } else if (zone) {
3240                         pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
3241                         if (pcp->count)
3242                                 has_pcps = true;
3243                 } else {
3244                         for_each_populated_zone(z) {
3245                                 pcp = per_cpu_ptr(z->per_cpu_pageset, cpu);
3246                                 if (pcp->count) {
3247                                         has_pcps = true;
3248                                         break;
3249                                 }
3250                         }
3251                 }
3252
3253                 if (has_pcps)
3254                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
3255                 else
3256                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
3257         }
3258
3259         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps) {
3260                 struct pcpu_drain *drain = per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu);
3261
3262                 drain->zone = zone;
3263                 INIT_WORK(&drain->work, drain_local_pages_wq);
3264                 queue_work_on(cpu, mm_percpu_wq, &drain->work);
3265         }
3266         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps)
3267                 flush_work(&per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu)->work);
3268
3269         mutex_unlock(&pcpu_drain_mutex);
3270 }
3271
3272 /*
3273  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
3274  *
3275  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
3276  *
3277  * Note that this can be extremely slow as the draining happens in a workqueue.
3278  */
3279 void drain_all_pages(struct zone *zone)
3280 {
3281         __drain_all_pages(zone, false);
3282 }
3283
3284 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
3285
3286 /*
3287  * Touch the watchdog for every WD_PAGE_COUNT pages.
3288  */
3289 #define WD_PAGE_COUNT   (128*1024)
3290
3291 void mark_free_pages(struct zone *zone)
3292 {
3293         unsigned long pfn, max_zone_pfn, page_count = WD_PAGE_COUNT;
3294         unsigned long flags;
3295         unsigned int order, t;
3296         struct page *page;
3297
3298         if (zone_is_empty(zone))
3299                 return;
3300
3301         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3302
3303         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
3304         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
3305                 if (pfn_valid(pfn)) {
3306                         page = pfn_to_page(pfn);
3307
3308                         if (!--page_count) {
3309                                 touch_nmi_watchdog();
3310                                 page_count = WD_PAGE_COUNT;
3311                         }
3312
3313                         if (page_zone(page) != zone)
3314                                 continue;
3315
3316                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
3317                                 swsusp_unset_page_free(page);
3318                 }
3319
3320         for_each_migratetype_order(order, t) {
3321                 list_for_each_entry(page,
3322                                 &zone->free_area[order].free_list[t], lru) {
3323                         unsigned long i;
3324
3325                         pfn = page_to_pfn(page);
3326                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++) {
3327                                 if (!--page_count) {
3328                                         touch_nmi_watchdog();
3329                                         page_count = WD_PAGE_COUNT;
3330                                 }
3331                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
3332                         }
3333                 }
3334         }
3335         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3336 }
3337 #endif /* CONFIG_PM */
3338
3339 static bool free_unref_page_prepare(struct page *page, unsigned long pfn,
3340                                                         unsigned int order)
3341 {
3342         int migratetype;
3343
3344         if (!free_pcp_prepare(page, order))
3345                 return false;
3346
3347         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
3348         set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
3349         return true;
3350 }
3351
3352 static int nr_pcp_free(struct per_cpu_pages *pcp, int high, int batch,
3353                        bool free_high)
3354 {
3355         int min_nr_free, max_nr_free;
3356
3357         /* Free everything if batch freeing high-order pages. */
3358         if (unlikely(free_high))
3359                 return pcp->count;
3360
3361         /* Check for PCP disabled or boot pageset */
3362         if (unlikely(high < batch))
3363                 return 1;
3364
3365         /* Leave at least pcp->batch pages on the list */
3366         min_nr_free = batch;
3367         max_nr_free = high - batch;
3368
3369         /*
3370          * Double the number of pages freed each time there is subsequent
3371          * freeing of pages without any allocation.
3372          */
3373         batch <<= pcp->free_factor;
3374         if (batch < max_nr_free)
3375                 pcp->free_factor++;
3376         batch = clamp(batch, min_nr_free, max_nr_free);
3377
3378         return batch;
3379 }
3380
3381 static int nr_pcp_high(struct per_cpu_pages *pcp, struct zone *zone,
3382                        bool free_high)
3383 {
3384         int high = READ_ONCE(pcp->high);
3385
3386         if (unlikely(!high || free_high))
3387                 return 0;
3388
3389         if (!test_bit(ZONE_RECLAIM_ACTIVE, &zone->flags))
3390                 return high;
3391
3392         /*
3393          * If reclaim is active, limit the number of pages that can be
3394          * stored on pcp lists
3395          */
3396         return min(READ_ONCE(pcp->batch) << 2, high);
3397 }
3398
3399 static void free_unref_page_commit(struct page *page, int migratetype,
3400                                    unsigned int order)
3401 {
3402         struct zone *zone = page_zone(page);
3403         struct per_cpu_pages *pcp;
3404         int high;
3405         int pindex;
3406         bool free_high;
3407
3408         __count_vm_event(PGFREE);
3409         pcp = this_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset);
3410         pindex = order_to_pindex(migratetype, order);
3411         list_add(&page->lru, &pcp->lists[pindex]);
3412         pcp->count += 1 << order;
3413
3414         /*
3415          * As high-order pages other than THP's stored on PCP can contribute
3416          * to fragmentation, limit the number stored when PCP is heavily
3417          * freeing without allocation. The remainder after bulk freeing
3418          * stops will be drained from vmstat refresh context.
3419          */
3420         free_high = (pcp->free_factor && order && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
3421
3422         high = nr_pcp_high(pcp, zone, free_high);
3423         if (pcp->count >= high) {
3424                 int batch = READ_ONCE(pcp->batch);
3425
3426                 free_pcppages_bulk(zone, nr_pcp_free(pcp, high, batch, free_high), pcp, pindex);
3427         }
3428 }
3429
3430 /*
3431  * Free a pcp page
3432  */
3433 void free_unref_page(struct page *page, unsigned int order)
3434 {
3435         unsigned long flags;
3436         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
3437         int migratetype;
3438
3439         if (!free_unref_page_prepare(page, pfn, order))
3440                 return;
3441
3442         /*
3443          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
3444          * Place ISOLATE pages on the isolated list because they are being
3445          * offlined but treat HIGHATOMIC as movable pages so we can get those
3446          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
3447          * excessively into the page allocator
3448          */
3449         migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
3450         if (unlikely(migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES)) {
3451                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
3452                         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype, FPI_NONE);
3453                         return;
3454                 }
3455                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
3456         }
3457
3458         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3459         free_unref_page_commit(page, migratetype, order);
3460         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3461 }
3462
3463 /*
3464  * Free a list of 0-order pages
3465  */
3466 void free_unref_page_list(struct list_head *list)
3467 {
3468         struct page *page, *next;
3469         unsigned long flags;
3470         int batch_count = 0;
3471         int migratetype;
3472
3473         /* Prepare pages for freeing */
3474         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
3475                 unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
3476                 if (!free_unref_page_prepare(page, pfn, 0)) {
3477                         list_del(&page->lru);
3478                         continue;
3479                 }
3480
3481                 /*
3482                  * Free isolated pages directly to the allocator, see
3483                  * comment in free_unref_page.
3484                  */
3485                 migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
3486                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
3487                         list_del(&page->lru);
3488                         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, 0, migratetype, FPI_NONE);
3489                         continue;
3490                 }
3491         }
3492
3493         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3494         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
3495                 /*
3496                  * Non-isolated types over MIGRATE_PCPTYPES get added
3497                  * to the MIGRATE_MOVABLE pcp list.
3498                  */
3499                 migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
3500                 if (unlikely(migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES))
3501                         migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
3502
3503                 trace_mm_page_free_batched(page);
3504                 free_unref_page_commit(page, migratetype, 0);
3505
3506                 /*
3507                  * Guard against excessive IRQ disabled times when we get
3508                  * a large list of pages to free.
3509                  */
3510                 if (++batch_count == SWAP_CLUSTER_MAX) {
3511                         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3512                         batch_count = 0;
3513                         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3514                 }
3515         }
3516         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3517 }
3518
3519 /*
3520  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
3521  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
3522  * Each sub-page must be freed individually.
3523  *
3524  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
3525  * Please consult with lkml before using this in your driver.
3526  */
3527 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
3528 {
3529         int i;
3530
3531         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
3532         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
3533
3534         for (i = 1; i < (1 << order); i++)
3535                 set_page_refcounted(page + i);
3536         split_page_owner(page, 1 << order);
3537         split_page_memcg(page, 1 << order);
3538 }
3539 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
3540
3541 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
3542 {
3543         unsigned long watermark;
3544         struct zone *zone;
3545         int mt;
3546
3547         BUG_ON(!PageBuddy(page));
3548
3549         zone = page_zone(page);
3550         mt = get_pageblock_migratetype(page);
3551
3552         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
3553                 /*
3554                  * Obey watermarks as if the page was being allocated. We can
3555                  * emulate a high-order watermark check with a raised order-0
3556                  * watermark, because we already know our high-order page
3557                  * exists.
3558                  */
3559                 watermark = zone->_watermark[WMARK_MIN] + (1UL << order);
3560                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, ALLOC_CMA))
3561                         return 0;
3562
3563                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
3564         }
3565
3566         /* Remove page from free list */
3567
3568         del_page_from_free_list(page, zone, order);
3569
3570         /*
3571          * Set the pageblock if the isolated page is at least half of a
3572          * pageblock
3573          */
3574         if (order >= pageblock_order - 1) {
3575                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
3576                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
3577                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
3578                         /*
3579                          * Only change normal pageblocks (i.e., they can merge
3580                          * with others)
3581                          */
3582                         if (migratetype_is_mergeable(mt))
3583                                 set_pageblock_migratetype(page,
3584                                                           MIGRATE_MOVABLE);
3585                 }
3586         }
3587
3588
3589         return 1UL << order;
3590 }
3591
3592 /**
3593  * __putback_isolated_page - Return a now-isolated page back where we got it
3594  * @page: Page that was isolated
3595  * @order: Order of the isolated page
3596  * @mt: The page's pageblock's migratetype
3597  *
3598  * This function is meant to return a page pulled from the free lists via
3599  * __isolate_free_page back to the free lists they were pulled from.
3600  */
3601 void __putback_isolated_page(struct page *page, unsigned int order, int mt)
3602 {
3603         struct zone *zone = page_zone(page);
3604
3605         /* zone lock should be held when this function is called */
3606         lockdep_assert_held(&zone->lock);
3607
3608         /* Return isolated page to tail of freelist. */
3609         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, order, mt,
3610                         FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY | FPI_TO_TAIL);
3611 }
3612
3613 /*
3614  * Update NUMA hit/miss statistics
3615  *
3616  * Must be called with interrupts disabled.
3617  */
3618 static inline void zone_statistics(struct zone *preferred_zone, struct zone *z,
3619                                    long nr_account)
3620 {
3621 #ifdef CONFIG_NUMA
3622         enum numa_stat_item local_stat = NUMA_LOCAL;
3623
3624         /* skip numa counters update if numa stats is disabled */
3625         if (!static_branch_likely(&vm_numa_stat_key))
3626                 return;
3627
3628         if (zone_to_nid(z) != numa_node_id())
3629                 local_stat = NUMA_OTHER;
3630
3631         if (zone_to_nid(z) == zone_to_nid(preferred_zone))
3632                 __count_numa_events(z, NUMA_HIT, nr_account);
3633         else {
3634                 __count_numa_events(z, NUMA_MISS, nr_account);
3635                 __count_numa_events(preferred_zone, NUMA_FOREIGN, nr_account);
3636         }
3637         __count_numa_events(z, local_stat, nr_account);
3638 #endif
3639 }
3640
3641 /* Remove page from the per-cpu list, caller must protect the list */
3642 static inline
3643 struct page *__rmqueue_pcplist(struct zone *zone, unsigned int order,
3644                         int migratetype,
3645                         unsigned int alloc_flags,
3646                         struct per_cpu_pages *pcp,
3647                         struct list_head *list)
3648 {
3649         struct page *page;
3650
3651         do {
3652                 if (list_empty(list)) {
3653                         int batch = READ_ONCE(pcp->batch);
3654                         int alloced;
3655
3656                         /*
3657                          * Scale batch relative to order if batch implies
3658                          * free pages can be stored on the PCP. Batch can
3659                          * be 1 for small zones or for boot pagesets which
3660                          * should never store free pages as the pages may
3661                          * belong to arbitrary zones.
3662                          */
3663                         if (batch > 1)
3664                                 batch = max(batch >> order, 2);
3665                         alloced = rmqueue_bulk(zone, order,
3666                                         batch, list,
3667                                         migratetype, alloc_flags);
3668
3669                         pcp->count += alloced << order;
3670                         if (unlikely(list_empty(list)))
3671                                 return NULL;
3672                 }
3673
3674                 page = list_first_entry(list, struct page, lru);
3675                 list_del(&page->lru);
3676                 pcp->count -= 1 << order;
3677         } while (check_new_pcp(page, order));
3678
3679         return page;
3680 }
3681
3682 /* Lock and remove page from the per-cpu list */
3683 static struct page *rmqueue_pcplist(struct zone *preferred_zone,
3684                         struct zone *zone, unsigned int order,
3685                         gfp_t gfp_flags, int migratetype,
3686                         unsigned int alloc_flags)
3687 {
3688         struct per_cpu_pages *pcp;
3689         struct list_head *list;
3690         struct page *page;
3691         unsigned long flags;
3692
3693         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3694
3695         /*
3696          * On allocation, reduce the number of pages that are batch freed.
3697          * See nr_pcp_free() where free_factor is increased for subsequent
3698          * frees.
3699          */
3700         pcp = this_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset);
3701         pcp->free_factor >>= 1;
3702         list = &pcp->lists[order_to_pindex(migratetype, order)];
3703         page = __rmqueue_pcplist(zone, order, migratetype, alloc_flags, pcp, list);
3704         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3705         if (page) {
3706                 __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1);
3707                 zone_statistics(preferred_zone, zone, 1);
3708         }
3709         return page;
3710 }
3711
3712 /*
3713  * Allocate a page from the given zone. Use pcplists for order-0 allocations.
3714  */
3715 static inline
3716 struct page *rmqueue(struct zone *preferred_zone,
3717                         struct zone *zone, unsigned int order,
3718                         gfp_t gfp_flags, unsigned int alloc_flags,
3719                         int migratetype)
3720 {
3721         unsigned long flags;
3722         struct page *page;
3723
3724         if (likely(pcp_allowed_order(order))) {
3725                 /*
3726                  * MIGRATE_MOVABLE pcplist could have the pages on CMA area and
3727                  * we need to skip it when CMA area isn't allowed.
3728                  */
3729                 if (!IS_ENABLED(CONFIG_CMA) || alloc_flags & ALLOC_CMA ||
3730                                 migratetype != MIGRATE_MOVABLE) {
3731                         page = rmqueue_pcplist(preferred_zone, zone, order,
3732                                         gfp_flags, migratetype, alloc_flags);
3733                         goto out;
3734                 }
3735         }
3736
3737         /*
3738          * We most definitely don't want callers attempting to
3739          * allocate greater than order-1 page units with __GFP_NOFAIL.
3740          */
3741         WARN_ON_ONCE((gfp_flags & __GFP_NOFAIL) && (order > 1));
3742
3743         do {
3744                 page = NULL;
3745                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3746                 /*
3747                  * order-0 request can reach here when the pcplist is skipped
3748                  * due to non-CMA allocation context. HIGHATOMIC area is
3749                  * reserved for high-order atomic allocation, so order-0
3750                  * request should skip it.
3751                  */
3752                 if (order > 0 && alloc_flags & ALLOC_HARDER)
3753                         page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
3754                 if (!page) {
3755                         page = __rmqueue(zone, order, migratetype, alloc_flags);
3756                         if (!page)
3757                                 goto failed;
3758                 }
3759                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
3760                                           get_pcppage_migratetype(page));
3761                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3762         } while (check_new_pages(page, order));
3763
3764         __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
3765         zone_statistics(preferred_zone, zone, 1);
3766
3767 out:
3768         /* Separate test+clear to avoid unnecessary atomics */
3769         if (test_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags)) {
3770                 clear_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
3771                 wakeup_kswapd(zone, 0, 0, zone_idx(zone));
3772         }
3773
3774         VM_BUG_ON_PAGE(page && bad_range(zone, page), page);
3775         return page;
3776
3777 failed:
3778         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3779         return NULL;
3780 }
3781
3782 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
3783
3784 static struct {
3785         struct fault_attr attr;
3786
3787         bool ignore_gfp_highmem;
3788         bool ignore_gfp_reclaim;
3789         u32 min_order;
3790 } fail_page_alloc = {
3791         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
3792         .ignore_gfp_reclaim = true,
3793         .ignore_gfp_highmem = true,
3794         .min_order = 1,
3795 };
3796
3797 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
3798 {
3799         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
3800 }
3801 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
3802
3803 static bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3804 {
3805         if (order < fail_page_alloc.min_order)
3806                 return false;
3807         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3808                 return false;
3809         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
3810                 return false;
3811         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim &&
3812                         (gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3813                 return false;
3814
3815         if (gfp_mask & __GFP_NOWARN)
3816                 fail_page_alloc.attr.no_warn = true;
3817
3818         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
3819 }
3820
3821 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
3822
3823 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
3824 {
3825         umode_t mode = S_IFREG | 0600;
3826         struct dentry *dir;
3827
3828         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
3829                                         &fail_page_alloc.attr);
3830
3831         debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
3832                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim);
3833         debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
3834                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem);
3835         debugfs_create_u32("min-order", mode, dir, &fail_page_alloc.min_order);
3836
3837         return 0;
3838 }
3839
3840 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
3841
3842 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
3843
3844 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3845
3846 static inline bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3847 {
3848         return false;
3849 }
3850
3851 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3852
3853 noinline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3854 {
3855         return __should_fail_alloc_page(gfp_mask, order);
3856 }
3857 ALLOW_ERROR_INJECTION(should_fail_alloc_page, TRUE);
3858
3859 static inline long __zone_watermark_unusable_free(struct zone *z,
3860                                 unsigned int order, unsigned int alloc_flags)
3861 {
3862         const bool alloc_harder = (alloc_flags & (ALLOC_HARDER|ALLOC_OOM));
3863         long unusable_free = (1 << order) - 1;
3864
3865         /*
3866          * If the caller does not have rights to ALLOC_HARDER then subtract
3867          * the high-atomic reserves. This will over-estimate the size of the
3868          * atomic reserve but it avoids a search.
3869          */
3870         if (likely(!alloc_harder))
3871                 unusable_free += z->nr_reserved_highatomic;
3872
3873 #ifdef CONFIG_CMA
3874         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
3875         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
3876                 unusable_free += zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
3877 #endif
3878
3879         return unusable_free;
3880 }
3881
3882 /*
3883  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
3884  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
3885  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
3886  * to check in the allocation paths if no pages are free.
3887  */
3888 bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3889                          int highest_zoneidx, unsigned int alloc_flags,
3890                          long free_pages)
3891 {
3892         long min = mark;
3893         int o;
3894         const bool alloc_harder = (alloc_flags & (ALLOC_HARDER|ALLOC_OOM));
3895
3896         /* free_pages may go negative - that's OK */
3897         free_pages -= __zone_watermark_unusable_free(z, order, alloc_flags);
3898
3899         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
3900                 min -= min / 2;
3901
3902         if (unlikely(alloc_harder)) {
3903                 /*
3904                  * OOM victims can try even harder than normal ALLOC_HARDER
3905                  * users on the grounds that it's definitely going to be in
3906                  * the exit path shortly and free memory. Any allocation it
3907                  * makes during the free path will be small and short-lived.
3908                  */
3909                 if (alloc_flags & ALLOC_OOM)
3910                         min -= min / 2;
3911                 else
3912                         min -= min / 4;
3913         }
3914
3915         /*
3916          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
3917          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
3918          * even if a suitable page happened to be free.
3919          */
3920         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[highest_zoneidx])
3921                 return false;
3922
3923         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
3924         if (!order)
3925                 return true;
3926
3927         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
3928         for (o = order; o < MAX_ORDER; o++) {
3929                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
3930                 int mt;
3931
3932                 if (!area->nr_free)
3933                         continue;
3934
3935                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
3936                         if (!free_area_empty(area, mt))
3937                                 return true;
3938                 }
3939
3940 #ifdef CONFIG_CMA
3941                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
3942                     !free_area_empty(area, MIGRATE_CMA)) {
3943                         return true;
3944                 }
3945 #endif
3946                 if (alloc_harder && !free_area_empty(area, MIGRATE_HIGHATOMIC))
3947                         return true;
3948         }
3949         return false;
3950 }
3951
3952 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3953                       int highest_zoneidx, unsigned int alloc_flags)
3954 {
3955         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, alloc_flags,
3956                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
3957 }
3958
3959 static inline bool zone_watermark_fast(struct zone *z, unsigned int order,
3960                                 unsigned long mark, int highest_zoneidx,
3961                                 unsigned int alloc_flags, gfp_t gfp_mask)
3962 {
3963         long free_pages;
3964
3965         free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3966
3967         /*
3968          * Fast check for order-0 only. If this fails then the reserves
3969          * need to be calculated.
3970          */
3971         if (!order) {
3972                 long usable_free;
3973                 long reserved;
3974
3975                 usable_free = free_pages;
3976                 reserved = __zone_watermark_unusable_free(z, 0, alloc_flags);
3977
3978                 /* reserved may over estimate high-atomic reserves. */
3979                 usable_free -= min(usable_free, reserved);
3980                 if (usable_free > mark + z->lowmem_reserve[highest_zoneidx])
3981                         return true;
3982         }
3983
3984         if (__zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, alloc_flags,
3985                                         free_pages))
3986                 return true;
3987         /*
3988          * Ignore watermark boosting for GFP_ATOMIC order-0 allocations
3989          * when checking the min watermark. The min watermark is the
3990          * point where boosting is ignored so that kswapd is woken up
3991          * when below the low watermark.
3992          */
3993         if (unlikely(!order && (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) && z->watermark_boost
3994                 && ((alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK) == WMARK_MIN))) {
3995                 mark = z->_watermark[WMARK_MIN];
3996                 return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx,
3997                                         alloc_flags, free_pages);
3998         }
3999
4000         return false;
4001 }
4002
4003 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
4004                         unsigned long mark, int highest_zoneidx)
4005 {
4006         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
4007
4008         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
4009                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
4010
4011         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, 0,
4012                                                                 free_pages);
4013 }
4014
4015 #ifdef CONFIG_NUMA
4016 int __read_mostly node_reclaim_distance = RECLAIM_DISTANCE;
4017
4018 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
4019 {
4020         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <=
4021                                 node_reclaim_distance;
4022 }
4023 #else   /* CONFIG_NUMA */
4024 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
4025 {
4026         return true;
4027 }
4028 #endif  /* CONFIG_NUMA */
4029
4030 /*
4031  * The restriction on ZONE_DMA32 as being a suitable zone to use to avoid
4032  * fragmentation is subtle. If the preferred zone was HIGHMEM then
4033  * premature use of a lower zone may cause lowmem pressure problems that
4034  * are worse than fragmentation. If the next zone is ZONE_DMA then it is
4035  * probably too small. It only makes sense to spread allocations to avoid
4036  * fragmentation between the Normal and DMA32 zones.
4037  */
4038 static inline unsigned int
4039 alloc_flags_nofragment(struct zone *zone, gfp_t gfp_mask)
4040 {
4041         unsigned int alloc_flags;
4042
4043         /*
4044          * __GFP_KSWAPD_RECLAIM is assumed to be the same as ALLOC_KSWAPD
4045          * to save a branch.
4046          */
4047         alloc_flags = (__force int) (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM);
4048
4049 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
4050         if (!zone)
4051                 return alloc_flags;
4052
4053         if (zone_idx(zone) != ZONE_NORMAL)
4054                 return alloc_flags;
4055
4056         /*
4057          * If ZONE_DMA32 exists, assume it is the one after ZONE_NORMAL and
4058          * the pointer is within zone->zone_pgdat->node_zones[]. Also assume
4059          * on UMA that if Normal is populated then so is DMA32.
4060          */
4061         BUILD_BUG_ON(ZONE_NORMAL - ZONE_DMA32 != 1);
4062         if (nr_online_nodes > 1 && !populated_zone(--zone))
4063                 return alloc_flags;
4064
4065         alloc_flags |= ALLOC_NOFRAGMENT;
4066 #endif /* CONFIG_ZONE_DMA32 */
4067         return alloc_flags;
4068 }
4069
4070 /* Must be called after current_gfp_context() which can change gfp_mask */
4071 static inline unsigned int gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_t gfp_mask,
4072                                                   unsigned int alloc_flags)
4073 {
4074 #ifdef CONFIG_CMA
4075         if (gfp_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
4076                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
4077 #endif
4078         return alloc_flags;
4079 }
4080
4081 /*
4082  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
4083  * a page.
4084  */
4085 static struct page *
4086 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
4087                                                 const struct alloc_context *ac)
4088 {
4089         struct zoneref *z;
4090         struct zone *zone;
4091         struct pglist_data *last_pgdat = NULL;
4092         bool last_pgdat_dirty_ok = false;
4093         bool no_fallback;
4094
4095 retry:
4096         /*
4097          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
4098          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
4099          */
4100         no_fallback = alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT;
4101         z = ac->preferred_zoneref;
4102         for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->highest_zoneidx,
4103                                         ac->nodemask) {
4104                 struct page *page;
4105                 unsigned long mark;
4106
4107                 if (cpusets_enabled() &&
4108                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
4109                         !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
4110                                 continue;
4111                 /*
4112                  * When allocating a page cache page for writing, we
4113                  * want to get it from a node that is within its dirty
4114                  * limit, such that no single node holds more than its
4115                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
4116                  * The dirty limits take into account the node's
4117                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
4118                  * should be able to balance it without having to
4119                  * write pages from its LRU list.
4120                  *
4121                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
4122                  * exceed the per-node dirty limit in the slowpath
4123                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
4124                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
4125                  * nodes are together not big enough to reach the
4126                  * global limit.  The proper fix for these situations
4127                  * will require awareness of nodes in the
4128                  * dirty-throttling and the flusher threads.
4129                  */
4130                 if (ac->spread_dirty_pages) {
4131                         if (last_pgdat != zone->zone_pgdat) {
4132                                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
4133                                 last_pgdat_dirty_ok = node_dirty_ok(zone->zone_pgdat);
4134                         }
4135
4136                         if (!last_pgdat_dirty_ok)
4137                                 continue;
4138                 }
4139
4140                 if (no_fallback && nr_online_nodes > 1 &&
4141                     zone != ac->preferred_zoneref->zone) {
4142                         int local_nid;
4143
4144                         /*
4145                          * If moving to a remote node, retry but allow
4146                          * fragmenting fallbacks. Locality is more important
4147                          * than fragmentation avoidance.
4148                          */
4149                         local_nid = zone_to_nid(ac->preferred_zoneref->zone);
4150                         if (zone_to_nid(zone) != local_nid) {
4151                                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
4152                                 goto retry;
4153                         }
4154                 }
4155
4156                 mark = wmark_pages(zone, alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK);
4157                 if (!zone_watermark_fast(zone, order, mark,
4158                                        ac->highest_zoneidx, alloc_flags,
4159                                        gfp_mask)) {
4160                         int ret;
4161
4162 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
4163                         /*
4164                          * Watermark failed for this zone, but see if we can
4165                          * grow this zone if it contains deferred pages.
4166                          */
4167                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
4168                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
4169                                         goto try_this_zone;
4170                         }
4171 #endif
4172                         /* Checked here to keep the fast path fast */
4173                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
4174                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
4175                                 goto try_this_zone;
4176
4177                         if (!node_reclaim_enabled() ||
4178                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zoneref->zone, zone))
4179                                 continue;
4180
4181                         ret = node_reclaim(zone->zone_pgdat, gfp_mask, order);
4182                         switch (ret) {
4183                         case NODE_RECLAIM_NOSCAN:
4184                                 /* did not scan */
4185                                 continue;
4186                         case NODE_RECLAIM_FULL:
4187                                 /* scanned but unreclaimable */
4188                                 continue;
4189                         default:
4190                                 /* did we reclaim enough */
4191                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
4192                                         ac->highest_zoneidx, alloc_flags))
4193                                         goto try_this_zone;
4194
4195                                 continue;
4196                         }
4197                 }
4198
4199 try_this_zone:
4200                 page = rmqueue(ac->preferred_zoneref->zone, zone, order,
4201                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
4202                 if (page) {
4203                         prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
4204
4205                         /*
4206                          * If this is a high-order atomic allocation then check
4207                          * if the pageblock should be reserved for the future
4208                          */
4209                         if (unlikely(order && (alloc_flags & ALLOC_HARDER)))
4210                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone, order);
4211
4212                         return page;
4213                 } else {
4214 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
4215                         /* Try again if zone has deferred pages */
4216                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
4217                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
4218                                         goto try_this_zone;
4219                         }
4220 #endif
4221                 }
4222         }
4223
4224         /*
4225          * It's possible on a UMA machine to get through all zones that are
4226          * fragmented. If avoiding fragmentation, reset and try again.
4227          */
4228         if (no_fallback) {
4229                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
4230                 goto retry;
4231         }
4232
4233         return NULL;
4234 }
4235
4236 static void warn_alloc_show_mem(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
4237 {
4238         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
4239
4240         /*
4241          * This documents exceptions given to allocations in certain
4242          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
4243          * of allowed nodes.
4244          */
4245         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4246                 if (tsk_is_oom_victim(current) ||
4247                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
4248                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
4249         if (!in_task() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
4250                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
4251
4252         show_mem(filter, nodemask);
4253 }
4254
4255 void warn_alloc(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask, const char *fmt, ...)
4256 {
4257         struct va_format vaf;
4258         va_list args;
4259         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs, 10*HZ, 1);
4260
4261         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) ||
4262              !__ratelimit(&nopage_rs) ||
4263              ((gfp_mask & __GFP_DMA) && !has_managed_dma()))
4264                 return;
4265
4266         va_start(args, fmt);
4267         vaf.fmt = fmt;
4268         vaf.va = &args;
4269         pr_warn("%s: %pV, mode:%#x(%pGg), nodemask=%*pbl",
4270                         current->comm, &vaf, gfp_mask, &gfp_mask,
4271                         nodemask_pr_args(nodemask));
4272         va_end(args);
4273
4274         cpuset_print_current_mems_allowed();
4275         pr_cont("\n");
4276         dump_stack();
4277         warn_alloc_show_mem(gfp_mask, nodemask);
4278 }
4279
4280 static inline struct page *
4281 __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4282                               unsigned int alloc_flags,
4283                               const struct alloc_context *ac)
4284 {
4285         struct page *page;
4286
4287         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
4288                         alloc_flags|ALLOC_CPUSET, ac);
4289         /*
4290          * fallback to ignore cpuset restriction if our nodes
4291          * are depleted
4292          */
4293         if (!page)
4294                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
4295                                 alloc_flags, ac);
4296
4297         return page;
4298 }
4299
4300 static inline struct page *
4301 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4302         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
4303 {
4304         struct oom_control oc = {
4305                 .zonelist = ac->zonelist,
4306                 .nodemask = ac->nodemask,
4307                 .memcg = NULL,
4308                 .gfp_mask = gfp_mask,
4309                 .order = order,
4310         };
4311         struct page *page;
4312
4313         *did_some_progress = 0;
4314
4315         /*
4316          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
4317          * making progress for us.
4318          */
4319         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
4320                 *did_some_progress = 1;
4321                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
4322                 return NULL;
4323         }
4324
4325         /*
4326          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
4327          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
4328          * we're still under heavy pressure. But make sure that this reclaim
4329          * attempt shall not depend on __GFP_DIRECT_RECLAIM && !__GFP_NORETRY
4330          * allocation which will never fail due to oom_lock already held.
4331          */
4332         page = get_page_from_freelist((gfp_mask | __GFP_HARDWALL) &
4333                                       ~__GFP_DIRECT_RECLAIM, order,
4334                                       ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
4335         if (page)
4336                 goto out;
4337
4338         /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
4339         if (current->flags & PF_DUMPCORE)
4340                 goto out;
4341         /* The OOM killer will not help higher order allocs */
4342         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4343                 goto out;
4344         /*
4345          * We have already exhausted all our reclaim opportunities without any
4346          * success so it is time to admit defeat. We will skip the OOM killer
4347          * because it is very likely that the caller has a more reasonable
4348          * fallback than shooting a random task.
4349          *
4350          * The OOM killer may not free memory on a specific node.
4351          */
4352         if (gfp_mask & (__GFP_RETRY_MAYFAIL | __GFP_THISNODE))
4353                 goto out;
4354         /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
4355         if (ac->highest_zoneidx < ZONE_NORMAL)
4356                 goto out;
4357         if (pm_suspended_storage())
4358                 goto out;
4359         /*
4360          * XXX: GFP_NOFS allocations should rather fail than rely on
4361          * other request to make a forward progress.
4362          * We are in an unfortunate situation where out_of_memory cannot
4363          * do much for this context but let's try it to at least get
4364          * access to memory reserved if the current task is killed (see
4365          * out_of_memory). Once filesystems are ready to handle allocation
4366          * failures more gracefully we should just bail out here.
4367          */
4368
4369         /* Exhausted what can be done so it's blame time */
4370         if (out_of_memory(&oc) ||
4371             WARN_ON_ONCE_GFP(gfp_mask & __GFP_NOFAIL, gfp_mask)) {
4372                 *did_some_progress = 1;
4373
4374                 /*
4375                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
4376                  * reserves
4377                  */
4378                 if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
4379                         page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order,
4380                                         ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
4381         }
4382 out:
4383         mutex_unlock(&oom_lock);
4384         return page;
4385 }
4386
4387 /*
4388  * Maximum number of compaction retries with a progress before OOM
4389  * killer is consider as the only way to move forward.
4390  */
4391 #define MAX_COMPACT_RETRIES 16
4392
4393 #ifdef CONFIG_COMPACTION
4394 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
4395 static struct page *
4396 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4397                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4398                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
4399 {
4400         struct page *page = NULL;
4401         unsigned long pflags;
4402         unsigned int noreclaim_flag;
4403
4404         if (!order)
4405                 return NULL;
4406
4407         psi_memstall_enter(&pflags);
4408         delayacct_compact_start();
4409         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4410
4411         *compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4412                                                                 prio, &page);
4413
4414         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4415         psi_memstall_leave(&pflags);
4416         delayacct_compact_end();
4417
4418         if (*compact_result == COMPACT_SKIPPED)
4419                 return NULL;
4420         /*
4421          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
4422          * count a compaction stall
4423          */
4424         count_vm_event(COMPACTSTALL);
4425
4426         /* Prep a captured page if available */
4427         if (page)
4428                 prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
4429
4430         /* Try get a page from the freelist if available */
4431         if (!page)
4432                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4433
4434         if (page) {
4435                 struct zone *zone = page_zone(page);
4436
4437                 zone->compact_blockskip_flush = false;
4438                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
4439                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
4440                 return page;
4441         }
4442
4443         /*
4444          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
4445          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
4446          */
4447         count_vm_event(COMPACTFAIL);
4448
4449         cond_resched();
4450
4451         return NULL;
4452 }
4453
4454 static inline bool
4455 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, int order, int alloc_flags,
4456                      enum compact_result compact_result,
4457                      enum compact_priority *compact_priority,
4458                      int *compaction_retries)
4459 {
4460         int max_retries = MAX_COMPACT_RETRIES;
4461         int min_priority;
4462         bool ret = false;
4463         int retries = *compaction_retries;
4464         enum compact_priority priority = *compact_priority;
4465
4466         if (!order)
4467                 return false;
4468
4469         if (fatal_signal_pending(current))
4470                 return false;
4471
4472         if (compaction_made_progress(compact_result))
4473                 (*compaction_retries)++;
4474
4475         /*
4476          * compaction considers all the zone as desperately out of memory
4477          * so it doesn't really make much sense to retry except when the
4478          * failure could be caused by insufficient priority
4479          */
4480         if (compaction_failed(compact_result))
4481                 goto check_priority;
4482
4483         /*
4484          * compaction was skipped because there are not enough order-0 pages
4485          * to work with, so we retry only if it looks like reclaim can help.
4486          */
4487         if (compaction_needs_reclaim(compact_result)) {
4488                 ret = compaction_zonelist_suitable(ac, order, alloc_flags);
4489                 goto out;
4490         }
4491
4492         /*
4493          * make sure the compaction wasn't deferred or didn't bail out early
4494          * due to locks contention before we declare that we should give up.
4495          * But the next retry should use a higher priority if allowed, so
4496          * we don't just keep bailing out endlessly.
4497          */
4498         if (compaction_withdrawn(compact_result)) {
4499                 goto check_priority;
4500         }
4501
4502         /*
4503          * !costly requests are much more important than __GFP_RETRY_MAYFAIL
4504          * costly ones because they are de facto nofail and invoke OOM
4505          * killer to move on while costly can fail and users are ready
4506          * to cope with that. 1/4 retries is rather arbitrary but we
4507          * would need much more detailed feedback from compaction to
4508          * make a better decision.
4509          */
4510         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4511                 max_retries /= 4;
4512         if (*compaction_retries <= max_retries) {
4513                 ret = true;
4514                 goto out;
4515         }
4516
4517         /*
4518          * Make sure there are attempts at the highest priority if we exhausted
4519          * all retries or failed at the lower priorities.
4520          */
4521 check_priority:
4522         min_priority = (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) ?
4523                         MIN_COMPACT_COSTLY_PRIORITY : MIN_COMPACT_PRIORITY;
4524
4525         if (*compact_priority > min_priority) {
4526                 (*compact_priority)--;
4527                 *compaction_retries = 0;
4528                 ret = true;
4529         }
4530 out:
4531         trace_compact_retry(order, priority, compact_result, retries, max_retries, ret);
4532         return ret;
4533 }
4534 #else
4535 static inline struct page *
4536 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4537                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4538                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
4539 {
4540         *compact_result = COMPACT_SKIPPED;
4541         return NULL;
4542 }
4543
4544 static inline bool
4545 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, unsigned int order, int alloc_flags,
4546                      enum compact_result compact_result,
4547                      enum compact_priority *compact_priority,
4548                      int *compaction_retries)
4549 {
4550         struct zone *zone;
4551         struct zoneref *z;
4552
4553         if (!order || order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4554                 return false;
4555
4556         /*
4557          * There are setups with compaction disabled which would prefer to loop
4558          * inside the allocator rather than hit the oom killer prematurely.
4559          * Let's give them a good hope and keep retrying while the order-0
4560          * watermarks are OK.
4561          */
4562         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
4563                                 ac->highest_zoneidx, ac->nodemask) {
4564                 if (zone_watermark_ok(zone, 0, min_wmark_pages(zone),
4565                                         ac->highest_zoneidx, alloc_flags))
4566                         return true;
4567         }
4568         return false;
4569 }
4570 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
4571
4572 #ifdef CONFIG_LOCKDEP
4573 static struct lockdep_map __fs_reclaim_map =
4574         STATIC_LOCKDEP_MAP_INIT("fs_reclaim", &__fs_reclaim_map);
4575
4576 static bool __need_reclaim(gfp_t gfp_mask)
4577 {
4578         /* no reclaim without waiting on it */
4579         if (!(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
4580                 return false;
4581
4582         /* this guy won't enter reclaim */
4583         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4584                 return false;
4585
4586         if (gfp_mask & __GFP_NOLOCKDEP)
4587                 return false;
4588
4589         return true;
4590 }
4591
4592 void __fs_reclaim_acquire(unsigned long ip)
4593 {
4594         lock_acquire_exclusive(&__fs_reclaim_map, 0, 0, NULL, ip);
4595 }
4596
4597 void __fs_reclaim_release(unsigned long ip)
4598 {
4599         lock_release(&__fs_reclaim_map, ip);
4600 }
4601
4602 void fs_reclaim_acquire(gfp_t gfp_mask)
4603 {
4604         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4605
4606         if (__need_reclaim(gfp_mask)) {
4607                 if (gfp_mask & __GFP_FS)
4608                         __fs_reclaim_acquire(_RET_IP_);
4609
4610 #ifdef CONFIG_MMU_NOTIFIER
4611                 lock_map_acquire(&__mmu_notifier_invalidate_range_start_map);
4612                 lock_map_release(&__mmu_notifier_invalidate_range_start_map);
4613 #endif
4614
4615         }
4616 }
4617 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_acquire);
4618
4619 void fs_reclaim_release(gfp_t gfp_mask)
4620 {
4621         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4622
4623         if (__need_reclaim(gfp_mask)) {
4624                 if (gfp_mask & __GFP_FS)
4625                         __fs_reclaim_release(_RET_IP_);
4626         }
4627 }
4628 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_release);
4629 #endif
4630
4631 /* Perform direct synchronous page reclaim */
4632 static unsigned long
4633 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4634                                         const struct alloc_context *ac)
4635 {
4636         unsigned int noreclaim_flag;
4637         unsigned long progress;
4638
4639         cond_resched();
4640
4641         /* We now go into synchronous reclaim */
4642         cpuset_memory_pressure_bump();
4643         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
4644         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4645
4646         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
4647                                                                 ac->nodemask);
4648
4649         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4650         fs_reclaim_release(gfp_mask);
4651
4652         cond_resched();
4653
4654         return progress;
4655 }
4656
4657 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
4658 static inline struct page *
4659 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4660                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4661                 unsigned long *did_some_progress)
4662 {
4663         struct page *page = NULL;
4664         unsigned long pflags;
4665         bool drained = false;
4666
4667         psi_memstall_enter(&pflags);
4668         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
4669         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
4670                 goto out;
4671
4672 retry:
4673         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4674
4675         /*
4676          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
4677          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
4678          * Shrink them and try again
4679          */
4680         if (!page && !drained) {
4681                 unreserve_highatomic_pageblock(ac, false);
4682                 drain_all_pages(NULL);
4683                 drained = true;
4684                 goto retry;
4685         }
4686 out:
4687         psi_memstall_leave(&pflags);
4688
4689         return page;
4690 }
4691
4692 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, gfp_t gfp_mask,
4693                              const struct alloc_context *ac)
4694 {
4695         struct zoneref *z;
4696         struct zone *zone;
4697         pg_data_t *last_pgdat = NULL;
4698         enum zone_type highest_zoneidx = ac->highest_zoneidx;
4699
4700         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, highest_zoneidx,
4701                                         ac->nodemask) {
4702                 if (!managed_zone(zone))
4703                         continue;
4704                 if (last_pgdat != zone->zone_pgdat) {
4705                         wakeup_kswapd(zone, gfp_mask, order, highest_zoneidx);
4706                         last_pgdat = zone->zone_pgdat;
4707                 }
4708         }
4709 }
4710
4711 static inline unsigned int
4712 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4713 {
4714         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
4715
4716         /*
4717          * __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH
4718          * and __GFP_KSWAPD_RECLAIM is assumed to be the same as ALLOC_KSWAPD
4719          * to save two branches.
4720          */
4721         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
4722         BUILD_BUG_ON(__GFP_KSWAPD_RECLAIM != (__force gfp_t) ALLOC_KSWAPD);
4723
4724         /*
4725          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
4726          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
4727          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
4728          * set both ALLOC_HARDER (__GFP_ATOMIC) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
4729          */
4730         alloc_flags |= (__force int)
4731                 (gfp_mask & (__GFP_HIGH | __GFP_KSWAPD_RECLAIM));
4732
4733         if (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) {
4734                 /*
4735                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
4736                  * if it can't schedule.
4737                  */
4738                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4739                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
4740                 /*
4741                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
4742                  * comment for __cpuset_node_allowed().
4743                  */
4744                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
4745         } else if (unlikely(rt_task(current)) && in_task())
4746                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
4747
4748         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, alloc_flags);
4749
4750         return alloc_flags;
4751 }
4752
4753 static bool oom_reserves_allowed(struct task_struct *tsk)
4754 {
4755         if (!tsk_is_oom_victim(tsk))
4756                 return false;
4757
4758         /*
4759          * !MMU doesn't have oom reaper so give access to memory reserves
4760          * only to the thread with TIF_MEMDIE set
4761          */
4762         if (!IS_ENABLED(CONFIG_MMU) && !test_thread_flag(TIF_MEMDIE))
4763                 return false;
4764
4765         return true;
4766 }
4767
4768 /*
4769  * Distinguish requests which really need access to full memory
4770  * reserves from oom victims which can live with a portion of it
4771  */
4772 static inline int __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4773 {
4774         if (unlikely(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4775                 return 0;
4776         if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
4777                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4778         if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
4779                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4780         if (!in_interrupt()) {
4781                 if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4782                         return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4783                 else if (oom_reserves_allowed(current))
4784                         return ALLOC_OOM;
4785         }
4786
4787         return 0;
4788 }
4789
4790 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
4791 {
4792         return !!__gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4793 }
4794
4795 /*
4796  * Checks whether it makes sense to retry the reclaim to make a forward progress
4797  * for the given allocation request.
4798  *
4799  * We give up when we either have tried MAX_RECLAIM_RETRIES in a row
4800  * without success, or when we couldn't even meet the watermark if we
4801  * reclaimed all remaining pages on the LRU lists.
4802  *
4803  * Returns true if a retry is viable or false to enter the oom path.
4804  */
4805 static inline bool
4806 should_reclaim_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned order,
4807                      struct alloc_context *ac, int alloc_flags,
4808                      bool did_some_progress, int *no_progress_loops)
4809 {
4810         struct zone *zone;
4811         struct zoneref *z;
4812         bool ret = false;
4813
4814         /*
4815          * Costly allocations might have made a progress but this doesn't mean
4816          * their order will become available due to high fragmentation so
4817          * always increment the no progress counter for them
4818          */
4819         if (did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4820                 *no_progress_loops = 0;
4821         else
4822                 (*no_progress_loops)++;
4823
4824         /*
4825          * Make sure we converge to OOM if we cannot make any progress
4826          * several times in the row.
4827          */
4828         if (*no_progress_loops > MAX_RECLAIM_RETRIES) {
4829                 /* Before OOM, exhaust highatomic_reserve */
4830                 return unreserve_highatomic_pageblock(ac, true);
4831         }
4832
4833         /*
4834          * Keep reclaiming pages while there is a chance this will lead
4835          * somewhere.  If none of the target zones can satisfy our allocation
4836          * request even if all reclaimable pages are considered then we are
4837          * screwed and have to go OOM.
4838          */
4839         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
4840                                 ac->highest_zoneidx, ac->nodemask) {
4841                 unsigned long available;
4842                 unsigned long reclaimable;
4843                 unsigned long min_wmark = min_wmark_pages(zone);
4844                 bool wmark;
4845
4846                 available = reclaimable = zone_reclaimable_pages(zone);
4847                 available += zone_page_state_snapshot(zone, NR_FREE_PAGES);
4848
4849                 /*
4850                  * Would the allocation succeed if we reclaimed all
4851                  * reclaimable pages?
4852                  */
4853                 wmark = __zone_watermark_ok(zone, order, min_wmark,
4854                                 ac->highest_zoneidx, alloc_flags, available);
4855                 trace_reclaim_retry_zone(z, order, reclaimable,
4856                                 available, min_wmark, *no_progress_loops, wmark);
4857                 if (wmark) {
4858                         ret = true;
4859                         break;
4860                 }
4861         }
4862
4863         /*
4864          * Memory allocation/reclaim might be called from a WQ context and the
4865          * current implementation of the WQ concurrency control doesn't
4866          * recognize that a particular WQ is congested if the worker thread is
4867          * looping without ever sleeping. Therefore we have to do a short sleep
4868          * here rather than calling cond_resched().
4869          */
4870         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
4871                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
4872         else
4873                 cond_resched();
4874         return ret;
4875 }
4876
4877 static inline bool
4878 check_retry_cpuset(int cpuset_mems_cookie, struct alloc_context *ac)
4879 {
4880         /*
4881          * It's possible that cpuset's mems_allowed and the nodemask from
4882          * mempolicy don't intersect. This should be normally dealt with by
4883          * policy_nodemask(), but it's possible to race with cpuset update in
4884          * such a way the check therein was true, and then it became false
4885          * before we got our cpuset_mems_cookie here.
4886          * This assumes that for all allocations, ac->nodemask can come only
4887          * from MPOL_BIND mempolicy (whose documented semantics is to be ignored
4888          * when it does not intersect with the cpuset restrictions) or the
4889          * caller can deal with a violated nodemask.
4890          */
4891         if (cpusets_enabled() && ac->nodemask &&
4892                         !cpuset_nodemask_valid_mems_allowed(ac->nodemask)) {
4893                 ac->nodemask = NULL;
4894                 return true;
4895         }
4896
4897         /*
4898          * When updating a task's mems_allowed or mempolicy nodemask, it is
4899          * possible to race with parallel threads in such a way that our
4900          * allocation can fail while the mask is being updated. If we are about
4901          * to fail, check if the cpuset changed during allocation and if so,
4902          * retry.
4903          */
4904         if (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))
4905                 return true;
4906
4907         return false;
4908 }
4909
4910 static inline struct page *
4911 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4912                                                 struct alloc_context *ac)
4913 {
4914         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
4915         const bool costly_order = order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER;
4916         struct page *page = NULL;
4917         unsigned int alloc_flags;
4918         unsigned long did_some_progress;
4919         enum compact_priority compact_priority;
4920         enum compact_result compact_result;
4921         int compaction_retries;
4922         int no_progress_loops;
4923         unsigned int cpuset_mems_cookie;
4924         int reserve_flags;
4925
4926         /*
4927          * We also sanity check to catch abuse of atomic reserves being used by
4928          * callers that are not in atomic context.
4929          */
4930         if (WARN_ON_ONCE((gfp_mask & (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)) ==
4931                                 (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)))
4932                 gfp_mask &= ~__GFP_ATOMIC;
4933
4934 retry_cpuset:
4935         compaction_retries = 0;
4936         no_progress_loops = 0;
4937         compact_priority = DEF_COMPACT_PRIORITY;
4938         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
4939
4940         /*
4941          * The fast path uses conservative alloc_flags to succeed only until
4942          * kswapd needs to be woken up, and to avoid the cost of setting up
4943          * alloc_flags precisely. So we do that now.
4944          */
4945         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
4946
4947         /*
4948          * We need to recalculate the starting point for the zonelist iterator
4949          * because we might have used different nodemask in the fast path, or
4950          * there was a cpuset modification and we are retrying - otherwise we
4951          * could end up iterating over non-eligible zones endlessly.
4952          */
4953         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4954                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
4955         if (!ac->preferred_zoneref->zone)
4956                 goto nopage;
4957
4958         /*
4959          * Check for insane configurations where the cpuset doesn't contain
4960          * any suitable zone to satisfy the request - e.g. non-movable
4961          * GFP_HIGHUSER allocations from MOVABLE nodes only.
4962          */
4963         if (cpusets_insane_config() && (gfp_mask & __GFP_HARDWALL)) {
4964                 struct zoneref *z = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4965                                         ac->highest_zoneidx,
4966                                         &cpuset_current_mems_allowed);
4967                 if (!z->zone)
4968                         goto nopage;
4969         }
4970
4971         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4972                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4973
4974         /*
4975          * The adjusted alloc_flags might result in immediate success, so try
4976          * that first
4977          */
4978         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4979         if (page)
4980                 goto got_pg;
4981
4982         /*
4983          * For costly allocations, try direct compaction first, as it's likely
4984          * that we have enough base pages and don't need to reclaim. For non-
4985          * movable high-order allocations, do that as well, as compaction will
4986          * try prevent permanent fragmentation by migrating from blocks of the
4987          * same migratetype.
4988          * Don't try this for allocations that are allowed to ignore
4989          * watermarks, as the ALLOC_NO_WATERMARKS attempt didn't yet happen.
4990          */
4991         if (can_direct_reclaim &&
4992                         (costly_order ||
4993                            (order > 0 && ac->migratetype != MIGRATE_MOVABLE))
4994                         && !gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_mask)) {
4995                 page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order,
4996                                                 alloc_flags, ac,
4997                                                 INIT_COMPACT_PRIORITY,
4998                                                 &compact_result);
4999                 if (page)
5000                         goto got_pg;
5001
5002                 /*
5003                  * Checks for costly allocations with __GFP_NORETRY, which
5004                  * includes some THP page fault allocations
5005                  */
5006                 if (costly_order && (gfp_mask & __GFP_NORETRY)) {
5007                         /*
5008                          * If allocating entire pageblock(s) and compaction
5009                          * failed because all zones are below low watermarks
5010                          * or is prohibited because it recently failed at this
5011                          * order, fail immediately unless the allocator has
5012                          * requested compaction and reclaim retry.
5013                          *
5014                          * Reclaim is
5015                          *  - potentially very expensive because zones are far
5016                          *    below their low watermarks or this is part of very
5017                          *    bursty high order allocations,
5018                          *  - not guaranteed to help because isolate_freepages()
5019                          *    may not iterate over freed pages as part of its
5020                          *    linear scan, and
5021                          *  - unlikely to make entire pageblocks free on its
5022                          *    own.
5023                          */
5024                         if (compact_result == COMPACT_SKIPPED ||
5025                             compact_result == COMPACT_DEFERRED)
5026                                 goto nopage;
5027
5028                         /*
5029                          * Looks like reclaim/compaction is worth trying, but
5030                          * sync compaction could be very expensive, so keep
5031                          * using async compaction.
5032                          */
5033                         compact_priority = INIT_COMPACT_PRIORITY;
5034                 }
5035         }
5036
5037 retry:
5038         /* Ensure kswapd doesn't accidentally go to sleep as long as we loop */
5039         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
5040                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
5041
5042         reserve_flags = __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
5043         if (reserve_flags)
5044                 alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, reserve_flags);
5045
5046         /*
5047          * Reset the nodemask and zonelist iterators if memory policies can be
5048          * ignored. These allocations are high priority and system rather than
5049          * user oriented.
5050          */
5051         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) || reserve_flags) {
5052                 ac->nodemask = NULL;
5053                 ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
5054                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
5055         }
5056
5057         /* Attempt with potentially adjusted zonelist and alloc_flags */
5058         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
5059         if (page)
5060                 goto got_pg;
5061
5062         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
5063         if (!can_direct_reclaim)
5064                 goto nopage;
5065
5066         /* Avoid recursion of direct reclaim */
5067         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
5068                 goto nopage;
5069
5070         /* Try direct reclaim and then allocating */
5071         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
5072                                                         &did_some_progress);
5073         if (page)
5074                 goto got_pg;
5075
5076         /* Try direct compaction and then allocating */
5077         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
5078                                         compact_priority, &compact_result);
5079         if (page)
5080                 goto got_pg;
5081
5082         /* Do not loop if specifically requested */
5083         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
5084                 goto nopage;
5085
5086         /*
5087          * Do not retry costly high order allocations unless they are
5088          * __GFP_RETRY_MAYFAIL
5089          */
5090         if (costly_order && !(gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL))
5091                 goto nopage;
5092
5093         if (should_reclaim_retry(gfp_mask, order, ac, alloc_flags,
5094                                  did_some_progress > 0, &no_progress_loops))
5095                 goto retry;
5096
5097         /*
5098          * It doesn't make any sense to retry for the compaction if the order-0
5099          * reclaim is not able to make any progress because the current
5100          * implementation of the compaction depends on the sufficient amount
5101          * of free memory (see __compaction_suitable)
5102          */
5103         if (did_some_progress > 0 &&
5104                         should_compact_retry(ac, order, alloc_flags,
5105                                 compact_result, &compact_priority,
5106                                 &compaction_retries))
5107                 goto retry;
5108
5109
5110         /* Deal with possible cpuset update races before we start OOM killing */
5111         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
5112                 goto retry_cpuset;
5113
5114         /* Reclaim has failed us, start killing things */
5115         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
5116         if (page)
5117                 goto got_pg;
5118
5119         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
5120         if (tsk_is_oom_victim(current) &&
5121             (alloc_flags & ALLOC_OOM ||
5122              (gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC)))
5123                 goto nopage;
5124
5125         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
5126         if (did_some_progress) {
5127                 no_progress_loops = 0;
5128                 goto retry;
5129         }
5130
5131 nopage:
5132         /* Deal with possible cpuset update races before we fail */
5133         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
5134                 goto retry_cpuset;
5135
5136         /*
5137          * Make sure that __GFP_NOFAIL request doesn't leak out and make sure
5138          * we always retry
5139          */
5140         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL) {
5141                 /*
5142                  * All existing users of the __GFP_NOFAIL are blockable, so warn
5143                  * of any new users that actually require GFP_NOWAIT
5144                  */
5145                 if (WARN_ON_ONCE_GFP(!can_direct_reclaim, gfp_mask))
5146                         goto fail;
5147
5148                 /*
5149                  * PF_MEMALLOC request from this context is rather bizarre
5150                  * because we cannot reclaim anything and only can loop waiting
5151                  * for somebody to do a work for us
5152                  */
5153                 WARN_ON_ONCE_GFP(current->flags & PF_MEMALLOC, gfp_mask);
5154
5155                 /*
5156                  * non failing costly orders are a hard requirement which we
5157                  * are not prepared for much so let's warn about these users
5158                  * so that we can identify them and convert them to something
5159                  * else.
5160                  */
5161                 WARN_ON_ONCE_GFP(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER, gfp_mask);
5162
5163                 /*
5164                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
5165                  * reserves but do not use ALLOC_NO_WATERMARKS because this
5166                  * could deplete whole memory reserves which would just make
5167                  * the situation worse
5168                  */
5169                 page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order, ALLOC_HARDER, ac);
5170                 if (page)
5171                         goto got_pg;
5172
5173                 cond_resched();
5174                 goto retry;
5175         }
5176 fail:
5177         warn_alloc(gfp_mask, ac->nodemask,
5178                         "page allocation failure: order:%u", order);
5179 got_pg:
5180         return page;
5181 }
5182
5183 static inline bool prepare_alloc_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
5184                 int preferred_nid, nodemask_t *nodemask,
5185                 struct alloc_context *ac, gfp_t *alloc_gfp,
5186                 unsigned int *alloc_flags)
5187 {
5188         ac->highest_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
5189         ac->zonelist = node_zonelist(preferred_nid, gfp_mask);
5190         ac->nodemask = nodemask;
5191         ac->migratetype = gfp_migratetype(gfp_mask);
5192
5193         if (cpusets_enabled()) {
5194                 *alloc_gfp |= __GFP_HARDWALL;
5195                 /*
5196                  * When we are in the interrupt context, it is irrelevant
5197                  * to the current task context. It means that any node ok.
5198                  */
5199                 if (in_task() && !ac->nodemask)
5200                         ac->nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
5201                 else
5202                         *alloc_flags |= ALLOC_CPUSET;
5203         }
5204
5205         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
5206         fs_reclaim_release(gfp_mask);
5207
5208         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM);
5209
5210         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
5211                 return false;
5212
5213         *alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, *alloc_flags);
5214
5215         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
5216         ac->spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
5217
5218         /*
5219          * The preferred zone is used for statistics but crucially it is
5220          * also used as the starting point for the zonelist iterator. It
5221          * may get reset for allocations that ignore memory policies.
5222          */
5223         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
5224                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
5225
5226         return true;
5227 }
5228
5229 /*
5230  * __alloc_pages_bulk - Allocate a number of order-0 pages to a list or array
5231  * @gfp: GFP flags for the allocation
5232  * @preferred_nid: The preferred NUMA node ID to allocate from
5233  * @nodemask: Set of nodes to allocate from, may be NULL
5234  * @nr_pages: The number of pages desired on the list or array
5235  * @page_list: Optional list to store the allocated pages
5236  * @page_array: Optional array to store the pages
5237  *
5238  * This is a batched version of the page allocator that attempts to
5239  * allocate nr_pages quickly. Pages are added to page_list if page_list
5240  * is not NULL, otherwise it is assumed that the page_array is valid.
5241  *
5242  * For lists, nr_pages is the number of pages that should be allocated.
5243  *
5244  * For arrays, only NULL elements are populated with pages and nr_pages
5245  * is the maximum number of pages that will be stored in the array.
5246  *
5247  * Returns the number of pages on the list or array.
5248  */
5249 unsigned long __alloc_pages_bulk(gfp_t gfp, int preferred_nid,
5250                         nodemask_t *nodemask, int nr_pages,
5251                         struct list_head *page_list,
5252                         struct page **page_array)
5253 {
5254         struct page *page;
5255         unsigned long flags;
5256         struct zone *zone;
5257         struct zoneref *z;
5258         struct per_cpu_pages *pcp;
5259         struct list_head *pcp_list;
5260         struct alloc_context ac;
5261         gfp_t alloc_gfp;
5262         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
5263         int nr_populated = 0, nr_account = 0;
5264
5265         /*
5266          * Skip populated array elements to determine if any pages need
5267          * to be allocated before disabling IRQs.
5268          */
5269         while (page_array && nr_populated < nr_pages && page_array[nr_populated])
5270                 nr_populated++;
5271
5272         /* No pages requested? */
5273         if (unlikely(nr_pages <= 0))
5274                 goto out;
5275
5276         /* Already populated array? */
5277         if (unlikely(page_array && nr_pages - nr_populated == 0))
5278                 goto out;
5279
5280         /* Bulk allocator does not support memcg accounting. */
5281         if (memcg_kmem_enabled() && (gfp & __GFP_ACCOUNT))
5282                 goto failed;
5283
5284         /* Use the single page allocator for one page. */
5285         if (nr_pages - nr_populated == 1)
5286                 goto failed;
5287
5288 #ifdef CONFIG_PAGE_OWNER
5289         /*
5290          * PAGE_OWNER may recurse into the allocator to allocate space to
5291          * save the stack with pagesets.lock held. Releasing/reacquiring
5292          * removes much of the performance benefit of bulk allocation so
5293          * force the caller to allocate one page at a time as it'll have
5294          * similar performance to added complexity to the bulk allocator.
5295          */
5296         if (static_branch_unlikely(&page_owner_inited))
5297                 goto failed;
5298 #endif
5299
5300         /* May set ALLOC_NOFRAGMENT, fragmentation will return 1 page. */
5301         gfp &= gfp_allowed_mask;
5302         alloc_gfp = gfp;
5303         if (!prepare_alloc_pages(gfp, 0, preferred_nid, nodemask, &ac, &alloc_gfp, &alloc_flags))
5304                 goto out;
5305         gfp = alloc_gfp;
5306
5307         /* Find an allowed local zone that meets the low watermark. */
5308         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac.zonelist, ac.highest_zoneidx, ac.nodemask) {
5309                 unsigned long mark;
5310
5311                 if (cpusets_enabled() && (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
5312                     !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp)) {
5313                         continue;
5314                 }
5315
5316                 if (nr_online_nodes > 1 && zone != ac.preferred_zoneref->zone &&
5317                     zone_to_nid(zone) != zone_to_nid(ac.preferred_zoneref->zone)) {
5318                         goto failed;
5319                 }
5320
5321                 mark = wmark_pages(zone, alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK) + nr_pages;
5322                 if (zone_watermark_fast(zone, 0,  mark,
5323                                 zonelist_zone_idx(ac.preferred_zoneref),
5324                                 alloc_flags, gfp)) {
5325                         break;
5326                 }
5327         }
5328
5329         /*
5330          * If there are no allowed local zones that meets the watermarks then
5331          * try to allocate a single page and reclaim if necessary.
5332          */
5333         if (unlikely(!zone))
5334                 goto failed;
5335
5336         /* Attempt the batch allocation */
5337         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
5338         pcp = this_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset);
5339         pcp_list = &pcp->lists[order_to_pindex(ac.migratetype, 0)];
5340
5341         while (nr_populated < nr_pages) {
5342
5343                 /* Skip existing pages */
5344                 if (page_array && page_array[nr_populated]) {
5345                         nr_populated++;
5346                         continue;
5347                 }
5348
5349                 page = __rmqueue_pcplist(zone, 0, ac.migratetype, alloc_flags,
5350                                                                 pcp, pcp_list);
5351                 if (unlikely(!page)) {
5352                         /* Try and allocate at least one page */
5353                         if (!nr_account)
5354                                 goto failed_irq;
5355                         break;
5356                 }
5357                 nr_account++;
5358
5359                 prep_new_page(page, 0, gfp, 0);
5360                 if (page_list)
5361                         list_add(&page->lru, page_list);
5362                 else
5363                         page_array[nr_populated] = page;
5364                 nr_populated++;
5365         }
5366
5367         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
5368
5369         __count_zid_vm_events(PGALLOC, zone_idx(zone), nr_account);
5370         zone_statistics(ac.preferred_zoneref->zone, zone, nr_account);
5371
5372 out:
5373         return nr_populated;
5374
5375 failed_irq:
5376         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
5377
5378 failed:
5379         page = __alloc_pages(gfp, 0, preferred_nid, nodemask);
5380         if (page) {
5381                 if (page_list)
5382                         list_add(&page->lru, page_list);
5383                 else
5384                         page_array[nr_populated] = page;
5385                 nr_populated++;
5386         }
5387
5388         goto out;
5389 }
5390 EXPORT_SYMBOL_GPL(__alloc_pages_bulk);
5391
5392 /*
5393  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
5394  */
5395 struct page *__alloc_pages(gfp_t gfp, unsigned int order, int preferred_nid,
5396                                                         nodemask_t *nodemask)
5397 {
5398         struct page *page;
5399         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
5400         gfp_t alloc_gfp; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
5401         struct alloc_context ac = { };
5402
5403         /*
5404          * There are several places where we assume that the order value is sane
5405          * so bail out early if the request is out of bound.
5406          */
5407         if (WARN_ON_ONCE_GFP(order >= MAX_ORDER, gfp))
5408                 return NULL;
5409
5410         gfp &= gfp_allowed_mask;
5411         /*
5412          * Apply scoped allocation constraints. This is mainly about GFP_NOFS
5413          * resp. GFP_NOIO which has to be inherited for all allocation requests
5414          * from a particular context which has been marked by
5415          * memalloc_no{fs,io}_{save,restore}. And PF_MEMALLOC_PIN which ensures
5416          * movable zones are not used during allocation.
5417          */
5418         gfp = current_gfp_context(gfp);
5419         alloc_gfp = gfp;
5420         if (!prepare_alloc_pages(gfp, order, preferred_nid, nodemask, &ac,
5421                         &alloc_gfp, &alloc_flags))
5422                 return NULL;
5423
5424         /*
5425          * Forbid the first pass from falling back to types that fragment
5426          * memory until all local zones are considered.
5427          */
5428         alloc_flags |= alloc_flags_nofragment(ac.preferred_zoneref->zone, gfp);
5429
5430         /* First allocation attempt */
5431         page = get_page_from_freelist(alloc_gfp, order, alloc_flags, &ac);
5432         if (likely(page))
5433                 goto out;
5434
5435         alloc_gfp = gfp;
5436         ac.spread_dirty_pages = false;
5437
5438         /*
5439          * Restore the original nodemask if it was potentially replaced with
5440          * &cpuset_current_mems_allowed to optimize the fast-path attempt.
5441          */
5442         ac.nodemask = nodemask;
5443
5444         page = __alloc_pages_slowpath(alloc_gfp, order, &ac);
5445
5446 out:
5447         if (memcg_kmem_enabled() && (gfp & __GFP_ACCOUNT) && page &&
5448             unlikely(__memcg_kmem_charge_page(page, gfp, order) != 0)) {
5449                 __free_pages(page, order);
5450                 page = NULL;
5451         }
5452
5453         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_gfp, ac.migratetype);
5454
5455         return page;
5456 }
5457 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages);
5458
5459 struct folio *__folio_alloc(gfp_t gfp, unsigned int order, int preferred_nid,
5460                 nodemask_t *nodemask)
5461 {
5462         struct page *page = __alloc_pages(gfp | __GFP_COMP, order,
5463                         preferred_nid, nodemask);
5464
5465         if (page && order > 1)
5466                 prep_transhuge_page(page);
5467         return (struct folio *)page;
5468 }
5469 EXPORT_SYMBOL(__folio_alloc);
5470
5471 /*
5472  * Common helper functions. Never use with __GFP_HIGHMEM because the returned
5473  * address cannot represent highmem pages. Use alloc_pages and then kmap if
5474  * you need to access high mem.
5475  */
5476 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
5477 {
5478         struct page *page;
5479
5480         page = alloc_pages(gfp_mask & ~__GFP_HIGHMEM, order);
5481         if (!page)
5482                 return 0;
5483         return (unsigned long) page_address(page);
5484 }
5485 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
5486
5487 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
5488 {
5489         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
5490 }
5491 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
5492
5493 /**
5494  * __free_pages - Free pages allocated with alloc_pages().
5495  * @page: The page pointer returned from alloc_pages().
5496  * @order: The order of the allocation.
5497  *
5498  * This function can free multi-page allocations that are not compound
5499  * pages.  It does not check that the @order passed in matches that of
5500  * the allocation, so it is easy to leak memory.  Freeing more memory
5501  * than was allocated will probably emit a warning.
5502  *
5503  * If the last reference to this page is speculative, it will be released
5504  * by put_page() which only frees the first page of a non-compound
5505  * allocation.  To prevent the remaining pages from being leaked, we free
5506  * the subsequent pages here.  If you want to use the page's reference
5507  * count to decide when to free the allocation, you should allocate a
5508  * compound page, and use put_page() instead of __free_pages().
5509  *
5510  * Context: May be called in interrupt context or while holding a normal
5511  * spinlock, but not in NMI context or while holding a raw spinlock.
5512  */
5513 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
5514 {
5515         if (put_page_testzero(page))
5516                 free_the_page(page, order);
5517         else if (!PageHead(page))
5518                 while (order-- > 0)
5519                         free_the_page(page + (1 << order), order);
5520 }
5521 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
5522
5523 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
5524 {
5525         if (addr != 0) {
5526                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
5527                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
5528         }
5529 }
5530
5531 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
5532
5533 /*
5534  * Page Fragment:
5535  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
5536  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
5537  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
5538  *
5539  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
5540  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
5541  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
5542  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
5543  */
5544 static struct page *__page_frag_cache_refill(struct page_frag_cache *nc,
5545                                              gfp_t gfp_mask)
5546 {
5547         struct page *page = NULL;
5548         gfp_t gfp = gfp_mask;
5549
5550 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
5551         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
5552                     __GFP_NOMEMALLOC;
5553         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
5554                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
5555         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
5556 #endif
5557         if (unlikely(!page))
5558                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
5559
5560         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
5561
5562         return page;
5563 }
5564
5565 void __page_frag_cache_drain(struct page *page, unsigned int count)
5566 {
5567         VM_BUG_ON_PAGE(page_ref_count(page) == 0, page);
5568
5569         if (page_ref_sub_and_test(page, count))
5570                 free_the_page(page, compound_order(page));
5571 }
5572 EXPORT_SYMBOL(__page_frag_cache_drain);
5573
5574 void *page_frag_alloc_align(struct page_frag_cache *nc,
5575                       unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask,
5576                       unsigned int align_mask)
5577 {
5578         unsigned int size = PAGE_SIZE;
5579         struct page *page;
5580         int offset;
5581
5582         if (unlikely(!nc->va)) {
5583 refill:
5584                 page = __page_frag_cache_refill(nc, gfp_mask);
5585                 if (!page)
5586                         return NULL;
5587
5588 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
5589                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
5590                 size = nc->size;
5591 #endif
5592                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
5593                  * This would break get_page_unless_zero() users.
5594                  */
5595                 page_ref_add(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE);
5596
5597                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
5598                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
5599                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
5600                 nc->offset = size;
5601         }
5602
5603         offset = nc->offset - fragsz;
5604         if (unlikely(offset < 0)) {
5605                 page = virt_to_page(nc->va);
5606
5607                 if (!page_ref_sub_and_test(page, nc->pagecnt_bias))
5608                         goto refill;
5609
5610                 if (unlikely(nc->pfmemalloc)) {
5611                         free_the_page(page, compound_order(page));
5612                         goto refill;
5613                 }
5614
5615 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
5616                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
5617                 size = nc->size;
5618 #endif
5619                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
5620                 set_page_count(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1);
5621
5622                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
5623                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
5624                 offset = size - fragsz;
5625         }
5626
5627         nc->pagecnt_bias--;
5628         offset &= align_mask;
5629         nc->offset = offset;
5630
5631         return nc->va + offset;
5632 }
5633 EXPORT_SYMBOL(page_frag_alloc_align);
5634
5635 /*
5636  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
5637  */
5638 void page_frag_free(void *addr)
5639 {
5640         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
5641
5642         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
5643                 free_the_page(page, compound_order(page));
5644 }
5645 EXPORT_SYMBOL(page_frag_free);
5646
5647 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
5648                 size_t size)
5649 {
5650         if (addr) {
5651                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
5652                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
5653
5654                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
5655                 while (used < alloc_end) {
5656                         free_page(used);
5657                         used += PAGE_SIZE;
5658                 }
5659         }
5660         return (void *)addr;
5661 }
5662
5663 /**
5664  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
5665  * @size: the number of bytes to allocate
5666  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
5667  *
5668  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
5669  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
5670  * allocate memory in power-of-two pages.
5671  *
5672  * This function is also limited by MAX_ORDER.
5673  *
5674  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
5675  *
5676  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
5677  */
5678 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
5679 {
5680         unsigned int order = get_order(size);
5681         unsigned long addr;
5682
5683         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & (__GFP_COMP | __GFP_HIGHMEM)))
5684                 gfp_mask &= ~(__GFP_COMP | __GFP_HIGHMEM);
5685
5686         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
5687         return make_alloc_exact(addr, order, size);
5688 }
5689 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
5690
5691 /**
5692  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
5693  *                         pages on a node.
5694  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
5695  * @size: the number of bytes to allocate
5696  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
5697  *
5698  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
5699  * back.
5700  *
5701  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
5702  */
5703 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
5704 {
5705         unsigned int order = get_order(size);
5706         struct page *p;
5707
5708         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & (__GFP_COMP | __GFP_HIGHMEM)))
5709                 gfp_mask &= ~(__GFP_COMP | __GFP_HIGHMEM);
5710
5711         p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
5712         if (!p)
5713                 return NULL;
5714         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
5715 }
5716
5717 /**
5718  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
5719  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
5720  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
5721  *
5722  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
5723  */
5724 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
5725 {
5726         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
5727         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
5728
5729         while (addr < end) {
5730                 free_page(addr);
5731                 addr += PAGE_SIZE;
5732         }
5733 }
5734 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
5735
5736 /**
5737  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
5738  * @offset: The zone index of the highest zone
5739  *
5740  * nr_free_zone_pages() counts the number of pages which are beyond the
5741  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
5742  * zone, the number of pages is calculated as:
5743  *
5744  *     nr_free_zone_pages = managed_pages - high_pages
5745  *
5746  * Return: number of pages beyond high watermark.
5747  */
5748 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
5749 {
5750         struct zoneref *z;
5751         struct zone *zone;
5752
5753         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
5754         unsigned long sum = 0;
5755
5756         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
5757
5758         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
5759                 unsigned long size = zone_managed_pages(zone);
5760                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
5761                 if (size > high)
5762                         sum += size - high;
5763         }
5764
5765         return sum;
5766 }
5767
5768 /**
5769  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
5770  *
5771  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
5772  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
5773  *
5774  * Return: number of pages beyond high watermark within ZONE_DMA and
5775  * ZONE_NORMAL.
5776  */
5777 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
5778 {
5779         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
5780 }
5781 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
5782
5783 static inline void show_node(struct zone *zone)
5784 {
5785         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
5786                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
5787 }
5788
5789 long si_mem_available(void)
5790 {
5791         long available;
5792         unsigned long pagecache;
5793         unsigned long wmark_low = 0;
5794         unsigned long pages[NR_LRU_LISTS];
5795         unsigned long reclaimable;
5796         struct zone *zone;
5797         int lru;
5798
5799         for (lru = LRU_BASE; lru < NR_LRU_LISTS; lru++)
5800                 pages[lru] = global_node_page_state(NR_LRU_BASE + lru);
5801
5802         for_each_zone(zone)
5803                 wmark_low += low_wmark_pages(zone);
5804
5805         /*
5806          * Estimate the amount of memory available for userspace allocations,
5807          * without causing swapping.
5808          */
5809         available = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES) - totalreserve_pages;
5810
5811         /*
5812          * Not all the page cache can be freed, otherwise the system will
5813          * start swapping. Assume at least half of the page cache, or the
5814          * low watermark worth of cache, needs to stay.
5815          */
5816         pagecache = pages[LRU_ACTIVE_FILE] + pages[LRU_INACTIVE_FILE];
5817         pagecache -= min(pagecache / 2, wmark_low);
5818         available += pagecache;
5819
5820         /*
5821          * Part of the reclaimable slab and other kernel memory consists of
5822          * items that are in use, and cannot be freed. Cap this estimate at the
5823          * low watermark.
5824          */
5825         reclaimable = global_node_page_state_pages(NR_SLAB_RECLAIMABLE_B) +
5826                 global_node_page_state(NR_KERNEL_MISC_RECLAIMABLE);
5827         available += reclaimable - min(reclaimable / 2, wmark_low);
5828
5829         if (available < 0)
5830                 available = 0;
5831         return available;
5832 }
5833 EXPORT_SYMBOL_GPL(si_mem_available);
5834
5835 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
5836 {
5837         val->totalram = totalram_pages();
5838         val->sharedram = global_node_page_state(NR_SHMEM);
5839         val->freeram = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES);
5840         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
5841         val->totalhigh = totalhigh_pages();
5842         val->freehigh = nr_free_highpages();
5843         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
5844 }
5845
5846 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
5847
5848 #ifdef CONFIG_NUMA
5849 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
5850 {
5851         int zone_type;          /* needs to be signed */
5852         unsigned long managed_pages = 0;
5853         unsigned long managed_highpages = 0;
5854         unsigned long free_highpages = 0;
5855         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5856
5857         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
5858                 managed_pages += zone_managed_pages(&pgdat->node_zones[zone_type]);
5859         val->totalram = managed_pages;
5860         val->sharedram = node_page_state(pgdat, NR_SHMEM);
5861         val->freeram = sum_zone_node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
5862 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
5863         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++) {
5864                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
5865
5866                 if (is_highmem(zone)) {
5867                         managed_highpages += zone_managed_pages(zone);
5868                         free_highpages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
5869                 }
5870         }
5871         val->totalhigh = managed_highpages;
5872         val->freehigh = free_highpages;
5873 #else
5874         val->totalhigh = managed_highpages;
5875         val->freehigh = free_highpages;
5876 #endif
5877         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
5878 }
5879 #endif
5880
5881 /*
5882  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
5883  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
5884  */
5885 static bool show_mem_node_skip(unsigned int flags, int nid, nodemask_t *nodemask)
5886 {
5887         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
5888                 return false;
5889
5890         /*
5891          * no node mask - aka implicit memory numa policy. Do not bother with
5892          * the synchronization - read_mems_allowed_begin - because we do not
5893          * have to be precise here.
5894          */
5895         if (!nodemask)
5896                 nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
5897
5898         return !node_isset(nid, *nodemask);
5899 }
5900
5901 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
5902
5903 static void show_migration_types(unsigned char type)
5904 {
5905         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
5906                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
5907                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
5908                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
5909                 [MIGRATE_HIGHATOMIC]    = 'H',
5910 #ifdef CONFIG_CMA
5911                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
5912 #endif
5913 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
5914                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
5915 #endif
5916         };
5917         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
5918         char *p = tmp;
5919         int i;
5920
5921         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
5922                 if (type & (1 << i))
5923                         *p++ = types[i];
5924         }
5925
5926         *p = '\0';
5927         printk(KERN_CONT "(%s) ", tmp);
5928 }
5929
5930 /*
5931  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
5932  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
5933  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
5934  *
5935  * Bits in @filter:
5936  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
5937  *   cpuset.
5938  */
5939 void show_free_areas(unsigned int filter, nodemask_t *nodemask)
5940 {
5941         unsigned long free_pcp = 0;
5942         int cpu;
5943         struct zone *zone;
5944         pg_data_t *pgdat;
5945
5946         for_each_populated_zone(zone) {
5947                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5948                         continue;
5949
5950                 for_each_online_cpu(cpu)
5951                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu)->count;
5952         }
5953
5954         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
5955                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
5956                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu\n"
5957                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
5958                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
5959                 " kernel_misc_reclaimable:%lu\n"
5960                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
5961                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
5962                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
5963                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
5964                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
5965                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
5966                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
5967                 global_node_page_state(NR_UNEVICTABLE),
5968                 global_node_page_state(NR_FILE_DIRTY),
5969                 global_node_page_state(NR_WRITEBACK),
5970                 global_node_page_state_pages(NR_SLAB_RECLAIMABLE_B),
5971                 global_node_page_state_pages(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE_B),
5972                 global_node_page_state(NR_FILE_MAPPED),
5973                 global_node_page_state(NR_SHMEM),
5974                 global_node_page_state(NR_PAGETABLE),
5975                 global_zone_page_state(NR_BOUNCE),
5976                 global_node_page_state(NR_KERNEL_MISC_RECLAIMABLE),
5977                 global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES),
5978                 free_pcp,
5979                 global_zone_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
5980
5981         for_each_online_pgdat(pgdat) {
5982                 if (show_mem_node_skip(filter, pgdat->node_id, nodemask))
5983                         continue;
5984
5985                 printk("Node %d"
5986                         " active_anon:%lukB"
5987                         " inactive_anon:%lukB"
5988                         " active_file:%lukB"
5989                         " inactive_file:%lukB"
5990                         " unevictable:%lukB"
5991                         " isolated(anon):%lukB"
5992                         " isolated(file):%lukB"
5993                         " mapped:%lukB"
5994                         " dirty:%lukB"
5995                         " writeback:%lukB"
5996                         " shmem:%lukB"
5997 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5998                         " shmem_thp: %lukB"
5999                         " shmem_pmdmapped: %lukB"
6000                         " anon_thp: %lukB"
6001 #endif
6002                         " writeback_tmp:%lukB"
6003                         " kernel_stack:%lukB"
6004 #ifdef CONFIG_SHADOW_CALL_STACK
6005                         " shadow_call_stack:%lukB"
6006 #endif
6007                         " pagetables:%lukB"
6008                         " all_unreclaimable? %s"
6009                         "\n",
6010                         pgdat->node_id,
6011                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_ANON)),
6012                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON)),
6013                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE)),
6014                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE)),
6015                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNEVICTABLE)),
6016                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON)),
6017                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_FILE)),
6018                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_MAPPED)),
6019                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_DIRTY)),
6020                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK)),
6021                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM)),
6022 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
6023                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_THPS)),
6024                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_PMDMAPPED)),
6025                         K(node_page_state(pgdat, NR_ANON_THPS)),
6026 #endif
6027                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK_TEMP)),
6028                         node_page_state(pgdat, NR_KERNEL_STACK_KB),
6029 #ifdef CONFIG_SHADOW_CALL_STACK
6030                         node_page_state(pgdat, NR_KERNEL_SCS_KB),
6031 #endif
6032                         K(node_page_state(pgdat, NR_PAGETABLE)),
6033                         pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES ?
6034                                 "yes" : "no");
6035         }
6036
6037         for_each_populated_zone(zone) {
6038                 int i;
6039
6040                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
6041                         continue;
6042
6043                 free_pcp = 0;
6044                 for_each_online_cpu(cpu)
6045                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu)->count;
6046
6047                 show_node(zone);
6048                 printk(KERN_CONT
6049                         "%s"
6050                         " free:%lukB"
6051                         " boost:%lukB"
6052                         " min:%lukB"
6053                         " low:%lukB"
6054                         " high:%lukB"
6055                         " reserved_highatomic:%luKB"
6056                         " active_anon:%lukB"
6057                         " inactive_anon:%lukB"
6058                         " active_file:%lukB"
6059                         " inactive_file:%lukB"
6060                         " unevictable:%lukB"
6061                         " writepending:%lukB"
6062                         " present:%lukB"
6063                         " managed:%lukB"
6064                         " mlocked:%lukB"
6065                         " bounce:%lukB"
6066                         " free_pcp:%lukB"
6067                         " local_pcp:%ukB"
6068                         " free_cma:%lukB"
6069                         "\n",
6070                         zone->name,
6071                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
6072                         K(zone->watermark_boost),
6073                         K(min_wmark_pages(zone)),
6074                         K(low_wmark_pages(zone)),
6075                         K(high_wmark_pages(zone)),
6076                         K(zone->nr_reserved_highatomic),
6077                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_ANON)),
6078                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_ANON)),
6079                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_FILE)),
6080                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_FILE)),
6081                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_UNEVICTABLE)),
6082                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_WRITE_PENDING)),
6083                         K(zone->present_pages),
6084                         K(zone_managed_pages(zone)),
6085                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
6086                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
6087                         K(free_pcp),
6088                         K(this_cpu_read(zone->per_cpu_pageset->count)),
6089                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)));
6090                 printk("lowmem_reserve[]:");
6091                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
6092                         printk(KERN_CONT " %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
6093                 printk(KERN_CONT "\n");
6094         }
6095
6096         for_each_populated_zone(zone) {
6097                 unsigned int order;
6098                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, total = 0;
6099                 unsigned char types[MAX_ORDER];
6100
6101                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
6102                         continue;
6103                 show_node(zone);
6104                 printk(KERN_CONT "%s: ", zone->name);
6105
6106                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6107                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
6108                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
6109                         int type;
6110
6111                         nr[order] = area->nr_free;
6112                         total += nr[order] << order;
6113
6114                         types[order] = 0;
6115                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
6116                                 if (!free_area_empty(area, type))
6117                                         types[order] |= 1 << type;
6118                         }
6119                 }
6120                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6121                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
6122                         printk(KERN_CONT "%lu*%lukB ",
6123                                nr[order], K(1UL) << order);
6124                         if (nr[order])
6125                                 show_migration_types(types[order]);
6126                 }
6127                 printk(KERN_CONT "= %lukB\n", K(total));
6128         }
6129
6130         hugetlb_show_meminfo();
6131
6132         printk("%ld total pagecache pages\n", global_node_page_state(NR_FILE_PAGES));
6133
6134         show_swap_cache_info();
6135 }
6136
6137 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
6138 {
6139         zoneref->zone = zone;
6140         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
6141 }
6142
6143 /*
6144  * Builds allocation fallback zone lists.
6145  *
6146  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
6147  */
6148 static int build_zonerefs_node(pg_data_t *pgdat, struct zoneref *zonerefs)
6149 {
6150         struct zone *zone;
6151         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
6152         int nr_zones = 0;
6153
6154         do {
6155                 zone_type--;
6156                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
6157                 if (populated_zone(zone)) {
6158                         zoneref_set_zone(zone, &zonerefs[nr_zones++]);
6159                         check_highest_zone(zone_type);
6160                 }
6161         } while (zone_type);
6162
6163         return nr_zones;
6164 }
6165
6166 #ifdef CONFIG_NUMA
6167
6168 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
6169 {
6170         /*
6171          * We used to support different zonelists modes but they turned
6172          * out to be just not useful. Let's keep the warning in place
6173          * if somebody still use the cmd line parameter so that we do
6174          * not fail it silently
6175          */
6176         if (!(*s == 'd' || *s == 'D' || *s == 'n' || *s == 'N')) {
6177                 pr_warn("Ignoring unsupported numa_zonelist_order value:  %s\n", s);
6178                 return -EINVAL;
6179         }
6180         return 0;
6181 }
6182
6183 char numa_zonelist_order[] = "Node";
6184
6185 /*
6186  * sysctl handler for numa_zonelist_order
6187  */
6188 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
6189                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6190 {
6191         if (write)
6192                 return __parse_numa_zonelist_order(buffer);
6193         return proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
6194 }
6195
6196
6197 static int node_load[MAX_NUMNODES];
6198
6199 /**
6200  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
6201  * @node: node whose fallback list we're appending
6202  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
6203  *
6204  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
6205  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
6206  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
6207  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
6208  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
6209  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
6210  * on them otherwise.
6211  *
6212  * Return: node id of the found node or %NUMA_NO_NODE if no node is found.
6213  */
6214 int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
6215 {
6216         int n, val;
6217         int min_val = INT_MAX;
6218         int best_node = NUMA_NO_NODE;
6219
6220         /* Use the local node if we haven't already */
6221         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
6222                 node_set(node, *used_node_mask);
6223                 return node;
6224         }
6225
6226         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
6227
6228                 /* Don't want a node to appear more than once */
6229                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
6230                         continue;
6231
6232                 /* Use the distance array to find the distance */
6233                 val = node_distance(node, n);
6234
6235                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
6236                 val += (n < node);
6237
6238                 /* Give preference to headless and unused nodes */
6239                 if (!cpumask_empty(cpumask_of_node(n)))
6240                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
6241
6242                 /* Slight preference for less loaded node */
6243                 val *= MAX_NUMNODES;
6244                 val += node_load[n];
6245
6246                 if (val < min_val) {
6247                         min_val = val;
6248                         best_node = n;
6249                 }
6250         }
6251
6252         if (best_node >= 0)
6253                 node_set(best_node, *used_node_mask);
6254
6255         return best_node;
6256 }
6257
6258
6259 /*
6260  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
6261  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
6262  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
6263  */
6264 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int *node_order,
6265                 unsigned nr_nodes)
6266 {
6267         struct zoneref *zonerefs;
6268         int i;
6269
6270         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
6271
6272         for (i = 0; i < nr_nodes; i++) {
6273                 int nr_zones;
6274
6275                 pg_data_t *node = NODE_DATA(node_order[i]);
6276
6277                 nr_zones = build_zonerefs_node(node, zonerefs);
6278                 zonerefs += nr_zones;
6279         }
6280         zonerefs->zone = NULL;
6281         zonerefs->zone_idx = 0;
6282 }
6283
6284 /*
6285  * Build gfp_thisnode zonelists
6286  */
6287 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
6288 {
6289         struct zoneref *zonerefs;
6290         int nr_zones;
6291
6292         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_NOFALLBACK]._zonerefs;
6293         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
6294         zonerefs += nr_zones;
6295         zonerefs->zone = NULL;
6296         zonerefs->zone_idx = 0;
6297 }
6298
6299 /*
6300  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
6301  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
6302  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
6303  * may still exist in local DMA zone.
6304  */
6305
6306 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
6307 {
6308         static int node_order[MAX_NUMNODES];
6309         int node, nr_nodes = 0;
6310         nodemask_t used_mask = NODE_MASK_NONE;
6311         int local_node, prev_node;
6312
6313         /* NUMA-aware ordering of nodes */
6314         local_node = pgdat->node_id;
6315         prev_node = local_node;
6316
6317         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
6318         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
6319                 /*
6320                  * We don't want to pressure a particular node.
6321                  * So adding penalty to the first node in same
6322                  * distance group to make it round-robin.
6323                  */
6324                 if (node_distance(local_node, node) !=
6325                     node_distance(local_node, prev_node))
6326                         node_load[node] += 1;
6327
6328                 node_order[nr_nodes++] = node;
6329                 prev_node = node;
6330         }
6331
6332         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node_order, nr_nodes);
6333         build_thisnode_zonelists(pgdat);
6334         pr_info("Fallback order for Node %d: ", local_node);
6335         for (node = 0; node < nr_nodes; node++)
6336                 pr_cont("%d ", node_order[node]);
6337         pr_cont("\n");
6338 }
6339
6340 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
6341 /*
6342  * Return node id of node used for "local" allocations.
6343  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
6344  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
6345  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
6346  */
6347 int local_memory_node(int node)
6348 {
6349         struct zoneref *z;
6350
6351         z = first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
6352                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
6353                                    NULL);
6354         return zone_to_nid(z->zone);
6355 }
6356 #endif
6357
6358 static void setup_min_unmapped_ratio(void);
6359 static void setup_min_slab_ratio(void);
6360 #else   /* CONFIG_NUMA */
6361
6362 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
6363 {
6364         int node, local_node;
6365         struct zoneref *zonerefs;
6366         int nr_zones;
6367
6368         local_node = pgdat->node_id;
6369
6370         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
6371         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
6372         zonerefs += nr_zones;
6373
6374         /*
6375          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
6376          * of all the other nodes.
6377          * We don't want to pressure a particular node, so when
6378          * building the zones for node N, we make sure that the
6379          * zones coming right after the local ones are those from
6380          * node N+1 (modulo N)
6381          */
6382         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
6383                 if (!node_online(node))
6384                         continue;
6385                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
6386                 zonerefs += nr_zones;
6387         }
6388         for (node = 0; node < local_node; node++) {
6389                 if (!node_online(node))
6390                         continue;
6391                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
6392                 zonerefs += nr_zones;
6393         }
6394
6395         zonerefs->zone = NULL;
6396         zonerefs->zone_idx = 0;
6397 }
6398
6399 #endif  /* CONFIG_NUMA */
6400
6401 /*
6402  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
6403  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
6404  * that an item put on a list will immediately be handed over to
6405  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
6406  * with interrupts disabled.
6407  *
6408  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
6409  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
6410  * hotplugged processors.
6411  *
6412  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
6413  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
6414  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
6415  */
6416 static void per_cpu_pages_init(struct per_cpu_pages *pcp, struct per_cpu_zonestat *pzstats);
6417 /* These effectively disable the pcplists in the boot pageset completely */
6418 #define BOOT_PAGESET_HIGH       0
6419 #define BOOT_PAGESET_BATCH      1
6420 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pages, boot_pageset);
6421 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_zonestat, boot_zonestats);
6422 DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_nodestat, boot_nodestats);
6423
6424 static void __build_all_zonelists(void *data)
6425 {
6426         int nid;
6427         int __maybe_unused cpu;
6428         pg_data_t *self = data;
6429         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
6430
6431         spin_lock(&lock);
6432
6433 #ifdef CONFIG_NUMA
6434         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
6435 #endif
6436
6437         /*
6438          * This node is hotadded and no memory is yet present.   So just
6439          * building zonelists is fine - no need to touch other nodes.
6440          */
6441         if (self && !node_online(self->node_id)) {
6442                 build_zonelists(self);
6443         } else {
6444                 /*
6445                  * All possible nodes have pgdat preallocated
6446                  * in free_area_init
6447                  */
6448                 for_each_node(nid) {
6449                         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6450
6451                         build_zonelists(pgdat);
6452                 }
6453
6454 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
6455                 /*
6456                  * We now know the "local memory node" for each node--
6457                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
6458                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
6459                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
6460                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
6461                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
6462                  */
6463                 for_each_online_cpu(cpu)
6464                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
6465 #endif
6466         }
6467
6468         spin_unlock(&lock);
6469 }
6470
6471 static noinline void __init
6472 build_all_zonelists_init(void)
6473 {
6474         int cpu;
6475
6476         __build_all_zonelists(NULL);
6477
6478         /*
6479          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
6480          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
6481          * each zone will be allocated later when the per cpu
6482          * allocator is available.
6483          *
6484          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
6485          * cpus if the system is already booted because the pagesets
6486          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
6487          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
6488          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
6489          * (a chicken-egg dilemma).
6490          */
6491         for_each_possible_cpu(cpu)
6492                 per_cpu_pages_init(&per_cpu(boot_pageset, cpu), &per_cpu(boot_zonestats, cpu));
6493
6494         mminit_verify_zonelist();
6495         cpuset_init_current_mems_allowed();
6496 }
6497
6498 /*
6499  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
6500  *
6501  * __ref due to call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
6502  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
6503  */
6504 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat)
6505 {
6506         unsigned long vm_total_pages;
6507
6508         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
6509                 build_all_zonelists_init();
6510         } else {
6511                 __build_all_zonelists(pgdat);
6512                 /* cpuset refresh routine should be here */
6513         }
6514         /* Get the number of free pages beyond high watermark in all zones. */
6515         vm_total_pages = nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
6516         /*
6517          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
6518          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
6519          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
6520          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
6521          * disabled and enable it later
6522          */
6523         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
6524                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
6525         else
6526                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
6527
6528         pr_info("Built %u zonelists, mobility grouping %s.  Total pages: %ld\n",
6529                 nr_online_nodes,
6530                 page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
6531                 vm_total_pages);
6532 #ifdef CONFIG_NUMA
6533         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
6534 #endif
6535 }
6536
6537 /* If zone is ZONE_MOVABLE but memory is mirrored, it is an overlapped init */
6538 static bool __meminit
6539 overlap_memmap_init(unsigned long zone, unsigned long *pfn)
6540 {
6541         static struct memblock_region *r;
6542
6543         if (mirrored_kernelcore && zone == ZONE_MOVABLE) {
6544                 if (!r || *pfn >= memblock_region_memory_end_pfn(r)) {
6545                         for_each_mem_region(r) {
6546                                 if (*pfn < memblock_region_memory_end_pfn(r))
6547                                         break;
6548                         }
6549                 }
6550                 if (*pfn >= memblock_region_memory_base_pfn(r) &&
6551                     memblock_is_mirror(r)) {
6552                         *pfn = memblock_region_memory_end_pfn(r);
6553                         return true;
6554                 }
6555         }
6556         return false;
6557 }
6558
6559 /*
6560  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
6561  * up by memblock_free_all() once the early boot process is
6562  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
6563  *
6564  * All aligned pageblocks are initialized to the specified migratetype
6565  * (usually MIGRATE_MOVABLE). Besides setting the migratetype, no related
6566  * zone stats (e.g., nr_isolate_pageblock) are touched.
6567  */
6568 void __meminit memmap_init_range(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
6569                 unsigned long start_pfn, unsigned long zone_end_pfn,
6570                 enum meminit_context context,
6571                 struct vmem_altmap *altmap, int migratetype)
6572 {
6573         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + size;
6574         struct page *page;
6575
6576         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
6577                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
6578
6579 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
6580         /*
6581          * Honor reservation requested by the driver for this ZONE_DEVICE
6582          * memory. We limit the total number of pages to initialize to just
6583          * those that might contain the memory mapping. We will defer the
6584          * ZONE_DEVICE page initialization until after we have released
6585          * the hotplug lock.
6586          */
6587         if (zone == ZONE_DEVICE) {
6588                 if (!altmap)
6589                         return;
6590
6591                 if (start_pfn == altmap->base_pfn)
6592                         start_pfn += altmap->reserve;
6593                 end_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
6594         }
6595 #endif
6596
6597         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; ) {
6598                 /*
6599                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s handed to this
6600                  * function.  They do not exist on hotplugged memory.
6601                  */
6602                 if (context == MEMINIT_EARLY) {
6603                         if (overlap_memmap_init(zone, &pfn))
6604                                 continue;
6605                         if (defer_init(nid, pfn, zone_end_pfn))
6606                                 break;
6607                 }
6608
6609                 page = pfn_to_page(pfn);
6610                 __init_single_page(page, pfn, zone, nid);
6611                 if (context == MEMINIT_HOTPLUG)
6612                         __SetPageReserved(page);
6613
6614                 /*
6615                  * Usually, we want to mark the pageblock MIGRATE_MOVABLE,
6616                  * such that unmovable allocations won't be scattered all
6617                  * over the place during system boot.
6618                  */
6619                 if (IS_ALIGNED(pfn, pageblock_nr_pages)) {
6620                         set_pageblock_migratetype(page, migratetype);
6621                         cond_resched();
6622                 }
6623                 pfn++;
6624         }
6625 }
6626
6627 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
6628 static void __ref __init_zone_device_page(struct page *page, unsigned long pfn,
6629                                           unsigned long zone_idx, int nid,
6630                                           struct dev_pagemap *pgmap)
6631 {
6632
6633         __init_single_page(page, pfn, zone_idx, nid);
6634
6635         /*
6636          * Mark page reserved as it will need to wait for onlining
6637          * phase for it to be fully associated with a zone.
6638          *
6639          * We can use the non-atomic __set_bit operation for setting
6640          * the flag as we are still initializing the pages.
6641          */
6642         __SetPageReserved(page);
6643
6644         /*
6645          * ZONE_DEVICE pages union ->lru with a ->pgmap back pointer
6646          * and zone_device_data.  It is a bug if a ZONE_DEVICE page is
6647          * ever freed or placed on a driver-private list.
6648          */
6649         page->pgmap = pgmap;
6650         page->zone_device_data = NULL;
6651
6652         /*
6653          * Mark the block movable so that blocks are reserved for
6654          * movable at startup. This will force kernel allocations
6655          * to reserve their blocks rather than leaking throughout
6656          * the address space during boot when many long-lived
6657          * kernel allocations are made.
6658          *
6659          * Please note that MEMINIT_HOTPLUG path doesn't clear memmap
6660          * because this is done early in section_activate()
6661          */
6662         if (IS_ALIGNED(pfn, pageblock_nr_pages)) {
6663                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
6664                 cond_resched();
6665         }
6666 }
6667
6668 /*
6669  * With compound page geometry and when struct pages are stored in ram most
6670  * tail pages are reused. Consequently, the amount of unique struct pages to
6671  * initialize is a lot smaller that the total amount of struct pages being
6672  * mapped. This is a paired / mild layering violation with explicit knowledge
6673  * of how the sparse_vmemmap internals handle compound pages in the lack
6674  * of an altmap. See vmemmap_populate_compound_pages().
6675  */
6676 static inline unsigned long compound_nr_pages(struct vmem_altmap *altmap,
6677                                               unsigned long nr_pages)
6678 {
6679         return is_power_of_2(sizeof(struct page)) &&
6680                 !altmap ? 2 * (PAGE_SIZE / sizeof(struct page)) : nr_pages;
6681 }
6682
6683 static void __ref memmap_init_compound(struct page *head,
6684                                        unsigned long head_pfn,
6685                                        unsigned long zone_idx, int nid,
6686                                        struct dev_pagemap *pgmap,
6687                                        unsigned long nr_pages)
6688 {
6689         unsigned long pfn, end_pfn = head_pfn + nr_pages;
6690         unsigned int order = pgmap->vmemmap_shift;
6691
6692         __SetPageHead(head);
6693         for (pfn = head_pfn + 1; pfn < end_pfn; pfn++) {
6694                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
6695
6696                 __init_zone_device_page(page, pfn, zone_idx, nid, pgmap);
6697                 prep_compound_tail(head, pfn - head_pfn);
6698                 set_page_count(page, 0);
6699
6700                 /*
6701                  * The first tail page stores compound_mapcount_ptr() and
6702                  * compound_order() and the second tail page stores
6703                  * compound_pincount_ptr(). Call prep_compound_head() after
6704                  * the first and second tail pages have been initialized to
6705                  * not have the data overwritten.
6706                  */
6707                 if (pfn == head_pfn + 2)
6708                         prep_compound_head(head, order);
6709         }
6710 }
6711
6712 void __ref memmap_init_zone_device(struct zone *zone,
6713                                    unsigned long start_pfn,
6714                                    unsigned long nr_pages,
6715                                    struct dev_pagemap *pgmap)
6716 {
6717         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + nr_pages;
6718         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
6719         struct vmem_altmap *altmap = pgmap_altmap(pgmap);
6720         unsigned int pfns_per_compound = pgmap_vmemmap_nr(pgmap);
6721         unsigned long zone_idx = zone_idx(zone);
6722         unsigned long start = jiffies;
6723         int nid = pgdat->node_id;
6724
6725         if (WARN_ON_ONCE(!pgmap || zone_idx(zone) != ZONE_DEVICE))
6726                 return;
6727
6728         /*
6729          * The call to memmap_init should have already taken care
6730          * of the pages reserved for the memmap, so we can just jump to
6731          * the end of that region and start processing the device pages.
6732          */
6733         if (altmap) {
6734                 start_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
6735                 nr_pages = end_pfn - start_pfn;
6736         }
6737
6738         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn += pfns_per_compound) {
6739                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
6740
6741                 __init_zone_device_page(page, pfn, zone_idx, nid, pgmap);
6742
6743                 if (pfns_per_compound == 1)
6744                         continue;
6745
6746                 memmap_init_compound(page, pfn, zone_idx, nid, pgmap,
6747                                      compound_nr_pages(altmap, pfns_per_compound));
6748         }
6749
6750         pr_info("%s initialised %lu pages in %ums\n", __func__,
6751                 nr_pages, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
6752 }
6753
6754 #endif
6755 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
6756 {
6757         unsigned int order, t;
6758         for_each_migratetype_order(order, t) {
6759                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
6760                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
6761         }
6762 }
6763
6764 /*
6765  * Only struct pages that correspond to ranges defined by memblock.memory
6766  * are zeroed and initialized by going through __init_single_page() during
6767  * memmap_init_zone_range().
6768  *
6769  * But, there could be struct pages that correspond to holes in
6770  * memblock.memory. This can happen because of the following reasons:
6771  * - physical memory bank size is not necessarily the exact multiple of the
6772  *   arbitrary section size
6773  * - early reserved memory may not be listed in memblock.memory
6774  * - memory layouts defined with memmap= kernel parameter may not align
6775  *   nicely with memmap sections
6776  *
6777  * Explicitly initialize those struct pages so that:
6778  * - PG_Reserved is set
6779  * - zone and node links point to zone and node that span the page if the
6780  *   hole is in the middle of a zone
6781  * - zone and node links point to adjacent zone/node if the hole falls on
6782  *   the zone boundary; the pages in such holes will be prepended to the
6783  *   zone/node above the hole except for the trailing pages in the last
6784  *   section that will be appended to the zone/node below.
6785  */
6786 static void __init init_unavailable_range(unsigned long spfn,
6787                                           unsigned long epfn,
6788                                           int zone, int node)
6789 {
6790         unsigned long pfn;
6791         u64 pgcnt = 0;
6792
6793         for (pfn = spfn; pfn < epfn; pfn++) {
6794                 if (!pfn_valid(ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages))) {
6795                         pfn = ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages)
6796                                 + pageblock_nr_pages - 1;
6797                         continue;
6798                 }
6799                 __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zone, node);
6800                 __SetPageReserved(pfn_to_page(pfn));
6801                 pgcnt++;
6802         }
6803
6804         if (pgcnt)
6805                 pr_info("On node %d, zone %s: %lld pages in unavailable ranges",
6806                         node, zone_names[zone], pgcnt);
6807 }
6808
6809 static void __init memmap_init_zone_range(struct zone *zone,
6810                                           unsigned long start_pfn,
6811                                           unsigned long end_pfn,
6812                                           unsigned long *hole_pfn)
6813 {
6814         unsigned long zone_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
6815         unsigned long zone_end_pfn = zone_start_pfn + zone->spanned_pages;
6816         int nid = zone_to_nid(zone), zone_id = zone_idx(zone);
6817
6818         start_pfn = clamp(start_pfn, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6819         end_pfn = clamp(end_pfn, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6820
6821         if (start_pfn >= end_pfn)
6822                 return;
6823
6824         memmap_init_range(end_pfn - start_pfn, nid, zone_id, start_pfn,
6825                           zone_end_pfn, MEMINIT_EARLY, NULL, MIGRATE_MOVABLE);
6826
6827         if (*hole_pfn < start_pfn)
6828                 init_unavailable_range(*hole_pfn, start_pfn, zone_id, nid);
6829
6830         *hole_pfn = end_pfn;
6831 }
6832
6833 static void __init memmap_init(void)
6834 {
6835         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6836         unsigned long hole_pfn = 0;
6837         int i, j, zone_id = 0, nid;
6838
6839         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
6840                 struct pglist_data *node = NODE_DATA(nid);
6841
6842                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6843                         struct zone *zone = node->node_zones + j;
6844
6845                         if (!populated_zone(zone))
6846                                 continue;
6847
6848                         memmap_init_zone_range(zone, start_pfn, end_pfn,
6849                                                &hole_pfn);
6850                         zone_id = j;
6851                 }
6852         }
6853
6854 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
6855         /*
6856          * Initialize the memory map for hole in the range [memory_end,
6857          * section_end].
6858          * Append the pages in this hole to the highest zone in the last
6859          * node.
6860          * The call to init_unavailable_range() is outside the ifdef to
6861          * silence the compiler warining about zone_id set but not used;
6862          * for FLATMEM it is a nop anyway
6863          */
6864         end_pfn = round_up(end_pfn, PAGES_PER_SECTION);
6865         if (hole_pfn < end_pfn)
6866 #endif
6867                 init_unavailable_range(hole_pfn, end_pfn, zone_id, nid);
6868 }
6869
6870 void __init *memmap_alloc(phys_addr_t size, phys_addr_t align,
6871                           phys_addr_t min_addr, int nid, bool exact_nid)
6872 {
6873         void *ptr;
6874
6875         if (exact_nid)
6876                 ptr = memblock_alloc_exact_nid_raw(size, align, min_addr,
6877                                                    MEMBLOCK_ALLOC_ACCESSIBLE,
6878                                                    nid);
6879         else
6880                 ptr = memblock_alloc_try_nid_raw(size, align, min_addr,
6881                                                  MEMBLOCK_ALLOC_ACCESSIBLE,
6882                                                  nid);
6883
6884         if (ptr && size > 0)
6885                 page_init_poison(ptr, size);
6886
6887         return ptr;
6888 }
6889
6890 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
6891 {
6892 #ifdef CONFIG_MMU
6893         int batch;
6894
6895         /*
6896          * The number of pages to batch allocate is either ~0.1%
6897          * of the zone or 1MB, whichever is smaller. The batch
6898          * size is striking a balance between allocation latency
6899          * and zone lock contention.
6900          */
6901         batch = min(zone_managed_pages(zone) >> 10, (1024 * 1024) / PAGE_SIZE);
6902         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
6903         if (batch < 1)
6904                 batch = 1;
6905
6906         /*
6907          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
6908          * of 2 value was found to be more likely to have
6909          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
6910          *
6911          * For example if 2 tasks are alternately allocating
6912          * batches of pages, one task can end up with a lot
6913          * of pages of one half of the possible page colors
6914          * and the other with pages of the other colors.
6915          */
6916         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
6917
6918         return batch;
6919
6920 #else
6921         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
6922          * conditions.
6923          *
6924          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
6925          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
6926          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
6927          *
6928          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
6929          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
6930          * can be a significant delay between the individual batches being
6931          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
6932          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
6933          */
6934         return 0;
6935 #endif
6936 }
6937
6938 static int zone_highsize(struct zone *zone, int batch, int cpu_online)
6939 {
6940 #ifdef CONFIG_MMU
6941         int high;
6942         int nr_split_cpus;
6943         unsigned long total_pages;
6944
6945         if (!percpu_pagelist_high_fraction) {
6946                 /*
6947                  * By default, the high value of the pcp is based on the zone
6948                  * low watermark so that if they are full then background
6949                  * reclaim will not be started prematurely.
6950                  */
6951                 total_pages = low_wmark_pages(zone);
6952         } else {
6953                 /*
6954                  * If percpu_pagelist_high_fraction is configured, the high
6955                  * value is based on a fraction of the managed pages in the
6956                  * zone.
6957                  */
6958                 total_pages = zone_managed_pages(zone) / percpu_pagelist_high_fraction;
6959         }
6960
6961         /*
6962          * Split the high value across all online CPUs local to the zone. Note
6963          * that early in boot that CPUs may not be online yet and that during
6964          * CPU hotplug that the cpumask is not yet updated when a CPU is being
6965          * onlined. For memory nodes that have no CPUs, split pcp->high across
6966          * all online CPUs to mitigate the risk that reclaim is triggered
6967          * prematurely due to pages stored on pcp lists.
6968          */
6969         nr_split_cpus = cpumask_weight(cpumask_of_node(zone_to_nid(zone))) + cpu_online;
6970         if (!nr_split_cpus)
6971                 nr_split_cpus = num_online_cpus();
6972         high = total_pages / nr_split_cpus;
6973
6974         /*
6975          * Ensure high is at least batch*4. The multiple is based on the
6976          * historical relationship between high and batch.
6977          */
6978         high = max(high, batch << 2);
6979
6980         return high;
6981 #else
6982         return 0;
6983 #endif
6984 }
6985
6986 /*
6987  * pcp->high and pcp->batch values are related and generally batch is lower
6988  * than high. They are also related to pcp->count such that count is lower
6989  * than high, and as soon as it reaches high, the pcplist is flushed.
6990  *
6991  * However, guaranteeing these relations at all times would require e.g. write
6992  * barriers here but also careful usage of read barriers at the read side, and
6993  * thus be prone to error and bad for performance. Thus the update only prevents
6994  * store tearing. Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they
6995  * can cope with those fields changing asynchronously, and fully trust only the
6996  * pcp->count field on the local CPU with interrupts disabled.
6997  *
6998  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
6999  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
7000  * exist).
7001  */
7002 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
7003                 unsigned long batch)
7004 {
7005         WRITE_ONCE(pcp->batch, batch);
7006         WRITE_ONCE(pcp->high, high);
7007 }
7008
7009 static void per_cpu_pages_init(struct per_cpu_pages *pcp, struct per_cpu_zonestat *pzstats)
7010 {
7011         int pindex;
7012
7013         memset(pcp, 0, sizeof(*pcp));
7014         memset(pzstats, 0, sizeof(*pzstats));
7015
7016         for (pindex = 0; pindex < NR_PCP_LISTS; pindex++)
7017                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[pindex]);
7018
7019         /*
7020          * Set batch and high values safe for a boot pageset. A true percpu
7021          * pageset's initialization will update them subsequently. Here we don't
7022          * need to be as careful as pageset_update() as nobody can access the
7023          * pageset yet.
7024          */
7025         pcp->high = BOOT_PAGESET_HIGH;
7026         pcp->batch = BOOT_PAGESET_BATCH;
7027         pcp->free_factor = 0;
7028 }
7029
7030 static void __zone_set_pageset_high_and_batch(struct zone *zone, unsigned long high,
7031                 unsigned long batch)
7032 {
7033         struct per_cpu_pages *pcp;
7034         int cpu;
7035
7036         for_each_possible_cpu(cpu) {
7037                 pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
7038                 pageset_update(pcp, high, batch);
7039         }
7040 }
7041
7042 /*
7043  * Calculate and set new high and batch values for all per-cpu pagesets of a
7044  * zone based on the zone's size.
7045  */
7046 static void zone_set_pageset_high_and_batch(struct zone *zone, int cpu_online)
7047 {
7048         int new_high, new_batch;
7049
7050         new_batch = max(1, zone_batchsize(zone));
7051         new_high = zone_highsize(zone, new_batch, cpu_online);
7052
7053         if (zone->pageset_high == new_high &&
7054             zone->pageset_batch == new_batch)
7055                 return;
7056
7057         zone->pageset_high = new_high;
7058         zone->pageset_batch = new_batch;
7059
7060         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, new_high, new_batch);
7061 }
7062
7063 void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
7064 {
7065         int cpu;
7066
7067         /* Size may be 0 on !SMP && !NUMA */
7068         if (sizeof(struct per_cpu_zonestat) > 0)
7069                 zone->per_cpu_zonestats = alloc_percpu(struct per_cpu_zonestat);
7070
7071         zone->per_cpu_pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pages);
7072         for_each_possible_cpu(cpu) {
7073                 struct per_cpu_pages *pcp;
7074                 struct per_cpu_zonestat *pzstats;
7075
7076                 pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
7077                 pzstats = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_zonestats, cpu);
7078                 per_cpu_pages_init(pcp, pzstats);
7079         }
7080
7081         zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0);
7082 }
7083
7084 /*
7085  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
7086  * Before this call only boot pagesets were available.
7087  */
7088 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
7089 {
7090         struct pglist_data *pgdat;
7091         struct zone *zone;
7092         int __maybe_unused cpu;
7093
7094         for_each_populated_zone(zone)
7095                 setup_zone_pageset(zone);
7096
7097 #ifdef CONFIG_NUMA
7098         /*
7099          * Unpopulated zones continue using the boot pagesets.
7100          * The numa stats for these pagesets need to be reset.
7101          * Otherwise, they will end up skewing the stats of
7102          * the nodes these zones are associated with.
7103          */
7104         for_each_possible_cpu(cpu) {
7105                 struct per_cpu_zonestat *pzstats = &per_cpu(boot_zonestats, cpu);
7106                 memset(pzstats->vm_numa_event, 0,
7107                        sizeof(pzstats->vm_numa_event));
7108         }
7109 #endif
7110
7111         for_each_online_pgdat(pgdat)
7112                 pgdat->per_cpu_nodestats =
7113                         alloc_percpu(struct per_cpu_nodestat);
7114 }
7115
7116 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
7117 {
7118         /*
7119          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
7120          * relies on the ability of the linker to provide the
7121          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
7122          */
7123         zone->per_cpu_pageset = &boot_pageset;
7124         zone->per_cpu_zonestats = &boot_zonestats;
7125         zone->pageset_high = BOOT_PAGESET_HIGH;
7126         zone->pageset_batch = BOOT_PAGESET_BATCH;
7127
7128         if (populated_zone(zone))
7129                 pr_debug("  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n", zone->name,
7130                          zone->present_pages, zone_batchsize(zone));
7131 }
7132
7133 void __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
7134                                         unsigned long zone_start_pfn,
7135                                         unsigned long size)
7136 {
7137         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
7138         int zone_idx = zone_idx(zone) + 1;
7139
7140         if (zone_idx > pgdat->nr_zones)
7141                 pgdat->nr_zones = zone_idx;
7142
7143         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
7144
7145         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
7146                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
7147                         pgdat->node_id,
7148                         (unsigned long)zone_idx(zone),
7149                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
7150
7151         zone_init_free_lists(zone);
7152         zone->initialized = 1;
7153 }
7154
7155 /**
7156  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
7157  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
7158  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
7159  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
7160  *
7161  * It returns the start and end page frame of a node based on information
7162  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
7163  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
7164  * PFNs will be 0.
7165  */
7166 void __init get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
7167                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
7168 {
7169         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
7170         int i;
7171
7172         *start_pfn = -1UL;
7173         *end_pfn = 0;
7174
7175         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
7176                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
7177                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
7178         }
7179
7180         if (*start_pfn == -1UL)
7181                 *start_pfn = 0;
7182 }
7183
7184 /*
7185  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
7186  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
7187  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
7188  */
7189 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
7190 {
7191         int zone_index;
7192         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
7193                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
7194                         continue;
7195
7196                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
7197                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
7198                         break;
7199         }
7200
7201         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
7202         movable_zone = zone_index;
7203 }
7204
7205 /*
7206  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
7207  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
7208  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
7209  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
7210  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
7211  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
7212  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
7213  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
7214  */
7215 static void __init adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
7216                                         unsigned long zone_type,
7217                                         unsigned long node_start_pfn,
7218                                         unsigned long node_end_pfn,
7219                                         unsigned long *zone_start_pfn,
7220                                         unsigned long *zone_end_pfn)
7221 {
7222         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
7223         if (zone_movable_pfn[nid]) {
7224                 /* Size ZONE_MOVABLE */
7225                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
7226                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
7227                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
7228                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
7229
7230                 /* Adjust for ZONE_MOVABLE starting within this range */
7231                 } else if (!mirrored_kernelcore &&
7232                         *zone_start_pfn < zone_movable_pfn[nid] &&
7233                         *zone_end_pfn > zone_movable_pfn[nid]) {
7234                         *zone_end_pfn = zone_movable_pfn[nid];
7235
7236                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
7237                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
7238                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
7239         }
7240 }
7241
7242 /*
7243  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
7244  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
7245  */
7246 static unsigned long __init zone_spanned_pages_in_node(int nid,
7247                                         unsigned long zone_type,
7248                                         unsigned long node_start_pfn,
7249                                         unsigned long node_end_pfn,
7250                                         unsigned long *zone_start_pfn,
7251                                         unsigned long *zone_end_pfn)
7252 {
7253         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
7254         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
7255         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
7256         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
7257                 return 0;
7258
7259         /* Get the start and end of the zone */
7260         *zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
7261         *zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
7262         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
7263                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
7264                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
7265
7266         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
7267         if (*zone_end_pfn < node_start_pfn || *zone_start_pfn > node_end_pfn)
7268                 return 0;
7269
7270         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
7271         *zone_end_pfn = min(*zone_end_pfn, node_end_pfn);
7272         *zone_start_pfn = max(*zone_start_pfn, node_start_pfn);
7273
7274         /* Return the spanned pages */
7275         return *zone_end_pfn - *zone_start_pfn;
7276 }
7277
7278 /*
7279  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
7280  * then all holes in the requested range will be accounted for.
7281  */
7282 unsigned long __init __absent_pages_in_range(int nid,
7283                                 unsigned long range_start_pfn,
7284                                 unsigned long range_end_pfn)
7285 {
7286         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
7287         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7288         int i;
7289
7290         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
7291                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
7292                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
7293                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
7294         }
7295         return nr_absent;
7296 }
7297
7298 /**
7299  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
7300  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
7301  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
7302  *
7303  * Return: the number of pages frames in memory holes within a range.
7304  */
7305 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
7306                                                         unsigned long end_pfn)
7307 {
7308         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
7309 }
7310
7311 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
7312 static unsigned long __init zone_absent_pages_in_node(int nid,
7313                                         unsigned long zone_type,
7314                                         unsigned long node_start_pfn,
7315                                         unsigned long node_end_pfn)
7316 {
7317         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
7318         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
7319         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
7320         unsigned long nr_absent;
7321
7322         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
7323         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
7324                 return 0;
7325
7326         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
7327         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
7328
7329         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
7330                         node_start_pfn, node_end_pfn,
7331                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
7332         nr_absent = __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
7333
7334         /*
7335          * ZONE_MOVABLE handling.
7336          * Treat pages to be ZONE_MOVABLE in ZONE_NORMAL as absent pages
7337          * and vice versa.
7338          */
7339         if (mirrored_kernelcore && zone_movable_pfn[nid]) {
7340                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
7341                 struct memblock_region *r;
7342
7343                 for_each_mem_region(r) {
7344                         start_pfn = clamp(memblock_region_memory_base_pfn(r),
7345                                           zone_start_pfn, zone_end_pfn);
7346                         end_pfn = clamp(memblock_region_memory_end_pfn(r),
7347                                         zone_start_pfn, zone_end_pfn);
7348
7349                         if (zone_type == ZONE_MOVABLE &&
7350                             memblock_is_mirror(r))
7351                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
7352
7353                         if (zone_type == ZONE_NORMAL &&
7354                             !memblock_is_mirror(r))
7355                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
7356                 }
7357         }
7358
7359         return nr_absent;
7360 }
7361
7362 static void __init calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
7363                                                 unsigned long node_start_pfn,
7364                                                 unsigned long node_end_pfn)
7365 {
7366         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
7367         enum zone_type i;
7368
7369         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7370                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
7371                 unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
7372                 unsigned long spanned, absent;
7373                 unsigned long size, real_size;
7374
7375                 spanned = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
7376                                                      node_start_pfn,
7377                                                      node_end_pfn,
7378                                                      &zone_start_pfn,
7379                                                      &zone_end_pfn);
7380                 absent = zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
7381                                                    node_start_pfn,
7382                                                    node_end_pfn);
7383
7384                 size = spanned;
7385                 real_size = size - absent;
7386
7387                 if (size)
7388                         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
7389                 else
7390                         zone->zone_start_pfn = 0;
7391                 zone->spanned_pages = size;
7392                 zone->present_pages = real_size;
7393 #if defined(CONFIG_MEMORY_HOTPLUG)
7394                 zone->present_early_pages = real_size;
7395 #endif
7396
7397                 totalpages += size;
7398                 realtotalpages += real_size;
7399         }
7400
7401         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
7402         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
7403         pr_debug("On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id, realtotalpages);
7404 }
7405
7406 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
7407 /*
7408  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
7409  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
7410  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
7411  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
7412  * bytes.
7413  */
7414 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
7415 {
7416         unsigned long usemapsize;
7417
7418         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
7419         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
7420         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
7421         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
7422         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
7423
7424         return usemapsize / 8;
7425 }
7426
7427 static void __ref setup_usemap(struct zone *zone)
7428 {
7429         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone->zone_start_pfn,
7430                                                zone->spanned_pages);
7431         zone->pageblock_flags = NULL;
7432         if (usemapsize) {
7433                 zone->pageblock_flags =
7434                         memblock_alloc_node(usemapsize, SMP_CACHE_BYTES,
7435                                             zone_to_nid(zone));
7436                 if (!zone->pageblock_flags)
7437                         panic("Failed to allocate %ld bytes for zone %s pageblock flags on node %d\n",
7438                               usemapsize, zone->name, zone_to_nid(zone));
7439         }
7440 }
7441 #else
7442 static inline void setup_usemap(struct zone *zone) {}
7443 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
7444
7445 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
7446
7447 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
7448 void __init set_pageblock_order(void)
7449 {
7450         unsigned int order = MAX_ORDER - 1;
7451
7452         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
7453         if (pageblock_order)
7454                 return;
7455
7456         /* Don't let pageblocks exceed the maximum allocation granularity. */
7457         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT && HUGETLB_PAGE_ORDER < order)
7458                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
7459
7460         /*
7461          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
7462          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
7463          * powerpc.
7464          */
7465         pageblock_order = order;
7466 }
7467 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
7468
7469 /*
7470  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
7471  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
7472  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
7473  * the kernel config
7474  */
7475 void __init set_pageblock_order(void)
7476 {
7477 }
7478
7479 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
7480
7481 static unsigned long __init calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
7482                                                 unsigned long present_pages)
7483 {
7484         unsigned long pages = spanned_pages;
7485
7486         /*
7487          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
7488          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
7489          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
7490          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
7491          * populated regions may not be naturally aligned on page boundary.
7492          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
7493          */
7494         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
7495             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
7496                 pages = present_pages;
7497
7498         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
7499 }
7500
7501 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
7502 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat)
7503 {
7504         struct deferred_split *ds_queue = &pgdat->deferred_split_queue;
7505
7506         spin_lock_init(&ds_queue->split_queue_lock);
7507         INIT_LIST_HEAD(&ds_queue->split_queue);
7508         ds_queue->split_queue_len = 0;
7509 }
7510 #else
7511 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat) {}
7512 #endif
7513
7514 #ifdef CONFIG_COMPACTION
7515 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat)
7516 {
7517         init_waitqueue_head(&pgdat->kcompactd_wait);
7518 }
7519 #else
7520 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat) {}
7521 #endif
7522
7523 static void __meminit pgdat_init_internals(struct pglist_data *pgdat)
7524 {
7525         int i;
7526
7527         pgdat_resize_init(pgdat);
7528
7529         pgdat_init_split_queue(pgdat);
7530         pgdat_init_kcompactd(pgdat);
7531
7532         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
7533         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
7534
7535         for (i = 0; i < NR_VMSCAN_THROTTLE; i++)
7536                 init_waitqueue_head(&pgdat->reclaim_wait[i]);
7537
7538         pgdat_page_ext_init(pgdat);
7539         lruvec_init(&pgdat->__lruvec);
7540 }
7541
7542 static void __meminit zone_init_internals(struct zone *zone, enum zone_type idx, int nid,
7543                                                         unsigned long remaining_pages)
7544 {
7545         atomic_long_set(&zone->managed_pages, remaining_pages);
7546         zone_set_nid(zone, nid);
7547         zone->name = zone_names[idx];
7548         zone->zone_pgdat = NODE_DATA(nid);
7549         spin_lock_init(&zone->lock);
7550         zone_seqlock_init(zone);
7551         zone_pcp_init(zone);
7552 }
7553
7554 /*
7555  * Set up the zone data structures
7556  * - init pgdat internals
7557  * - init all zones belonging to this node
7558  *
7559  * NOTE: this function is only called during memory hotplug
7560  */
7561 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
7562 void __ref free_area_init_core_hotplug(struct pglist_data *pgdat)
7563 {
7564         int nid = pgdat->node_id;
7565         enum zone_type z;
7566         int cpu;
7567
7568         pgdat_init_internals(pgdat);
7569
7570         if (pgdat->per_cpu_nodestats == &boot_nodestats)
7571                 pgdat->per_cpu_nodestats = alloc_percpu(struct per_cpu_nodestat);
7572
7573         /*
7574          * Reset the nr_zones, order and highest_zoneidx before reuse.
7575          * Note that kswapd will init kswapd_highest_zoneidx properly
7576          * when it starts in the near future.
7577          */
7578         pgdat->nr_zones = 0;
7579         pgdat->kswapd_order = 0;
7580         pgdat->kswapd_highest_zoneidx = 0;
7581         pgdat->node_start_pfn = 0;
7582         for_each_online_cpu(cpu) {
7583                 struct per_cpu_nodestat *p;
7584
7585                 p = per_cpu_ptr(pgdat->per_cpu_nodestats, cpu);
7586                 memset(p, 0, sizeof(*p));
7587         }
7588
7589         for (z = 0; z < MAX_NR_ZONES; z++)
7590                 zone_init_internals(&pgdat->node_zones[z], z, nid, 0);
7591 }
7592 #endif
7593
7594 /*
7595  * Set up the zone data structures:
7596  *   - mark all pages reserved
7597  *   - mark all memory queues empty
7598  *   - clear the memory bitmaps
7599  *
7600  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
7601  * NOTE: this function is only called during early init.
7602  */
7603 static void __init free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat)
7604 {
7605         enum zone_type j;
7606         int nid = pgdat->node_id;
7607
7608         pgdat_init_internals(pgdat);
7609         pgdat->per_cpu_nodestats = &boot_nodestats;
7610
7611         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
7612                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
7613                 unsigned long size, freesize, memmap_pages;
7614
7615                 size = zone->spanned_pages;
7616                 freesize = zone->present_pages;
7617
7618                 /*
7619                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
7620                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
7621                  * and per-cpu initialisations
7622                  */
7623                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, freesize);
7624                 if (!is_highmem_idx(j)) {
7625                         if (freesize >= memmap_pages) {
7626                                 freesize -= memmap_pages;
7627                                 if (memmap_pages)
7628                                         pr_debug("  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
7629                                                  zone_names[j], memmap_pages);
7630                         } else
7631                                 pr_warn("  %s zone: %lu memmap pages exceeds freesize %lu\n",
7632                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
7633                 }
7634
7635                 /* Account for reserved pages */
7636                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
7637                         freesize -= dma_reserve;
7638                         pr_debug("  %s zone: %lu pages reserved\n", zone_names[0], dma_reserve);
7639                 }
7640
7641                 if (!is_highmem_idx(j))
7642                         nr_kernel_pages += freesize;
7643                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
7644                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
7645                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
7646                 nr_all_pages += freesize;
7647
7648                 /*
7649                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
7650                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
7651                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
7652                  */
7653                 zone_init_internals(zone, j, nid, freesize);
7654
7655                 if (!size)
7656                         continue;
7657
7658                 set_pageblock_order();
7659                 setup_usemap(zone);
7660                 init_currently_empty_zone(zone, zone->zone_start_pfn, size);
7661         }
7662 }
7663
7664 #ifdef CONFIG_FLATMEM
7665 static void __init alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
7666 {
7667         unsigned long __maybe_unused start = 0;
7668         unsigned long __maybe_unused offset = 0;
7669
7670         /* Skip empty nodes */
7671         if (!pgdat->node_spanned_pages)
7672                 return;
7673
7674         start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
7675         offset = pgdat->node_start_pfn - start;
7676         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
7677         if (!pgdat->node_mem_map) {
7678                 unsigned long size, end;
7679                 struct page *map;
7680
7681                 /*
7682                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
7683                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
7684                  * for the buddy allocator to function correctly.
7685                  */
7686                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
7687                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
7688                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
7689                 map = memmap_alloc(size, SMP_CACHE_BYTES, MEMBLOCK_LOW_LIMIT,
7690                                    pgdat->node_id, false);
7691                 if (!map)
7692                         panic("Failed to allocate %ld bytes for node %d memory map\n",
7693                               size, pgdat->node_id);
7694                 pgdat->node_mem_map = map + offset;
7695         }
7696         pr_debug("%s: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
7697                                 __func__, pgdat->node_id, (unsigned long)pgdat,
7698                                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
7699 #ifndef CONFIG_NUMA
7700         /*
7701          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
7702          */
7703         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
7704                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
7705                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
7706                         mem_map -= offset;
7707         }
7708 #endif
7709 }
7710 #else
7711 static inline void alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat) { }
7712 #endif /* CONFIG_FLATMEM */
7713
7714 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
7715 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat)
7716 {
7717         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
7718 }
7719 #else
7720 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat) {}
7721 #endif
7722
7723 static void __init free_area_init_node(int nid)
7724 {
7725         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
7726         unsigned long start_pfn = 0;
7727         unsigned long end_pfn = 0;
7728
7729         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
7730         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->kswapd_highest_zoneidx);
7731
7732         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
7733
7734         pgdat->node_id = nid;
7735         pgdat->node_start_pfn = start_pfn;
7736         pgdat->per_cpu_nodestats = NULL;
7737
7738         if (start_pfn != end_pfn) {
7739                 pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
7740                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
7741                         end_pfn ? ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1 : 0);
7742         } else {
7743                 pr_info("Initmem setup node %d as memoryless\n", nid);
7744         }
7745
7746         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn);
7747
7748         alloc_node_mem_map(pgdat);
7749         pgdat_set_deferred_range(pgdat);
7750
7751         free_area_init_core(pgdat);
7752 }
7753
7754 static void __init free_area_init_memoryless_node(int nid)
7755 {
7756         free_area_init_node(nid);
7757 }
7758
7759 #if MAX_NUMNODES > 1
7760 /*
7761  * Figure out the number of possible node ids.
7762  */
7763 void __init setup_nr_node_ids(void)
7764 {
7765         unsigned int highest;
7766
7767         highest = find_last_bit(node_possible_map.bits, MAX_NUMNODES);
7768         nr_node_ids = highest + 1;
7769 }
7770 #endif
7771
7772 /**
7773  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
7774  *
7775  * This function should be called after node map is populated and sorted.
7776  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
7777  * all the nodes.
7778  *
7779  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
7780  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
7781  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
7782  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
7783  *
7784  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
7785  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
7786  * populated node map.
7787  *
7788  * Return: the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
7789  * requirement (single node).
7790  */
7791 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
7792 {
7793         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
7794         unsigned long start, end, mask;
7795         int last_nid = NUMA_NO_NODE;
7796         int i, nid;
7797
7798         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
7799                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
7800                         last_nid = nid;
7801                         last_end = end;
7802                         continue;
7803                 }
7804
7805                 /*
7806                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
7807                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
7808                  * too coarse to separate the current node from the last.
7809                  */
7810                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
7811                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
7812                         mask <<= 1;
7813
7814                 /* accumulate all internode masks */
7815                 accl_mask |= mask;
7816         }
7817
7818         /* convert mask to number of pages */
7819         return ~accl_mask + 1;
7820 }
7821
7822 /**
7823  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
7824  *
7825  * Return: the minimum PFN based on information provided via
7826  * memblock_set_node().
7827  */
7828 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
7829 {
7830         return PHYS_PFN(memblock_start_of_DRAM());
7831 }
7832
7833 /*
7834  * early_calculate_totalpages()
7835  * Sum pages in active regions for movable zone.
7836  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
7837  */
7838 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
7839 {
7840         unsigned long totalpages = 0;
7841         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7842         int i, nid;
7843
7844         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
7845                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
7846
7847                 totalpages += pages;
7848                 if (pages)
7849                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
7850         }
7851         return totalpages;
7852 }
7853
7854 /*
7855  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
7856  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
7857  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
7858  * others
7859  */
7860 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
7861 {
7862         int i, nid;
7863         unsigned long usable_startpfn;
7864         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
7865         /* save the state before borrow the nodemask */
7866         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
7867         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
7868         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
7869         struct memblock_region *r;
7870
7871         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
7872         find_usable_zone_for_movable();
7873
7874         /*
7875          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
7876          * options.
7877          */
7878         if (movable_node_is_enabled()) {
7879                 for_each_mem_region(r) {
7880                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
7881                                 continue;
7882
7883                         nid = memblock_get_region_node(r);
7884
7885                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
7886                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
7887                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
7888                                 usable_startpfn;
7889                 }
7890
7891                 goto out2;
7892         }
7893
7894         /*
7895          * If kernelcore=mirror is specified, ignore movablecore option
7896          */
7897         if (mirrored_kernelcore) {
7898                 bool mem_below_4gb_not_mirrored = false;
7899
7900                 for_each_mem_region(r) {
7901                         if (memblock_is_mirror(r))
7902                                 continue;
7903
7904                         nid = memblock_get_region_node(r);
7905
7906                         usable_startpfn = memblock_region_memory_base_pfn(r);
7907
7908                         if (usable_startpfn < PHYS_PFN(SZ_4G)) {
7909                                 mem_below_4gb_not_mirrored = true;
7910                                 continue;
7911                         }
7912
7913                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
7914                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
7915                                 usable_startpfn;
7916                 }
7917
7918                 if (mem_below_4gb_not_mirrored)
7919                         pr_warn("This configuration results in unmirrored kernel memory.\n");
7920
7921                 goto out2;
7922         }
7923
7924         /*
7925          * If kernelcore=nn% or movablecore=nn% was specified, calculate the
7926          * amount of necessary memory.
7927          */
7928         if (required_kernelcore_percent)
7929                 required_kernelcore = (totalpages * 100 * required_kernelcore_percent) /
7930                                        10000UL;
7931         if (required_movablecore_percent)
7932                 required_movablecore = (totalpages * 100 * required_movablecore_percent) /
7933                                         10000UL;
7934
7935         /*
7936          * If movablecore= was specified, calculate what size of
7937          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
7938          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
7939          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
7940          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
7941          * what movablecore would have allowed.
7942          */
7943         if (required_movablecore) {
7944                 unsigned long corepages;
7945
7946                 /*
7947                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
7948                  * was requested by the user
7949                  */
7950                 required_movablecore =
7951                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
7952                 required_movablecore = min(totalpages, required_movablecore);
7953                 corepages = totalpages - required_movablecore;
7954
7955                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
7956         }
7957
7958         /*
7959          * If kernelcore was not specified or kernelcore size is larger
7960          * than totalpages, there is no ZONE_MOVABLE.
7961          */
7962         if (!required_kernelcore || required_kernelcore >= totalpages)
7963                 goto out;
7964
7965         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
7966         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
7967
7968 restart:
7969         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
7970         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
7971         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
7972                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
7973
7974                 /*
7975                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
7976                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
7977                  * amount of memory for the kernel
7978                  */
7979                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
7980                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
7981
7982                 /*
7983                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
7984                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
7985                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
7986                  */
7987                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
7988
7989                 /* Go through each range of PFNs within this node */
7990                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
7991                         unsigned long size_pages;
7992
7993                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
7994                         if (start_pfn >= end_pfn)
7995                                 continue;
7996
7997                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
7998                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
7999                                 unsigned long kernel_pages;
8000                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
8001                                                                 - start_pfn;
8002
8003                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
8004                                                         kernelcore_remaining);
8005                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
8006                                                         required_kernelcore);
8007
8008                                 /* Continue if range is now fully accounted */
8009                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
8010
8011                                         /*
8012                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
8013                                          * that if we have to rebalance
8014                                          * kernelcore across nodes, we will
8015                                          * not double account here
8016                                          */
8017                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
8018                                         continue;
8019                                 }
8020                                 start_pfn = usable_startpfn;
8021                         }
8022
8023                         /*
8024                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
8025                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
8026                          * number of pages used as kernelcore
8027                          */
8028                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
8029                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
8030                                 size_pages = kernelcore_remaining;
8031                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
8032
8033                         /*
8034                          * Some kernelcore has been met, update counts and
8035                          * break if the kernelcore for this node has been
8036                          * satisfied
8037                          */
8038                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
8039                                                                 size_pages);
8040                         kernelcore_remaining -= size_pages;
8041                         if (!kernelcore_remaining)
8042                                 break;
8043                 }
8044         }
8045
8046         /*
8047          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
8048          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
8049          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
8050          * satisfied
8051          */
8052         usable_nodes--;
8053         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
8054                 goto restart;
8055
8056 out2:
8057         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
8058         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++) {
8059                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
8060
8061                 zone_movable_pfn[nid] =
8062                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
8063
8064                 get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
8065                 if (zone_movable_pfn[nid] >= end_pfn)
8066                         zone_movable_pfn[nid] = 0;
8067         }
8068
8069 out:
8070         /* restore the node_state */
8071         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
8072 }
8073
8074 /* Any regular or high memory on that node ? */
8075 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
8076 {
8077         enum zone_type zone_type;
8078
8079         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
8080                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
8081                 if (populated_zone(zone)) {
8082                         if (IS_ENABLED(CONFIG_HIGHMEM))
8083                                 node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
8084                         if (zone_type <= ZONE_NORMAL)
8085                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
8086                         break;
8087                 }
8088         }
8089 }
8090
8091 /*
8092  * Some architectures, e.g. ARC may have ZONE_HIGHMEM below ZONE_NORMAL. For
8093  * such cases we allow max_zone_pfn sorted in the descending order
8094  */
8095 bool __weak arch_has_descending_max_zone_pfns(void)
8096 {
8097         return false;
8098 }
8099
8100 /**
8101  * free_area_init - Initialise all pg_data_t and zone data
8102  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
8103  *
8104  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
8105  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
8106  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
8107  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
8108  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
8109  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
8110  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
8111  * at arch_max_dma_pfn.
8112  */
8113 void __init free_area_init(unsigned long *max_zone_pfn)
8114 {
8115         unsigned long start_pfn, end_pfn;
8116         int i, nid, zone;
8117         bool descending;
8118
8119         /* Record where the zone boundaries are */
8120         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
8121                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
8122         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
8123                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
8124
8125         start_pfn = find_min_pfn_with_active_regions();
8126         descending = arch_has_descending_max_zone_pfns();
8127
8128         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
8129                 if (descending)
8130                         zone = MAX_NR_ZONES - i - 1;
8131                 else
8132                         zone = i;
8133
8134                 if (zone == ZONE_MOVABLE)
8135                         continue;
8136
8137                 end_pfn = max(max_zone_pfn[zone], start_pfn);
8138                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone] = start_pfn;
8139                 arch_zone_highest_possible_pfn[zone] = end_pfn;
8140
8141                 start_pfn = end_pfn;
8142         }
8143
8144         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
8145         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
8146         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
8147
8148         /* Print out the zone ranges */
8149         pr_info("Zone ranges:\n");
8150         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
8151                 if (i == ZONE_MOVABLE)
8152                         continue;
8153                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
8154                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
8155                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
8156                         pr_cont("empty\n");
8157                 else
8158                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
8159                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
8160                                         << PAGE_SHIFT,
8161                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
8162                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
8163         }
8164
8165         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
8166         pr_info("Movable zone start for each node\n");
8167         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
8168                 if (zone_movable_pfn[i])
8169                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
8170                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
8171         }
8172
8173         /*
8174          * Print out the early node map, and initialize the
8175          * subsection-map relative to active online memory ranges to
8176          * enable future "sub-section" extensions of the memory map.
8177          */
8178         pr_info("Early memory node ranges\n");
8179         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
8180                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
8181                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
8182                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
8183                 subsection_map_init(start_pfn, end_pfn - start_pfn);
8184         }
8185
8186         /* Initialise every node */
8187         mminit_verify_pageflags_layout();
8188         setup_nr_node_ids();
8189         for_each_node(nid) {
8190                 pg_data_t *pgdat;
8191
8192                 if (!node_online(nid)) {
8193                         pr_info("Initializing node %d as memoryless\n", nid);
8194
8195                         /* Allocator not initialized yet */
8196                         pgdat = arch_alloc_nodedata(nid);
8197                         if (!pgdat) {
8198                                 pr_err("Cannot allocate %zuB for node %d.\n",
8199                                                 sizeof(*pgdat), nid);
8200                                 continue;
8201                         }
8202                         arch_refresh_nodedata(nid, pgdat);
8203                         free_area_init_memoryless_node(nid);
8204
8205                         /*
8206                          * We do not want to confuse userspace by sysfs
8207                          * files/directories for node without any memory
8208                          * attached to it, so this node is not marked as
8209                          * N_MEMORY and not marked online so that no sysfs
8210                          * hierarchy will be created via register_one_node for
8211                          * it. The pgdat will get fully initialized by
8212                          * hotadd_init_pgdat() when memory is hotplugged into
8213                          * this node.
8214                          */
8215                         continue;
8216                 }
8217
8218                 pgdat = NODE_DATA(nid);
8219                 free_area_init_node(nid);
8220
8221                 /* Any memory on that node */
8222                 if (pgdat->node_present_pages)
8223                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
8224                 check_for_memory(pgdat, nid);
8225         }
8226
8227         memmap_init();
8228 }
8229
8230 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core,
8231                                      unsigned long *percent)
8232 {
8233         unsigned long long coremem;
8234         char *endptr;
8235
8236         if (!p)
8237                 return -EINVAL;
8238
8239         /* Value may be a percentage of total memory, otherwise bytes */
8240         coremem = simple_strtoull(p, &endptr, 0);
8241         if (*endptr == '%') {
8242                 /* Paranoid check for percent values greater than 100 */
8243                 WARN_ON(coremem > 100);
8244
8245                 *percent = coremem;
8246         } else {
8247                 coremem = memparse(p, &p);
8248                 /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
8249                 WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
8250
8251                 *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
8252                 *percent = 0UL;
8253         }
8254         return 0;
8255 }
8256
8257 /*
8258  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
8259  * cannot be reclaimed or migrated.
8260  */
8261 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
8262 {
8263         /* parse kernelcore=mirror */
8264         if (parse_option_str(p, "mirror")) {
8265                 mirrored_kernelcore = true;
8266                 return 0;
8267         }
8268
8269         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore,
8270                                   &required_kernelcore_percent);
8271 }
8272
8273 /*
8274  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
8275  * can be reclaimed or migrated.
8276  */
8277 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
8278 {
8279         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore,
8280                                   &required_movablecore_percent);
8281 }
8282
8283 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
8284 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
8285
8286 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
8287 {
8288         atomic_long_add(count, &page_zone(page)->managed_pages);
8289         totalram_pages_add(count);
8290 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
8291         if (PageHighMem(page))
8292                 totalhigh_pages_add(count);
8293 #endif
8294 }
8295 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
8296
8297 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, const char *s)
8298 {
8299         void *pos;
8300         unsigned long pages = 0;
8301
8302         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
8303         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
8304         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
8305                 struct page *page = virt_to_page(pos);
8306                 void *direct_map_addr;
8307
8308                 /*
8309                  * 'direct_map_addr' might be different from 'pos'
8310                  * because some architectures' virt_to_page()
8311                  * work with aliases.  Getting the direct map
8312                  * address ensures that we get a _writeable_
8313                  * alias for the memset().
8314                  */
8315                 direct_map_addr = page_address(page);
8316                 /*
8317                  * Perform a kasan-unchecked memset() since this memory
8318                  * has not been initialized.
8319                  */
8320                 direct_map_addr = kasan_reset_tag(direct_map_addr);
8321                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
8322                         memset(direct_map_addr, poison, PAGE_SIZE);
8323
8324                 free_reserved_page(page);
8325         }
8326
8327         if (pages && s)
8328                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK\n", s, K(pages));
8329
8330         return pages;
8331 }
8332
8333 void __init mem_init_print_info(void)
8334 {
8335         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
8336         unsigned long init_code_size, init_data_size;
8337
8338         physpages = get_num_physpages();
8339         codesize = _etext - _stext;
8340         datasize = _edata - _sdata;
8341         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
8342         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
8343         init_data_size = __init_end - __init_begin;
8344         init_code_size = _einittext - _sinittext;
8345
8346         /*
8347          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
8348          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
8349          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
8350          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
8351          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
8352          */
8353 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
8354         do { \
8355                 if (&start[0] <= &pos[0] && &pos[0] < &end[0] && size > adj) \
8356                         size -= adj; \
8357         } while (0)
8358
8359         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
8360                      _sinittext, init_code_size);
8361         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
8362         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
8363         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
8364         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
8365
8366 #undef  adj_init_size
8367
8368         pr_info("Memory: %luK/%luK available (%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, %luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
8369 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
8370                 ", %luK highmem"
8371 #endif
8372                 ")\n",
8373                 K(nr_free_pages()), K(physpages),
8374                 codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
8375                 (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
8376                 K(physpages - totalram_pages() - totalcma_pages),
8377                 K(totalcma_pages)
8378 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
8379                 , K(totalhigh_pages())
8380 #endif
8381                 );
8382 }
8383
8384 /**
8385  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
8386  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
8387  *
8388  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by managed_pages.
8389  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
8390  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
8391  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
8392  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
8393  * smaller per-cpu batchsize.
8394  */
8395 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
8396 {
8397         dma_reserve = new_dma_reserve;
8398 }
8399
8400 static int page_alloc_cpu_dead(unsigned int cpu)
8401 {
8402         struct zone *zone;
8403
8404         lru_add_drain_cpu(cpu);
8405         mlock_page_drain_remote(cpu);
8406         drain_pages(cpu);
8407
8408         /*
8409          * Spill the event counters of the dead processor
8410          * into the current processors event counters.
8411          * This artificially elevates the count of the current
8412          * processor.
8413          */
8414         vm_events_fold_cpu(cpu);
8415
8416         /*
8417          * Zero the differential counters of the dead processor
8418          * so that the vm statistics are consistent.
8419          *
8420          * This is only okay since the processor is dead and cannot
8421          * race with what we are doing.
8422          */
8423         cpu_vm_stats_fold(cpu);
8424
8425         for_each_populated_zone(zone)
8426                 zone_pcp_update(zone, 0);
8427
8428         return 0;
8429 }
8430
8431 static int page_alloc_cpu_online(unsigned int cpu)
8432 {
8433         struct zone *zone;
8434
8435         for_each_populated_zone(zone)
8436                 zone_pcp_update(zone, 1);
8437         return 0;
8438 }
8439
8440 #ifdef CONFIG_NUMA
8441 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
8442
8443 static int __init set_hashdist(char *str)
8444 {
8445         if (!str)
8446                 return 0;
8447         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
8448         return 1;
8449 }
8450 __setup("hashdist=", set_hashdist);
8451 #endif
8452
8453 void __init page_alloc_init(void)
8454 {
8455         int ret;
8456
8457 #ifdef CONFIG_NUMA
8458         if (num_node_state(N_MEMORY) == 1)
8459                 hashdist = 0;
8460 #endif
8461
8462         ret = cpuhp_setup_state_nocalls(CPUHP_PAGE_ALLOC,
8463                                         "mm/page_alloc:pcp",
8464                                         page_alloc_cpu_online,
8465                                         page_alloc_cpu_dead);
8466         WARN_ON(ret < 0);
8467 }
8468
8469 /*
8470  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
8471  *      or min_free_kbytes changes.
8472  */
8473 static void calculate_totalreserve_pages(void)
8474 {
8475         struct pglist_data *pgdat;
8476         unsigned long reserve_pages = 0;
8477         enum zone_type i, j;
8478
8479         for_each_online_pgdat(pgdat) {
8480
8481                 pgdat->totalreserve_pages = 0;
8482
8483                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
8484                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
8485                         long max = 0;
8486                         unsigned long managed_pages = zone_managed_pages(zone);
8487
8488                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
8489                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
8490                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
8491                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
8492                         }
8493
8494                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
8495                         max += high_wmark_pages(zone);
8496
8497                         if (max > managed_pages)
8498                                 max = managed_pages;
8499
8500                         pgdat->totalreserve_pages += max;
8501
8502                         reserve_pages += max;
8503                 }
8504         }
8505         totalreserve_pages = reserve_pages;
8506 }
8507
8508 /*
8509  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
8510  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
8511  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
8512  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
8513  */
8514 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
8515 {
8516         struct pglist_data *pgdat;
8517         enum zone_type i, j;
8518
8519         for_each_online_pgdat(pgdat) {
8520                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES - 1; i++) {
8521                         struct zone *zone = &pgdat->node_zones[i];
8522                         int ratio = sysctl_lowmem_reserve_ratio[i];
8523                         bool clear = !ratio || !zone_managed_pages(zone);
8524                         unsigned long managed_pages = 0;
8525
8526                         for (j = i + 1; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
8527                                 struct zone *upper_zone = &pgdat->node_zones[j];
8528
8529                                 managed_pages += zone_managed_pages(upper_zone);
8530
8531                                 if (clear)
8532                                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
8533                                 else
8534                                         zone->lowmem_reserve[j] = managed_pages / ratio;
8535                         }
8536                 }
8537         }
8538
8539         /* update totalreserve_pages */
8540         calculate_totalreserve_pages();
8541 }
8542
8543 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
8544 {
8545         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
8546         unsigned long lowmem_pages = 0;
8547         struct zone *zone;
8548         unsigned long flags;
8549
8550         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
8551         for_each_zone(zone) {
8552                 if (!is_highmem(zone))
8553                         lowmem_pages += zone_managed_pages(zone);
8554         }
8555
8556         for_each_zone(zone) {
8557                 u64 tmp;
8558
8559                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8560                 tmp = (u64)pages_min * zone_managed_pages(zone);
8561                 do_div(tmp, lowmem_pages);
8562                 if (is_highmem(zone)) {
8563                         /*
8564                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
8565                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
8566                          * value here.
8567                          *
8568                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
8569                          * deltas control async page reclaim, and so should
8570                          * not be capped for highmem.
8571                          */
8572                         unsigned long min_pages;
8573
8574                         min_pages = zone_managed_pages(zone) / 1024;
8575                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
8576                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
8577                 } else {
8578                         /*
8579                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
8580                          * proportionate to the zone's size.
8581                          */
8582                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = tmp;
8583                 }
8584
8585                 /*
8586                  * Set the kswapd watermarks distance according to the
8587                  * scale factor in proportion to available memory, but
8588                  * ensure a minimum size on small systems.
8589                  */
8590                 tmp = max_t(u64, tmp >> 2,
8591                             mult_frac(zone_managed_pages(zone),
8592                                       watermark_scale_factor, 10000));
8593
8594                 zone->watermark_boost = 0;
8595                 zone->_watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + tmp;
8596                 zone->_watermark[WMARK_HIGH] = low_wmark_pages(zone) + tmp;
8597                 zone->_watermark[WMARK_PROMO] = high_wmark_pages(zone) + tmp;
8598
8599                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8600         }
8601
8602         /* update totalreserve_pages */
8603         calculate_totalreserve_pages();
8604 }
8605
8606 /**
8607  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
8608  * or when memory is hot-{added|removed}
8609  *
8610  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
8611  * correctly with respect to min_free_kbytes.
8612  */
8613 void setup_per_zone_wmarks(void)
8614 {
8615         struct zone *zone;
8616         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
8617
8618         spin_lock(&lock);
8619         __setup_per_zone_wmarks();
8620         spin_unlock(&lock);
8621
8622         /*
8623          * The watermark size have changed so update the pcpu batch
8624          * and high limits or the limits may be inappropriate.
8625          */
8626         for_each_zone(zone)
8627                 zone_pcp_update(zone, 0);
8628 }
8629
8630 /*
8631  * Initialise min_free_kbytes.
8632  *
8633  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
8634  * we want it large (256MB max).  But it is not linear, because network
8635  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
8636  *
8637  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
8638  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
8639  *
8640  * which yields
8641  *
8642  * 16MB:        512k
8643  * 32MB:        724k
8644  * 64MB:        1024k
8645  * 128MB:       1448k
8646  * 256MB:       2048k
8647  * 512MB:       2896k
8648  * 1024MB:      4096k
8649  * 2048MB:      5792k
8650  * 4096MB:      8192k
8651  * 8192MB:      11584k
8652  * 16384MB:     16384k
8653  */
8654 void calculate_min_free_kbytes(void)
8655 {
8656         unsigned long lowmem_kbytes;
8657         int new_min_free_kbytes;
8658
8659         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
8660         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
8661
8662         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes)
8663                 min_free_kbytes = clamp(new_min_free_kbytes, 128, 262144);
8664         else
8665                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
8666                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
8667
8668 }
8669
8670 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
8671 {
8672         calculate_min_free_kbytes();
8673         setup_per_zone_wmarks();
8674         refresh_zone_stat_thresholds();
8675         setup_per_zone_lowmem_reserve();
8676
8677 #ifdef CONFIG_NUMA
8678         setup_min_unmapped_ratio();
8679         setup_min_slab_ratio();
8680 #endif
8681
8682         khugepaged_min_free_kbytes_update();
8683
8684         return 0;
8685 }
8686 postcore_initcall(init_per_zone_wmark_min)
8687
8688 /*
8689  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
8690  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
8691  *      changes.
8692  */
8693 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8694                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8695 {
8696         int rc;
8697
8698         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8699         if (rc)
8700                 return rc;
8701
8702         if (write) {
8703                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
8704                 setup_per_zone_wmarks();
8705         }
8706         return 0;
8707 }
8708
8709 int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8710                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8711 {
8712         int rc;
8713
8714         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8715         if (rc)
8716                 return rc;
8717
8718         if (write)
8719                 setup_per_zone_wmarks();
8720
8721         return 0;
8722 }
8723
8724 #ifdef CONFIG_NUMA
8725 static void setup_min_unmapped_ratio(void)
8726 {
8727         pg_data_t *pgdat;
8728         struct zone *zone;
8729
8730         for_each_online_pgdat(pgdat)
8731                 pgdat->min_unmapped_pages = 0;
8732
8733         for_each_zone(zone)
8734                 zone->zone_pgdat->min_unmapped_pages += (zone_managed_pages(zone) *
8735                                                          sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
8736 }
8737
8738
8739 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8740                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8741 {
8742         int rc;
8743
8744         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8745         if (rc)
8746                 return rc;
8747
8748         setup_min_unmapped_ratio();
8749
8750         return 0;
8751 }
8752
8753 static void setup_min_slab_ratio(void)
8754 {
8755         pg_data_t *pgdat;
8756         struct zone *zone;
8757
8758         for_each_online_pgdat(pgdat)
8759                 pgdat->min_slab_pages = 0;
8760
8761         for_each_zone(zone)
8762                 zone->zone_pgdat->min_slab_pages += (zone_managed_pages(zone) *
8763                                                      sysctl_min_slab_ratio) / 100;
8764 }
8765
8766 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8767                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8768 {
8769         int rc;
8770
8771         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8772         if (rc)
8773                 return rc;
8774
8775         setup_min_slab_ratio();
8776
8777         return 0;
8778 }
8779 #endif
8780
8781 /*
8782  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
8783  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
8784  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
8785  *
8786  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
8787  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
8788  * if in function of the boot time zone sizes.
8789  */
8790 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8791                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8792 {
8793         int i;
8794
8795         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8796
8797         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
8798                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[i] < 1)
8799                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[i] = 0;
8800         }
8801
8802         setup_per_zone_lowmem_reserve();
8803         return 0;
8804 }
8805
8806 /*
8807  * percpu_pagelist_high_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
8808  * cpu. It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
8809  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
8810  */
8811 int percpu_pagelist_high_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table,
8812                 int write, void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8813 {
8814         struct zone *zone;
8815         int old_percpu_pagelist_high_fraction;
8816         int ret;
8817
8818         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
8819         old_percpu_pagelist_high_fraction = percpu_pagelist_high_fraction;
8820
8821         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8822         if (!write || ret < 0)
8823                 goto out;
8824
8825         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
8826         if (percpu_pagelist_high_fraction &&
8827             percpu_pagelist_high_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_HIGH_FRACTION) {
8828                 percpu_pagelist_high_fraction = old_percpu_pagelist_high_fraction;
8829                 ret = -EINVAL;
8830                 goto out;
8831         }
8832
8833         /* No change? */
8834         if (percpu_pagelist_high_fraction == old_percpu_pagelist_high_fraction)
8835                 goto out;
8836
8837         for_each_populated_zone(zone)
8838                 zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0);
8839 out:
8840         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
8841         return ret;
8842 }
8843
8844 #ifndef __HAVE_ARCH_RESERVED_KERNEL_PAGES
8845 /*
8846  * Returns the number of pages that arch has reserved but
8847  * is not known to alloc_large_system_hash().
8848  */
8849 static unsigned long __init arch_reserved_kernel_pages(void)
8850 {
8851         return 0;
8852 }
8853 #endif
8854
8855 /*
8856  * Adaptive scale is meant to reduce sizes of hash tables on large memory
8857  * machines. As memory size is increased the scale is also increased but at
8858  * slower pace.  Starting from ADAPT_SCALE_BASE (64G), every time memory
8859  * quadruples the scale is increased by one, which means the size of hash table
8860  * only doubles, instead of quadrupling as well.
8861  * Because 32-bit systems cannot have large physical memory, where this scaling
8862  * makes sense, it is disabled on such platforms.
8863  */
8864 #if __BITS_PER_LONG > 32
8865 #define ADAPT_SCALE_BASE        (64ul << 30)
8866 #define ADAPT_SCALE_SHIFT       2
8867 #define ADAPT_SCALE_NPAGES      (ADAPT_SCALE_BASE >> PAGE_SHIFT)
8868 #endif
8869
8870 /*
8871  * allocate a large system hash table from bootmem
8872  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
8873  *   quantity of entries
8874  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
8875  */
8876 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
8877                                      unsigned long bucketsize,
8878                                      unsigned long numentries,
8879                                      int scale,
8880                                      int flags,
8881                                      unsigned int *_hash_shift,
8882                                      unsigned int *_hash_mask,
8883                                      unsigned long low_limit,
8884                                      unsigned long high_limit)
8885 {
8886         unsigned long long max = high_limit;
8887         unsigned long log2qty, size;
8888         void *table = NULL;
8889         gfp_t gfp_flags;
8890         bool virt;
8891         bool huge;
8892
8893         /* allow the kernel cmdline to have a say */
8894         if (!numentries) {
8895                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
8896                 numentries = nr_kernel_pages;
8897                 numentries -= arch_reserved_kernel_pages();
8898
8899                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
8900                 if (PAGE_SHIFT < 20)
8901                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
8902
8903 #if __BITS_PER_LONG > 32
8904                 if (!high_limit) {
8905                         unsigned long adapt;
8906
8907                         for (adapt = ADAPT_SCALE_NPAGES; adapt < numentries;
8908                              adapt <<= ADAPT_SCALE_SHIFT)
8909                                 scale++;
8910                 }
8911 #endif
8912
8913                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
8914                 if (scale > PAGE_SHIFT)
8915                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
8916                 else
8917                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
8918
8919                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
8920                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
8921                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
8922                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
8923                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
8924                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
8925                                 BUG_ON(!numentries);
8926                         }
8927                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
8928                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
8929         }
8930         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
8931
8932         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
8933         if (max == 0) {
8934                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
8935                 do_div(max, bucketsize);
8936         }
8937         max = min(max, 0x80000000ULL);
8938
8939         if (numentries < low_limit)
8940                 numentries = low_limit;
8941         if (numentries > max)
8942                 numentries = max;
8943
8944         log2qty = ilog2(numentries);
8945
8946         gfp_flags = (flags & HASH_ZERO) ? GFP_ATOMIC | __GFP_ZERO : GFP_ATOMIC;
8947         do {
8948                 virt = false;
8949                 size = bucketsize << log2qty;
8950                 if (flags & HASH_EARLY) {
8951                         if (flags & HASH_ZERO)
8952                                 table = memblock_alloc(size, SMP_CACHE_BYTES);
8953                         else
8954                                 table = memblock_alloc_raw(size,
8955                                                            SMP_CACHE_BYTES);
8956                 } else if (get_order(size) >= MAX_ORDER || hashdist) {
8957                         table = vmalloc_huge(size, gfp_flags);
8958                         virt = true;
8959                         if (table)
8960                                 huge = is_vm_area_hugepages(table);
8961                 } else {
8962                         /*
8963                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
8964                          * some pages at the end of hash table which
8965                          * alloc_pages_exact() automatically does
8966                          */
8967                         table = alloc_pages_exact(size, gfp_flags);
8968                         kmemleak_alloc(table, size, 1, gfp_flags);
8969                 }
8970         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
8971
8972         if (!table)
8973                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
8974
8975         pr_info("%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes, %s)\n",
8976                 tablename, 1UL << log2qty, ilog2(size) - PAGE_SHIFT, size,
8977                 virt ? (huge ? "vmalloc hugepage" : "vmalloc") : "linear");
8978
8979         if (_hash_shift)
8980                 *_hash_shift = log2qty;
8981         if (_hash_mask)
8982                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
8983
8984         return table;
8985 }
8986
8987 #ifdef CONFIG_CONTIG_ALLOC
8988 #if defined(CONFIG_DYNAMIC_DEBUG) || \
8989         (defined(CONFIG_DYNAMIC_DEBUG_CORE) && defined(DYNAMIC_DEBUG_MODULE))
8990 /* Usage: See admin-guide/dynamic-debug-howto.rst */
8991 static void alloc_contig_dump_pages(struct list_head *page_list)
8992 {
8993         DEFINE_DYNAMIC_DEBUG_METADATA(descriptor, "migrate failure");
8994
8995         if (DYNAMIC_DEBUG_BRANCH(descriptor)) {
8996                 struct page *page;
8997
8998                 dump_stack();
8999                 list_for_each_entry(page, page_list, lru)
9000                         dump_page(page, "migration failure");
9001         }
9002 }
9003 #else
9004 static inline void alloc_contig_dump_pages(struct list_head *page_list)
9005 {
9006 }
9007 #endif
9008
9009 /* [start, end) must belong to a single zone. */
9010 int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
9011                                         unsigned long start, unsigned long end)
9012 {
9013         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
9014         unsigned int nr_reclaimed;
9015         unsigned long pfn = start;
9016         unsigned int tries = 0;
9017         int ret = 0;
9018         struct migration_target_control mtc = {
9019                 .nid = zone_to_nid(cc->zone),
9020                 .gfp_mask = GFP_USER | __GFP_MOVABLE | __GFP_RETRY_MAYFAIL,
9021         };
9022
9023         lru_cache_disable();
9024
9025         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
9026                 if (fatal_signal_pending(current)) {
9027                         ret = -EINTR;
9028                         break;
9029                 }
9030
9031                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
9032                         cc->nr_migratepages = 0;
9033                         ret = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
9034                         if (ret && ret != -EAGAIN)
9035                                 break;
9036                         pfn = cc->migrate_pfn;
9037                         tries = 0;
9038                 } else if (++tries == 5) {
9039                         ret = -EBUSY;
9040                         break;
9041                 }
9042
9043                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
9044                                                         &cc->migratepages);
9045                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
9046
9047                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migration_target,
9048                         NULL, (unsigned long)&mtc, cc->mode, MR_CONTIG_RANGE, NULL);
9049
9050                 /*
9051                  * On -ENOMEM, migrate_pages() bails out right away. It is pointless
9052                  * to retry again over this error, so do the same here.
9053                  */
9054                 if (ret == -ENOMEM)
9055                         break;
9056         }
9057
9058         lru_cache_enable();
9059         if (ret < 0) {
9060                 if (!(cc->gfp_mask & __GFP_NOWARN) && ret == -EBUSY)
9061                         alloc_contig_dump_pages(&cc->migratepages);
9062                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
9063                 return ret;
9064         }
9065         return 0;
9066 }
9067
9068 /**
9069  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
9070  * @start:      start PFN to allocate
9071  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
9072  * @migratetype:        migratetype of the underlying pageblocks (either
9073  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
9074  *                      in range must have the same migratetype and it must
9075  *                      be either of the two.
9076  * @gfp_mask:   GFP mask to use during compaction
9077  *
9078  * The PFN range does not have to be pageblock aligned. The PFN range must
9079  * belong to a single zone.
9080  *
9081  * The first thing this routine does is attempt to MIGRATE_ISOLATE all
9082  * pageblocks in the range.  Once isolated, the pageblocks should not
9083  * be modified by others.
9084  *
9085  * Return: zero on success or negative error code.  On success all
9086  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
9087  * need to be freed with free_contig_range().
9088  */
9089 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
9090                        unsigned migratetype, gfp_t gfp_mask)
9091 {
9092         unsigned long outer_start, outer_end;
9093         int order;
9094         int ret = 0;
9095
9096         struct compact_control cc = {
9097                 .nr_migratepages = 0,
9098                 .order = -1,
9099                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
9100                 .mode = MIGRATE_SYNC,
9101                 .ignore_skip_hint = true,
9102                 .no_set_skip_hint = true,
9103                 .gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask),
9104                 .alloc_contig = true,
9105         };
9106         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
9107
9108         /*
9109          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
9110          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
9111          * have different sizes, and due to the way page allocator
9112          * work, start_isolate_page_range() has special handlings for this.
9113          *
9114          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
9115          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
9116          * we are interested in). This will put all the pages in
9117          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
9118          *
9119          * When this is done, we take the pages in range from page
9120          * allocator removing them from the buddy system.  This way
9121          * page allocator will never consider using them.
9122          *
9123          * This lets us mark the pageblocks back as
9124          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
9125          * aligned range but not in the unaligned, original range are
9126          * put back to page allocator so that buddy can use them.
9127          */
9128
9129         ret = start_isolate_page_range(start, end, migratetype, 0, gfp_mask);
9130         if (ret)
9131                 goto done;
9132
9133         drain_all_pages(cc.zone);
9134
9135         /*
9136          * In case of -EBUSY, we'd like to know which page causes problem.
9137          * So, just fall through. test_pages_isolated() has a tracepoint
9138          * which will report the busy page.
9139          *
9140          * It is possible that busy pages could become available before
9141          * the call to test_pages_isolated, and the range will actually be
9142          * allocated.  So, if we fall through be sure to clear ret so that
9143          * -EBUSY is not accidentally used or returned to caller.
9144          */
9145         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
9146         if (ret && ret != -EBUSY)
9147                 goto done;
9148         ret = 0;
9149
9150         /*
9151          * Pages from [start, end) are within a pageblock_nr_pages
9152          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
9153          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
9154          * What we are going to do is to allocate all pages from
9155          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
9156          *
9157          * The only problem is that pages at the beginning and at the
9158          * end of interesting range may be not aligned with pages that
9159          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
9160          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
9161          * once this is done free the pages we are not interested in.
9162          *
9163          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
9164          * isolated thus they won't get removed from buddy.
9165          */
9166
9167         order = 0;
9168         outer_start = start;
9169         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
9170                 if (++order >= MAX_ORDER) {
9171                         outer_start = start;
9172                         break;
9173                 }
9174                 outer_start &= ~0UL << order;
9175         }
9176
9177         if (outer_start != start) {
9178                 order = buddy_order(pfn_to_page(outer_start));
9179
9180                 /*
9181                  * outer_start page could be small order buddy page and
9182                  * it doesn't include start page. Adjust outer_start
9183                  * in this case to report failed page properly
9184                  * on tracepoint in test_pages_isolated()
9185                  */
9186                 if (outer_start + (1UL << order) <= start)
9187                         outer_start = start;
9188         }
9189
9190         /* Make sure the range is really isolated. */
9191         if (test_pages_isolated(outer_start, end, 0)) {
9192                 ret = -EBUSY;
9193                 goto done;
9194         }
9195
9196         /* Grab isolated pages from freelists. */
9197         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
9198         if (!outer_end) {
9199                 ret = -EBUSY;
9200                 goto done;
9201         }
9202
9203         /* Free head and tail (if any) */
9204         if (start != outer_start)
9205                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
9206         if (end != outer_end)
9207                 free_contig_range(end, outer_end - end);
9208
9209 done:
9210         undo_isolate_page_range(start, end, migratetype);
9211         return ret;
9212 }
9213 EXPORT_SYMBOL(alloc_contig_range);
9214
9215 static int __alloc_contig_pages(unsigned long start_pfn,
9216                                 unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask)
9217 {
9218         unsigned long end_pfn = start_pfn + nr_pages;
9219
9220         return alloc_contig_range(start_pfn, end_pfn, MIGRATE_MOVABLE,
9221                                   gfp_mask);
9222 }
9223
9224 static bool pfn_range_valid_contig(struct zone *z, unsigned long start_pfn,
9225                                    unsigned long nr_pages)
9226 {
9227         unsigned long i, end_pfn = start_pfn + nr_pages;
9228         struct page *page;
9229
9230         for (i = start_pfn; i < end_pfn; i++) {
9231                 page = pfn_to_online_page(i);
9232                 if (!page)
9233                         return false;
9234
9235                 if (page_zone(page) != z)
9236                         return false;
9237
9238                 if (PageReserved(page))
9239                         return false;
9240         }
9241         return true;
9242 }
9243
9244 static bool zone_spans_last_pfn(const struct zone *zone,
9245                                 unsigned long start_pfn, unsigned long nr_pages)
9246 {
9247         unsigned long last_pfn = start_pfn + nr_pages - 1;
9248
9249         return zone_spans_pfn(zone, last_pfn);
9250 }
9251
9252 /**
9253  * alloc_contig_pages() -- tries to find and allocate contiguous range of pages
9254  * @nr_pages:   Number of contiguous pages to allocate
9255  * @gfp_mask:   GFP mask to limit search and used during compaction
9256  * @nid:        Target node
9257  * @nodemask:   Mask for other possible nodes
9258  *
9259  * This routine is a wrapper around alloc_contig_range(). It scans over zones
9260  * on an applicable zonelist to find a contiguous pfn range which can then be
9261  * tried for allocation with alloc_contig_range(). This routine is intended
9262  * for allocation requests which can not be fulfilled with the buddy allocator.
9263  *
9264  * The allocated memory is always aligned to a page boundary. If nr_pages is a
9265  * power of two, then allocated range is also guaranteed to be aligned to same
9266  * nr_pages (e.g. 1GB request would be aligned to 1GB).
9267  *
9268  * Allocated pages can be freed with free_contig_range() or by manually calling
9269  * __free_page() on each allocated page.
9270  *
9271  * Return: pointer to contiguous pages on success, or NULL if not successful.
9272  */
9273 struct page *alloc_contig_pages(unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask,
9274                                 int nid, nodemask_t *nodemask)
9275 {
9276         unsigned long ret, pfn, flags;
9277         struct zonelist *zonelist;
9278         struct zone *zone;
9279         struct zoneref *z;
9280
9281         zonelist = node_zonelist(nid, gfp_mask);
9282         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
9283                                         gfp_zone(gfp_mask), nodemask) {
9284                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9285
9286                 pfn = ALIGN(zone->zone_start_pfn, nr_pages);
9287                 while (zone_spans_last_pfn(zone, pfn, nr_pages)) {
9288                         if (pfn_range_valid_contig(zone, pfn, nr_pages)) {
9289                                 /*
9290                                  * We release the zone lock here because
9291                                  * alloc_contig_range() will also lock the zone
9292                                  * at some point. If there's an allocation
9293                                  * spinning on this lock, it may win the race
9294                                  * and cause alloc_contig_range() to fail...
9295                                  */
9296                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9297                                 ret = __alloc_contig_pages(pfn, nr_pages,
9298                                                         gfp_mask);
9299                                 if (!ret)
9300                                         return pfn_to_page(pfn);
9301                                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9302                         }
9303                         pfn += nr_pages;
9304                 }
9305                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9306         }
9307         return NULL;
9308 }
9309 #endif /* CONFIG_CONTIG_ALLOC */
9310
9311 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned long nr_pages)
9312 {
9313         unsigned long count = 0;
9314
9315         for (; nr_pages--; pfn++) {
9316                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
9317
9318                 count += page_count(page) != 1;
9319                 __free_page(page);
9320         }
9321         WARN(count != 0, "%lu pages are still in use!\n", count);
9322 }
9323 EXPORT_SYMBOL(free_contig_range);
9324
9325 /*
9326  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
9327  * page high values need to be recalculated.
9328  */
9329 void zone_pcp_update(struct zone *zone, int cpu_online)
9330 {
9331         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
9332         zone_set_pageset_high_and_batch(zone, cpu_online);
9333         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
9334 }
9335
9336 /*
9337  * Effectively disable pcplists for the zone by setting the high limit to 0
9338  * and draining all cpus. A concurrent page freeing on another CPU that's about
9339  * to put the page on pcplist will either finish before the drain and the page
9340  * will be drained, or observe the new high limit and skip the pcplist.
9341  *
9342  * Must be paired with a call to zone_pcp_enable().
9343  */
9344 void zone_pcp_disable(struct zone *zone)
9345 {
9346         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
9347         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0, 1);
9348         __drain_all_pages(zone, true);
9349 }
9350
9351 void zone_pcp_enable(struct zone *zone)
9352 {
9353         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, zone->pageset_high, zone->pageset_batch);
9354         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
9355 }
9356
9357 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
9358 {
9359         int cpu;
9360         struct per_cpu_zonestat *pzstats;
9361
9362         if (zone->per_cpu_pageset != &boot_pageset) {
9363                 for_each_online_cpu(cpu) {
9364                         pzstats = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_zonestats, cpu);
9365                         drain_zonestat(zone, pzstats);
9366                 }
9367                 free_percpu(zone->per_cpu_pageset);
9368                 free_percpu(zone->per_cpu_zonestats);
9369                 zone->per_cpu_pageset = &boot_pageset;
9370                 zone->per_cpu_zonestats = &boot_zonestats;
9371         }
9372 }
9373
9374 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
9375 /*
9376  * All pages in the range must be in a single zone, must not contain holes,
9377  * must span full sections, and must be isolated before calling this function.
9378  */
9379 void __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
9380 {
9381         unsigned long pfn = start_pfn;
9382         struct page *page;
9383         struct zone *zone;
9384         unsigned int order;
9385         unsigned long flags;
9386
9387         offline_mem_sections(pfn, end_pfn);
9388         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
9389         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9390         while (pfn < end_pfn) {
9391                 page = pfn_to_page(pfn);
9392                 /*
9393                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
9394                  * page_count() is not 0.
9395                  */
9396                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
9397                         pfn++;
9398                         continue;
9399                 }
9400                 /*
9401                  * At this point all remaining PageOffline() pages have a
9402                  * reference count of 0 and can simply be skipped.
9403                  */
9404                 if (PageOffline(page)) {
9405                         BUG_ON(page_count(page));
9406                         BUG_ON(PageBuddy(page));
9407                         pfn++;
9408                         continue;
9409                 }
9410
9411                 BUG_ON(page_count(page));
9412                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
9413                 order = buddy_order(page);
9414                 del_page_from_free_list(page, zone, order);
9415                 pfn += (1 << order);
9416         }
9417         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9418 }
9419 #endif
9420
9421 /*
9422  * This function returns a stable result only if called under zone lock.
9423  */
9424 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
9425 {
9426         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
9427         unsigned int order;
9428
9429         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
9430                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
9431
9432                 if (PageBuddy(page_head) &&
9433                     buddy_order_unsafe(page_head) >= order)
9434                         break;
9435         }
9436
9437         return order < MAX_ORDER;
9438 }
9439 EXPORT_SYMBOL(is_free_buddy_page);
9440
9441 #ifdef CONFIG_MEMORY_FAILURE
9442 /*
9443  * Break down a higher-order page in sub-pages, and keep our target out of
9444  * buddy allocator.
9445  */
9446 static void break_down_buddy_pages(struct zone *zone, struct page *page,
9447                                    struct page *target, int low, int high,
9448                                    int migratetype)
9449 {
9450         unsigned long size = 1 << high;
9451         struct page *current_buddy, *next_page;
9452
9453         while (high > low) {
9454                 high--;
9455                 size >>= 1;
9456
9457                 if (target >= &page[size]) {
9458                         next_page = page + size;
9459                         current_buddy = page;
9460                 } else {
9461                         next_page = page;
9462                         current_buddy = page + size;
9463                 }
9464
9465                 if (set_page_guard(zone, current_buddy, high, migratetype))
9466                         continue;
9467
9468                 if (current_buddy != target) {
9469                         add_to_free_list(current_buddy, zone, high, migratetype);
9470                         set_buddy_order(current_buddy, high);
9471                         page = next_page;
9472                 }
9473         }
9474 }
9475
9476 /*
9477  * Take a page that will be marked as poisoned off the buddy allocator.
9478  */
9479 bool take_page_off_buddy(struct page *page)
9480 {
9481         struct zone *zone = page_zone(page);
9482         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
9483         unsigned long flags;
9484         unsigned int order;
9485         bool ret = false;
9486
9487         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9488         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
9489                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
9490                 int page_order = buddy_order(page_head);
9491
9492                 if (PageBuddy(page_head) && page_order >= order) {
9493                         unsigned long pfn_head = page_to_pfn(page_head);
9494                         int migratetype = get_pfnblock_migratetype(page_head,
9495                                                                    pfn_head);
9496
9497                         del_page_from_free_list(page_head, zone, page_order);
9498                         break_down_buddy_pages(zone, page_head, page, 0,
9499                                                 page_order, migratetype);
9500                         SetPageHWPoisonTakenOff(page);
9501                         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
9502                                 __mod_zone_freepage_state(zone, -1, migratetype);
9503                         ret = true;
9504                         break;
9505                 }
9506                 if (page_count(page_head) > 0)
9507                         break;
9508         }
9509         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9510         return ret;
9511 }
9512
9513 /*
9514  * Cancel takeoff done by take_page_off_buddy().
9515  */
9516 bool put_page_back_buddy(struct page *page)
9517 {
9518         struct zone *zone = page_zone(page);
9519         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
9520         unsigned long flags;
9521         int migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
9522         bool ret = false;
9523
9524         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9525         if (put_page_testzero(page)) {
9526                 ClearPageHWPoisonTakenOff(page);
9527                 __free_one_page(page, pfn, zone, 0, migratetype, FPI_NONE);
9528                 if (TestClearPageHWPoison(page)) {
9529                         ret = true;
9530                 }
9531         }
9532         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9533
9534         return ret;
9535 }
9536 #endif
9537
9538 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
9539 bool has_managed_dma(void)
9540 {
9541         struct pglist_data *pgdat;
9542
9543         for_each_online_pgdat(pgdat) {
9544                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[ZONE_DMA];
9545
9546                 if (managed_zone(zone))
9547                         return true;
9548         }
9549         return false;
9550 }
9551 #endif /* CONFIG_ZONE_DMA */