Merge tag 'powerpc-6.1-6' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/powerpc...
[platform/kernel/linux-starfive.git] / mm / page_alloc.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
2 /*
3  *  linux/mm/page_alloc.c
4  *
5  *  Manages the free list, the system allocates free pages here.
6  *  Note that kmalloc() lives in slab.c
7  *
8  *  Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
9  *  Swap reorganised 29.12.95, Stephen Tweedie
10  *  Support of BIGMEM added by Gerhard Wichert, Siemens AG, July 1999
11  *  Reshaped it to be a zoned allocator, Ingo Molnar, Red Hat, 1999
12  *  Discontiguous memory support, Kanoj Sarcar, SGI, Nov 1999
13  *  Zone balancing, Kanoj Sarcar, SGI, Jan 2000
14  *  Per cpu hot/cold page lists, bulk allocation, Martin J. Bligh, Sept 2002
15  *          (lots of bits borrowed from Ingo Molnar & Andrew Morton)
16  */
17
18 #include <linux/stddef.h>
19 #include <linux/mm.h>
20 #include <linux/highmem.h>
21 #include <linux/swap.h>
22 #include <linux/swapops.h>
23 #include <linux/interrupt.h>
24 #include <linux/pagemap.h>
25 #include <linux/jiffies.h>
26 #include <linux/memblock.h>
27 #include <linux/compiler.h>
28 #include <linux/kernel.h>
29 #include <linux/kasan.h>
30 #include <linux/kmsan.h>
31 #include <linux/module.h>
32 #include <linux/suspend.h>
33 #include <linux/pagevec.h>
34 #include <linux/blkdev.h>
35 #include <linux/slab.h>
36 #include <linux/ratelimit.h>
37 #include <linux/oom.h>
38 #include <linux/topology.h>
39 #include <linux/sysctl.h>
40 #include <linux/cpu.h>
41 #include <linux/cpuset.h>
42 #include <linux/memory_hotplug.h>
43 #include <linux/nodemask.h>
44 #include <linux/vmalloc.h>
45 #include <linux/vmstat.h>
46 #include <linux/mempolicy.h>
47 #include <linux/memremap.h>
48 #include <linux/stop_machine.h>
49 #include <linux/random.h>
50 #include <linux/sort.h>
51 #include <linux/pfn.h>
52 #include <linux/backing-dev.h>
53 #include <linux/fault-inject.h>
54 #include <linux/page-isolation.h>
55 #include <linux/debugobjects.h>
56 #include <linux/kmemleak.h>
57 #include <linux/compaction.h>
58 #include <trace/events/kmem.h>
59 #include <trace/events/oom.h>
60 #include <linux/prefetch.h>
61 #include <linux/mm_inline.h>
62 #include <linux/mmu_notifier.h>
63 #include <linux/migrate.h>
64 #include <linux/hugetlb.h>
65 #include <linux/sched/rt.h>
66 #include <linux/sched/mm.h>
67 #include <linux/page_owner.h>
68 #include <linux/page_table_check.h>
69 #include <linux/kthread.h>
70 #include <linux/memcontrol.h>
71 #include <linux/ftrace.h>
72 #include <linux/lockdep.h>
73 #include <linux/nmi.h>
74 #include <linux/psi.h>
75 #include <linux/padata.h>
76 #include <linux/khugepaged.h>
77 #include <linux/buffer_head.h>
78 #include <linux/delayacct.h>
79 #include <asm/sections.h>
80 #include <asm/tlbflush.h>
81 #include <asm/div64.h>
82 #include "internal.h"
83 #include "shuffle.h"
84 #include "page_reporting.h"
85 #include "swap.h"
86
87 /* Free Page Internal flags: for internal, non-pcp variants of free_pages(). */
88 typedef int __bitwise fpi_t;
89
90 /* No special request */
91 #define FPI_NONE                ((__force fpi_t)0)
92
93 /*
94  * Skip free page reporting notification for the (possibly merged) page.
95  * This does not hinder free page reporting from grabbing the page,
96  * reporting it and marking it "reported" -  it only skips notifying
97  * the free page reporting infrastructure about a newly freed page. For
98  * example, used when temporarily pulling a page from a freelist and
99  * putting it back unmodified.
100  */
101 #define FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY  ((__force fpi_t)BIT(0))
102
103 /*
104  * Place the (possibly merged) page to the tail of the freelist. Will ignore
105  * page shuffling (relevant code - e.g., memory onlining - is expected to
106  * shuffle the whole zone).
107  *
108  * Note: No code should rely on this flag for correctness - it's purely
109  *       to allow for optimizations when handing back either fresh pages
110  *       (memory onlining) or untouched pages (page isolation, free page
111  *       reporting).
112  */
113 #define FPI_TO_TAIL             ((__force fpi_t)BIT(1))
114
115 /*
116  * Don't poison memory with KASAN (only for the tag-based modes).
117  * During boot, all non-reserved memblock memory is exposed to page_alloc.
118  * Poisoning all that memory lengthens boot time, especially on systems with
119  * large amount of RAM. This flag is used to skip that poisoning.
120  * This is only done for the tag-based KASAN modes, as those are able to
121  * detect memory corruptions with the memory tags assigned by default.
122  * All memory allocated normally after boot gets poisoned as usual.
123  */
124 #define FPI_SKIP_KASAN_POISON   ((__force fpi_t)BIT(2))
125
126 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
127 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
128 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_HIGH_FRACTION (8)
129
130 #if defined(CONFIG_SMP) || defined(CONFIG_PREEMPT_RT)
131 /*
132  * On SMP, spin_trylock is sufficient protection.
133  * On PREEMPT_RT, spin_trylock is equivalent on both SMP and UP.
134  */
135 #define pcp_trylock_prepare(flags)      do { } while (0)
136 #define pcp_trylock_finish(flag)        do { } while (0)
137 #else
138
139 /* UP spin_trylock always succeeds so disable IRQs to prevent re-entrancy. */
140 #define pcp_trylock_prepare(flags)      local_irq_save(flags)
141 #define pcp_trylock_finish(flags)       local_irq_restore(flags)
142 #endif
143
144 /*
145  * Locking a pcp requires a PCP lookup followed by a spinlock. To avoid
146  * a migration causing the wrong PCP to be locked and remote memory being
147  * potentially allocated, pin the task to the CPU for the lookup+lock.
148  * preempt_disable is used on !RT because it is faster than migrate_disable.
149  * migrate_disable is used on RT because otherwise RT spinlock usage is
150  * interfered with and a high priority task cannot preempt the allocator.
151  */
152 #ifndef CONFIG_PREEMPT_RT
153 #define pcpu_task_pin()         preempt_disable()
154 #define pcpu_task_unpin()       preempt_enable()
155 #else
156 #define pcpu_task_pin()         migrate_disable()
157 #define pcpu_task_unpin()       migrate_enable()
158 #endif
159
160 /*
161  * Generic helper to lookup and a per-cpu variable with an embedded spinlock.
162  * Return value should be used with equivalent unlock helper.
163  */
164 #define pcpu_spin_lock(type, member, ptr)                               \
165 ({                                                                      \
166         type *_ret;                                                     \
167         pcpu_task_pin();                                                \
168         _ret = this_cpu_ptr(ptr);                                       \
169         spin_lock(&_ret->member);                                       \
170         _ret;                                                           \
171 })
172
173 #define pcpu_spin_lock_irqsave(type, member, ptr, flags)                \
174 ({                                                                      \
175         type *_ret;                                                     \
176         pcpu_task_pin();                                                \
177         _ret = this_cpu_ptr(ptr);                                       \
178         spin_lock_irqsave(&_ret->member, flags);                        \
179         _ret;                                                           \
180 })
181
182 #define pcpu_spin_trylock_irqsave(type, member, ptr, flags)             \
183 ({                                                                      \
184         type *_ret;                                                     \
185         pcpu_task_pin();                                                \
186         _ret = this_cpu_ptr(ptr);                                       \
187         if (!spin_trylock_irqsave(&_ret->member, flags)) {              \
188                 pcpu_task_unpin();                                      \
189                 _ret = NULL;                                            \
190         }                                                               \
191         _ret;                                                           \
192 })
193
194 #define pcpu_spin_unlock(member, ptr)                                   \
195 ({                                                                      \
196         spin_unlock(&ptr->member);                                      \
197         pcpu_task_unpin();                                              \
198 })
199
200 #define pcpu_spin_unlock_irqrestore(member, ptr, flags)                 \
201 ({                                                                      \
202         spin_unlock_irqrestore(&ptr->member, flags);                    \
203         pcpu_task_unpin();                                              \
204 })
205
206 /* struct per_cpu_pages specific helpers. */
207 #define pcp_spin_lock(ptr)                                              \
208         pcpu_spin_lock(struct per_cpu_pages, lock, ptr)
209
210 #define pcp_spin_lock_irqsave(ptr, flags)                               \
211         pcpu_spin_lock_irqsave(struct per_cpu_pages, lock, ptr, flags)
212
213 #define pcp_spin_trylock_irqsave(ptr, flags)                            \
214         pcpu_spin_trylock_irqsave(struct per_cpu_pages, lock, ptr, flags)
215
216 #define pcp_spin_unlock(ptr)                                            \
217         pcpu_spin_unlock(lock, ptr)
218
219 #define pcp_spin_unlock_irqrestore(ptr, flags)                          \
220         pcpu_spin_unlock_irqrestore(lock, ptr, flags)
221 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
222 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
223 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
224 #endif
225
226 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(vm_numa_stat_key);
227
228 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
229 /*
230  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
231  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
232  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
233  * defined in <linux/topology.h>.
234  */
235 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
236 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
237 #endif
238
239 static DEFINE_MUTEX(pcpu_drain_mutex);
240
241 #ifdef CONFIG_GCC_PLUGIN_LATENT_ENTROPY
242 volatile unsigned long latent_entropy __latent_entropy;
243 EXPORT_SYMBOL(latent_entropy);
244 #endif
245
246 /*
247  * Array of node states.
248  */
249 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
250         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
251         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
252 #ifndef CONFIG_NUMA
253         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
254 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
255         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
256 #endif
257         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
258         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
259 #endif  /* NUMA */
260 };
261 EXPORT_SYMBOL(node_states);
262
263 atomic_long_t _totalram_pages __read_mostly;
264 EXPORT_SYMBOL(_totalram_pages);
265 unsigned long totalreserve_pages __read_mostly;
266 unsigned long totalcma_pages __read_mostly;
267
268 int percpu_pagelist_high_fraction;
269 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
270 DEFINE_STATIC_KEY_MAYBE(CONFIG_INIT_ON_ALLOC_DEFAULT_ON, init_on_alloc);
271 EXPORT_SYMBOL(init_on_alloc);
272
273 DEFINE_STATIC_KEY_MAYBE(CONFIG_INIT_ON_FREE_DEFAULT_ON, init_on_free);
274 EXPORT_SYMBOL(init_on_free);
275
276 static bool _init_on_alloc_enabled_early __read_mostly
277                                 = IS_ENABLED(CONFIG_INIT_ON_ALLOC_DEFAULT_ON);
278 static int __init early_init_on_alloc(char *buf)
279 {
280
281         return kstrtobool(buf, &_init_on_alloc_enabled_early);
282 }
283 early_param("init_on_alloc", early_init_on_alloc);
284
285 static bool _init_on_free_enabled_early __read_mostly
286                                 = IS_ENABLED(CONFIG_INIT_ON_FREE_DEFAULT_ON);
287 static int __init early_init_on_free(char *buf)
288 {
289         return kstrtobool(buf, &_init_on_free_enabled_early);
290 }
291 early_param("init_on_free", early_init_on_free);
292
293 /*
294  * A cached value of the page's pageblock's migratetype, used when the page is
295  * put on a pcplist. Used to avoid the pageblock migratetype lookup when
296  * freeing from pcplists in most cases, at the cost of possibly becoming stale.
297  * Also the migratetype set in the page does not necessarily match the pcplist
298  * index, e.g. page might have MIGRATE_CMA set but be on a pcplist with any
299  * other index - this ensures that it will be put on the correct CMA freelist.
300  */
301 static inline int get_pcppage_migratetype(struct page *page)
302 {
303         return page->index;
304 }
305
306 static inline void set_pcppage_migratetype(struct page *page, int migratetype)
307 {
308         page->index = migratetype;
309 }
310
311 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
312 /*
313  * The following functions are used by the suspend/hibernate code to temporarily
314  * change gfp_allowed_mask in order to avoid using I/O during memory allocations
315  * while devices are suspended.  To avoid races with the suspend/hibernate code,
316  * they should always be called with system_transition_mutex held
317  * (gfp_allowed_mask also should only be modified with system_transition_mutex
318  * held, unless the suspend/hibernate code is guaranteed not to run in parallel
319  * with that modification).
320  */
321
322 static gfp_t saved_gfp_mask;
323
324 void pm_restore_gfp_mask(void)
325 {
326         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
327         if (saved_gfp_mask) {
328                 gfp_allowed_mask = saved_gfp_mask;
329                 saved_gfp_mask = 0;
330         }
331 }
332
333 void pm_restrict_gfp_mask(void)
334 {
335         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
336         WARN_ON(saved_gfp_mask);
337         saved_gfp_mask = gfp_allowed_mask;
338         gfp_allowed_mask &= ~(__GFP_IO | __GFP_FS);
339 }
340
341 bool pm_suspended_storage(void)
342 {
343         if ((gfp_allowed_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
344                 return false;
345         return true;
346 }
347 #endif /* CONFIG_PM_SLEEP */
348
349 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
350 unsigned int pageblock_order __read_mostly;
351 #endif
352
353 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order,
354                             fpi_t fpi_flags);
355
356 /*
357  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
358  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
359  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
360  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
361  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
362  *      HIGHMEM allocation will leave (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
363  *
364  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
365  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
366  */
367 int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES] = {
368 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
369         [ZONE_DMA] = 256,
370 #endif
371 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
372         [ZONE_DMA32] = 256,
373 #endif
374         [ZONE_NORMAL] = 32,
375 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
376         [ZONE_HIGHMEM] = 0,
377 #endif
378         [ZONE_MOVABLE] = 0,
379 };
380
381 static char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
382 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
383          "DMA",
384 #endif
385 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
386          "DMA32",
387 #endif
388          "Normal",
389 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
390          "HighMem",
391 #endif
392          "Movable",
393 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
394          "Device",
395 #endif
396 };
397
398 const char * const migratetype_names[MIGRATE_TYPES] = {
399         "Unmovable",
400         "Movable",
401         "Reclaimable",
402         "HighAtomic",
403 #ifdef CONFIG_CMA
404         "CMA",
405 #endif
406 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
407         "Isolate",
408 #endif
409 };
410
411 compound_page_dtor * const compound_page_dtors[NR_COMPOUND_DTORS] = {
412         [NULL_COMPOUND_DTOR] = NULL,
413         [COMPOUND_PAGE_DTOR] = free_compound_page,
414 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
415         [HUGETLB_PAGE_DTOR] = free_huge_page,
416 #endif
417 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
418         [TRANSHUGE_PAGE_DTOR] = free_transhuge_page,
419 #endif
420 };
421
422 int min_free_kbytes = 1024;
423 int user_min_free_kbytes = -1;
424 int watermark_boost_factor __read_mostly = 15000;
425 int watermark_scale_factor = 10;
426
427 static unsigned long nr_kernel_pages __initdata;
428 static unsigned long nr_all_pages __initdata;
429 static unsigned long dma_reserve __initdata;
430
431 static unsigned long arch_zone_lowest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __initdata;
432 static unsigned long arch_zone_highest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __initdata;
433 static unsigned long required_kernelcore __initdata;
434 static unsigned long required_kernelcore_percent __initdata;
435 static unsigned long required_movablecore __initdata;
436 static unsigned long required_movablecore_percent __initdata;
437 static unsigned long zone_movable_pfn[MAX_NUMNODES] __initdata;
438 bool mirrored_kernelcore __initdata_memblock;
439
440 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
441 int movable_zone;
442 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
443
444 #if MAX_NUMNODES > 1
445 unsigned int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
446 unsigned int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
447 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
448 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
449 #endif
450
451 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
452
453 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
454 /*
455  * During boot we initialize deferred pages on-demand, as needed, but once
456  * page_alloc_init_late() has finished, the deferred pages are all initialized,
457  * and we can permanently disable that path.
458  */
459 static DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(deferred_pages);
460
461 static inline bool deferred_pages_enabled(void)
462 {
463         return static_branch_unlikely(&deferred_pages);
464 }
465
466 /* Returns true if the struct page for the pfn is uninitialised */
467 static inline bool __meminit early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
468 {
469         int nid = early_pfn_to_nid(pfn);
470
471         if (node_online(nid) && pfn >= NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn)
472                 return true;
473
474         return false;
475 }
476
477 /*
478  * Returns true when the remaining initialisation should be deferred until
479  * later in the boot cycle when it can be parallelised.
480  */
481 static bool __meminit
482 defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
483 {
484         static unsigned long prev_end_pfn, nr_initialised;
485
486         if (early_page_ext_enabled())
487                 return false;
488         /*
489          * prev_end_pfn static that contains the end of previous zone
490          * No need to protect because called very early in boot before smp_init.
491          */
492         if (prev_end_pfn != end_pfn) {
493                 prev_end_pfn = end_pfn;
494                 nr_initialised = 0;
495         }
496
497         /* Always populate low zones for address-constrained allocations */
498         if (end_pfn < pgdat_end_pfn(NODE_DATA(nid)))
499                 return false;
500
501         if (NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn != ULONG_MAX)
502                 return true;
503         /*
504          * We start only with one section of pages, more pages are added as
505          * needed until the rest of deferred pages are initialized.
506          */
507         nr_initialised++;
508         if ((nr_initialised > PAGES_PER_SECTION) &&
509             (pfn & (PAGES_PER_SECTION - 1)) == 0) {
510                 NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn = pfn;
511                 return true;
512         }
513         return false;
514 }
515 #else
516 static inline bool deferred_pages_enabled(void)
517 {
518         return false;
519 }
520
521 static inline bool early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
522 {
523         return false;
524 }
525
526 static inline bool defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
527 {
528         return false;
529 }
530 #endif
531
532 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
533 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(const struct page *page,
534                                                         unsigned long pfn)
535 {
536 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
537         return section_to_usemap(__pfn_to_section(pfn));
538 #else
539         return page_zone(page)->pageblock_flags;
540 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
541 }
542
543 static inline int pfn_to_bitidx(const struct page *page, unsigned long pfn)
544 {
545 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
546         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
547 #else
548         pfn = pfn - pageblock_start_pfn(page_zone(page)->zone_start_pfn);
549 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
550         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
551 }
552
553 static __always_inline
554 unsigned long __get_pfnblock_flags_mask(const struct page *page,
555                                         unsigned long pfn,
556                                         unsigned long mask)
557 {
558         unsigned long *bitmap;
559         unsigned long bitidx, word_bitidx;
560         unsigned long word;
561
562         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
563         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
564         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
565         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
566         /*
567          * This races, without locks, with set_pfnblock_flags_mask(). Ensure
568          * a consistent read of the memory array, so that results, even though
569          * racy, are not corrupted.
570          */
571         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
572         return (word >> bitidx) & mask;
573 }
574
575 /**
576  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
577  * @page: The page within the block of interest
578  * @pfn: The target page frame number
579  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
580  *
581  * Return: pageblock_bits flags
582  */
583 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(const struct page *page,
584                                         unsigned long pfn, unsigned long mask)
585 {
586         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, mask);
587 }
588
589 static __always_inline int get_pfnblock_migratetype(const struct page *page,
590                                         unsigned long pfn)
591 {
592         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, MIGRATETYPE_MASK);
593 }
594
595 /**
596  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
597  * @page: The page within the block of interest
598  * @flags: The flags to set
599  * @pfn: The target page frame number
600  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
601  */
602 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
603                                         unsigned long pfn,
604                                         unsigned long mask)
605 {
606         unsigned long *bitmap;
607         unsigned long bitidx, word_bitidx;
608         unsigned long word;
609
610         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
611         BUILD_BUG_ON(MIGRATE_TYPES > (1 << PB_migratetype_bits));
612
613         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
614         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
615         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
616         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
617
618         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(page_zone(page), pfn), page);
619
620         mask <<= bitidx;
621         flags <<= bitidx;
622
623         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
624         do {
625         } while (!try_cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], &word, (word & ~mask) | flags));
626 }
627
628 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
629 {
630         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
631                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
632                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
633
634         set_pfnblock_flags_mask(page, (unsigned long)migratetype,
635                                 page_to_pfn(page), MIGRATETYPE_MASK);
636 }
637
638 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
639 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
640 {
641         int ret = 0;
642         unsigned seq;
643         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
644         unsigned long sp, start_pfn;
645
646         do {
647                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
648                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
649                 sp = zone->spanned_pages;
650                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
651                         ret = 1;
652         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
653
654         if (ret)
655                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
656                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
657                         start_pfn, start_pfn + sp);
658
659         return ret;
660 }
661
662 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
663 {
664         if (zone != page_zone(page))
665                 return 0;
666
667         return 1;
668 }
669 /*
670  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
671  */
672 static int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
673 {
674         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
675                 return 1;
676         if (!page_is_consistent(zone, page))
677                 return 1;
678
679         return 0;
680 }
681 #else
682 static inline int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
683 {
684         return 0;
685 }
686 #endif
687
688 static void bad_page(struct page *page, const char *reason)
689 {
690         static unsigned long resume;
691         static unsigned long nr_shown;
692         static unsigned long nr_unshown;
693
694         /*
695          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
696          * or allow a steady drip of one report per second.
697          */
698         if (nr_shown == 60) {
699                 if (time_before(jiffies, resume)) {
700                         nr_unshown++;
701                         goto out;
702                 }
703                 if (nr_unshown) {
704                         pr_alert(
705                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
706                                 nr_unshown);
707                         nr_unshown = 0;
708                 }
709                 nr_shown = 0;
710         }
711         if (nr_shown++ == 0)
712                 resume = jiffies + 60 * HZ;
713
714         pr_alert("BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
715                 current->comm, page_to_pfn(page));
716         dump_page(page, reason);
717
718         print_modules();
719         dump_stack();
720 out:
721         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
722         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
723         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
724 }
725
726 static inline unsigned int order_to_pindex(int migratetype, int order)
727 {
728         int base = order;
729
730 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
731         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) {
732                 VM_BUG_ON(order != pageblock_order);
733                 return NR_LOWORDER_PCP_LISTS;
734         }
735 #else
736         VM_BUG_ON(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
737 #endif
738
739         return (MIGRATE_PCPTYPES * base) + migratetype;
740 }
741
742 static inline int pindex_to_order(unsigned int pindex)
743 {
744         int order = pindex / MIGRATE_PCPTYPES;
745
746 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
747         if (pindex == NR_LOWORDER_PCP_LISTS)
748                 order = pageblock_order;
749 #else
750         VM_BUG_ON(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
751 #endif
752
753         return order;
754 }
755
756 static inline bool pcp_allowed_order(unsigned int order)
757 {
758         if (order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
759                 return true;
760 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
761         if (order == pageblock_order)
762                 return true;
763 #endif
764         return false;
765 }
766
767 static inline void free_the_page(struct page *page, unsigned int order)
768 {
769         if (pcp_allowed_order(order))           /* Via pcp? */
770                 free_unref_page(page, order);
771         else
772                 __free_pages_ok(page, order, FPI_NONE);
773 }
774
775 /*
776  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
777  *
778  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page" and have PG_head set.
779  *
780  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages". PageTail() is encoded
781  * in bit 0 of page->compound_head. The rest of bits is pointer to head page.
782  *
783  * The first tail page's ->compound_dtor holds the offset in array of compound
784  * page destructors. See compound_page_dtors.
785  *
786  * The first tail page's ->compound_order holds the order of allocation.
787  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
788  */
789
790 void free_compound_page(struct page *page)
791 {
792         mem_cgroup_uncharge(page_folio(page));
793         free_the_page(page, compound_order(page));
794 }
795
796 static void prep_compound_head(struct page *page, unsigned int order)
797 {
798         set_compound_page_dtor(page, COMPOUND_PAGE_DTOR);
799         set_compound_order(page, order);
800         atomic_set(compound_mapcount_ptr(page), -1);
801         atomic_set(compound_pincount_ptr(page), 0);
802 }
803
804 static void prep_compound_tail(struct page *head, int tail_idx)
805 {
806         struct page *p = head + tail_idx;
807
808         p->mapping = TAIL_MAPPING;
809         set_compound_head(p, head);
810         set_page_private(p, 0);
811 }
812
813 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned int order)
814 {
815         int i;
816         int nr_pages = 1 << order;
817
818         __SetPageHead(page);
819         for (i = 1; i < nr_pages; i++)
820                 prep_compound_tail(page, i);
821
822         prep_compound_head(page, order);
823 }
824
825 void destroy_large_folio(struct folio *folio)
826 {
827         enum compound_dtor_id dtor = folio_page(folio, 1)->compound_dtor;
828
829         VM_BUG_ON_FOLIO(dtor >= NR_COMPOUND_DTORS, folio);
830         compound_page_dtors[dtor](&folio->page);
831 }
832
833 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
834 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
835
836 bool _debug_pagealloc_enabled_early __read_mostly
837                         = IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC_ENABLE_DEFAULT);
838 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled_early);
839 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(_debug_pagealloc_enabled);
840 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled);
841
842 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(_debug_guardpage_enabled);
843
844 static int __init early_debug_pagealloc(char *buf)
845 {
846         return kstrtobool(buf, &_debug_pagealloc_enabled_early);
847 }
848 early_param("debug_pagealloc", early_debug_pagealloc);
849
850 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
851 {
852         unsigned long res;
853
854         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
855                 pr_err("Bad debug_guardpage_minorder value\n");
856                 return 0;
857         }
858         _debug_guardpage_minorder = res;
859         pr_info("Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
860         return 0;
861 }
862 early_param("debug_guardpage_minorder", debug_guardpage_minorder_setup);
863
864 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
865                                 unsigned int order, int migratetype)
866 {
867         if (!debug_guardpage_enabled())
868                 return false;
869
870         if (order >= debug_guardpage_minorder())
871                 return false;
872
873         __SetPageGuard(page);
874         INIT_LIST_HEAD(&page->buddy_list);
875         set_page_private(page, order);
876         /* Guard pages are not available for any usage */
877         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
878                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order), migratetype);
879
880         return true;
881 }
882
883 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
884                                 unsigned int order, int migratetype)
885 {
886         if (!debug_guardpage_enabled())
887                 return;
888
889         __ClearPageGuard(page);
890
891         set_page_private(page, 0);
892         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
893                 __mod_zone_freepage_state(zone, (1 << order), migratetype);
894 }
895 #else
896 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
897                         unsigned int order, int migratetype) { return false; }
898 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
899                                 unsigned int order, int migratetype) {}
900 #endif
901
902 /*
903  * Enable static keys related to various memory debugging and hardening options.
904  * Some override others, and depend on early params that are evaluated in the
905  * order of appearance. So we need to first gather the full picture of what was
906  * enabled, and then make decisions.
907  */
908 void __init init_mem_debugging_and_hardening(void)
909 {
910         bool page_poisoning_requested = false;
911
912 #ifdef CONFIG_PAGE_POISONING
913         /*
914          * Page poisoning is debug page alloc for some arches. If
915          * either of those options are enabled, enable poisoning.
916          */
917         if (page_poisoning_enabled() ||
918              (!IS_ENABLED(CONFIG_ARCH_SUPPORTS_DEBUG_PAGEALLOC) &&
919               debug_pagealloc_enabled())) {
920                 static_branch_enable(&_page_poisoning_enabled);
921                 page_poisoning_requested = true;
922         }
923 #endif
924
925         if ((_init_on_alloc_enabled_early || _init_on_free_enabled_early) &&
926             page_poisoning_requested) {
927                 pr_info("mem auto-init: CONFIG_PAGE_POISONING is on, "
928                         "will take precedence over init_on_alloc and init_on_free\n");
929                 _init_on_alloc_enabled_early = false;
930                 _init_on_free_enabled_early = false;
931         }
932
933         if (_init_on_alloc_enabled_early)
934                 static_branch_enable(&init_on_alloc);
935         else
936                 static_branch_disable(&init_on_alloc);
937
938         if (_init_on_free_enabled_early)
939                 static_branch_enable(&init_on_free);
940         else
941                 static_branch_disable(&init_on_free);
942
943         if (IS_ENABLED(CONFIG_KMSAN) &&
944             (_init_on_alloc_enabled_early || _init_on_free_enabled_early))
945                 pr_info("mem auto-init: please make sure init_on_alloc and init_on_free are disabled when running KMSAN\n");
946
947 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
948         if (!debug_pagealloc_enabled())
949                 return;
950
951         static_branch_enable(&_debug_pagealloc_enabled);
952
953         if (!debug_guardpage_minorder())
954                 return;
955
956         static_branch_enable(&_debug_guardpage_enabled);
957 #endif
958 }
959
960 static inline void set_buddy_order(struct page *page, unsigned int order)
961 {
962         set_page_private(page, order);
963         __SetPageBuddy(page);
964 }
965
966 #ifdef CONFIG_COMPACTION
967 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
968 {
969         struct capture_control *capc = current->capture_control;
970
971         return unlikely(capc) &&
972                 !(current->flags & PF_KTHREAD) &&
973                 !capc->page &&
974                 capc->cc->zone == zone ? capc : NULL;
975 }
976
977 static inline bool
978 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
979                    int order, int migratetype)
980 {
981         if (!capc || order != capc->cc->order)
982                 return false;
983
984         /* Do not accidentally pollute CMA or isolated regions*/
985         if (is_migrate_cma(migratetype) ||
986             is_migrate_isolate(migratetype))
987                 return false;
988
989         /*
990          * Do not let lower order allocations pollute a movable pageblock.
991          * This might let an unmovable request use a reclaimable pageblock
992          * and vice-versa but no more than normal fallback logic which can
993          * have trouble finding a high-order free page.
994          */
995         if (order < pageblock_order && migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
996                 return false;
997
998         capc->page = page;
999         return true;
1000 }
1001
1002 #else
1003 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
1004 {
1005         return NULL;
1006 }
1007
1008 static inline bool
1009 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
1010                    int order, int migratetype)
1011 {
1012         return false;
1013 }
1014 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
1015
1016 /* Used for pages not on another list */
1017 static inline void add_to_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
1018                                     unsigned int order, int migratetype)
1019 {
1020         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
1021
1022         list_add(&page->buddy_list, &area->free_list[migratetype]);
1023         area->nr_free++;
1024 }
1025
1026 /* Used for pages not on another list */
1027 static inline void add_to_free_list_tail(struct page *page, struct zone *zone,
1028                                          unsigned int order, int migratetype)
1029 {
1030         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
1031
1032         list_add_tail(&page->buddy_list, &area->free_list[migratetype]);
1033         area->nr_free++;
1034 }
1035
1036 /*
1037  * Used for pages which are on another list. Move the pages to the tail
1038  * of the list - so the moved pages won't immediately be considered for
1039  * allocation again (e.g., optimization for memory onlining).
1040  */
1041 static inline void move_to_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
1042                                      unsigned int order, int migratetype)
1043 {
1044         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
1045
1046         list_move_tail(&page->buddy_list, &area->free_list[migratetype]);
1047 }
1048
1049 static inline void del_page_from_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
1050                                            unsigned int order)
1051 {
1052         /* clear reported state and update reported page count */
1053         if (page_reported(page))
1054                 __ClearPageReported(page);
1055
1056         list_del(&page->buddy_list);
1057         __ClearPageBuddy(page);
1058         set_page_private(page, 0);
1059         zone->free_area[order].nr_free--;
1060 }
1061
1062 /*
1063  * If this is not the largest possible page, check if the buddy
1064  * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
1065  * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
1066  * that is happening, add the free page to the tail of the list
1067  * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
1068  * as a higher order page
1069  */
1070 static inline bool
1071 buddy_merge_likely(unsigned long pfn, unsigned long buddy_pfn,
1072                    struct page *page, unsigned int order)
1073 {
1074         unsigned long higher_page_pfn;
1075         struct page *higher_page;
1076
1077         if (order >= MAX_ORDER - 2)
1078                 return false;
1079
1080         higher_page_pfn = buddy_pfn & pfn;
1081         higher_page = page + (higher_page_pfn - pfn);
1082
1083         return find_buddy_page_pfn(higher_page, higher_page_pfn, order + 1,
1084                         NULL) != NULL;
1085 }
1086
1087 /*
1088  * Freeing function for a buddy system allocator.
1089  *
1090  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
1091  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
1092  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
1093  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
1094  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
1095  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
1096  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
1097  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
1098  * parts of the VM system.
1099  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
1100  * free pages of length of (1 << order) and marked with PageBuddy.
1101  * Page's order is recorded in page_private(page) field.
1102  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
1103  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
1104  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
1105  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
1106  * triggers coalescing into a block of larger size.
1107  *
1108  * -- nyc
1109  */
1110
1111 static inline void __free_one_page(struct page *page,
1112                 unsigned long pfn,
1113                 struct zone *zone, unsigned int order,
1114                 int migratetype, fpi_t fpi_flags)
1115 {
1116         struct capture_control *capc = task_capc(zone);
1117         unsigned long buddy_pfn = 0;
1118         unsigned long combined_pfn;
1119         struct page *buddy;
1120         bool to_tail;
1121
1122         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
1123         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
1124
1125         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
1126         if (likely(!is_migrate_isolate(migratetype)))
1127                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
1128
1129         VM_BUG_ON_PAGE(pfn & ((1 << order) - 1), page);
1130         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
1131
1132         while (order < MAX_ORDER - 1) {
1133                 if (compaction_capture(capc, page, order, migratetype)) {
1134                         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
1135                                                                 migratetype);
1136                         return;
1137                 }
1138
1139                 buddy = find_buddy_page_pfn(page, pfn, order, &buddy_pfn);
1140                 if (!buddy)
1141                         goto done_merging;
1142
1143                 if (unlikely(order >= pageblock_order)) {
1144                         /*
1145                          * We want to prevent merge between freepages on pageblock
1146                          * without fallbacks and normal pageblock. Without this,
1147                          * pageblock isolation could cause incorrect freepage or CMA
1148                          * accounting or HIGHATOMIC accounting.
1149                          */
1150                         int buddy_mt = get_pageblock_migratetype(buddy);
1151
1152                         if (migratetype != buddy_mt
1153                                         && (!migratetype_is_mergeable(migratetype) ||
1154                                                 !migratetype_is_mergeable(buddy_mt)))
1155                                 goto done_merging;
1156                 }
1157
1158                 /*
1159                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
1160                  * merge with it and move up one order.
1161                  */
1162                 if (page_is_guard(buddy))
1163                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
1164                 else
1165                         del_page_from_free_list(buddy, zone, order);
1166                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
1167                 page = page + (combined_pfn - pfn);
1168                 pfn = combined_pfn;
1169                 order++;
1170         }
1171
1172 done_merging:
1173         set_buddy_order(page, order);
1174
1175         if (fpi_flags & FPI_TO_TAIL)
1176                 to_tail = true;
1177         else if (is_shuffle_order(order))
1178                 to_tail = shuffle_pick_tail();
1179         else
1180                 to_tail = buddy_merge_likely(pfn, buddy_pfn, page, order);
1181
1182         if (to_tail)
1183                 add_to_free_list_tail(page, zone, order, migratetype);
1184         else
1185                 add_to_free_list(page, zone, order, migratetype);
1186
1187         /* Notify page reporting subsystem of freed page */
1188         if (!(fpi_flags & FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY))
1189                 page_reporting_notify_free(order);
1190 }
1191
1192 /**
1193  * split_free_page() -- split a free page at split_pfn_offset
1194  * @free_page:          the original free page
1195  * @order:              the order of the page
1196  * @split_pfn_offset:   split offset within the page
1197  *
1198  * Return -ENOENT if the free page is changed, otherwise 0
1199  *
1200  * It is used when the free page crosses two pageblocks with different migratetypes
1201  * at split_pfn_offset within the page. The split free page will be put into
1202  * separate migratetype lists afterwards. Otherwise, the function achieves
1203  * nothing.
1204  */
1205 int split_free_page(struct page *free_page,
1206                         unsigned int order, unsigned long split_pfn_offset)
1207 {
1208         struct zone *zone = page_zone(free_page);
1209         unsigned long free_page_pfn = page_to_pfn(free_page);
1210         unsigned long pfn;
1211         unsigned long flags;
1212         int free_page_order;
1213         int mt;
1214         int ret = 0;
1215
1216         if (split_pfn_offset == 0)
1217                 return ret;
1218
1219         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1220
1221         if (!PageBuddy(free_page) || buddy_order(free_page) != order) {
1222                 ret = -ENOENT;
1223                 goto out;
1224         }
1225
1226         mt = get_pageblock_migratetype(free_page);
1227         if (likely(!is_migrate_isolate(mt)))
1228                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
1229
1230         del_page_from_free_list(free_page, zone, order);
1231         for (pfn = free_page_pfn;
1232              pfn < free_page_pfn + (1UL << order);) {
1233                 int mt = get_pfnblock_migratetype(pfn_to_page(pfn), pfn);
1234
1235                 free_page_order = min_t(unsigned int,
1236                                         pfn ? __ffs(pfn) : order,
1237                                         __fls(split_pfn_offset));
1238                 __free_one_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zone, free_page_order,
1239                                 mt, FPI_NONE);
1240                 pfn += 1UL << free_page_order;
1241                 split_pfn_offset -= (1UL << free_page_order);
1242                 /* we have done the first part, now switch to second part */
1243                 if (split_pfn_offset == 0)
1244                         split_pfn_offset = (1UL << order) - (pfn - free_page_pfn);
1245         }
1246 out:
1247         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1248         return ret;
1249 }
1250 /*
1251  * A bad page could be due to a number of fields. Instead of multiple branches,
1252  * try and check multiple fields with one check. The caller must do a detailed
1253  * check if necessary.
1254  */
1255 static inline bool page_expected_state(struct page *page,
1256                                         unsigned long check_flags)
1257 {
1258         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1259                 return false;
1260
1261         if (unlikely((unsigned long)page->mapping |
1262                         page_ref_count(page) |
1263 #ifdef CONFIG_MEMCG
1264                         page->memcg_data |
1265 #endif
1266                         (page->flags & check_flags)))
1267                 return false;
1268
1269         return true;
1270 }
1271
1272 static const char *page_bad_reason(struct page *page, unsigned long flags)
1273 {
1274         const char *bad_reason = NULL;
1275
1276         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1277                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1278         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1279                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1280         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
1281                 bad_reason = "nonzero _refcount";
1282         if (unlikely(page->flags & flags)) {
1283                 if (flags == PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)
1284                         bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag(s) set";
1285                 else
1286                         bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
1287         }
1288 #ifdef CONFIG_MEMCG
1289         if (unlikely(page->memcg_data))
1290                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
1291 #endif
1292         return bad_reason;
1293 }
1294
1295 static void free_page_is_bad_report(struct page *page)
1296 {
1297         bad_page(page,
1298                  page_bad_reason(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE));
1299 }
1300
1301 static inline bool free_page_is_bad(struct page *page)
1302 {
1303         if (likely(page_expected_state(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)))
1304                 return false;
1305
1306         /* Something has gone sideways, find it */
1307         free_page_is_bad_report(page);
1308         return true;
1309 }
1310
1311 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
1312 {
1313         int ret = 1;
1314
1315         /*
1316          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
1317          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
1318          */
1319         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
1320
1321         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM)) {
1322                 ret = 0;
1323                 goto out;
1324         }
1325         switch (page - head_page) {
1326         case 1:
1327                 /* the first tail page: ->mapping may be compound_mapcount() */
1328                 if (unlikely(compound_mapcount(page))) {
1329                         bad_page(page, "nonzero compound_mapcount");
1330                         goto out;
1331                 }
1332                 break;
1333         case 2:
1334                 /*
1335                  * the second tail page: ->mapping is
1336                  * deferred_list.next -- ignore value.
1337                  */
1338                 break;
1339         default:
1340                 if (page->mapping != TAIL_MAPPING) {
1341                         bad_page(page, "corrupted mapping in tail page");
1342                         goto out;
1343                 }
1344                 break;
1345         }
1346         if (unlikely(!PageTail(page))) {
1347                 bad_page(page, "PageTail not set");
1348                 goto out;
1349         }
1350         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
1351                 bad_page(page, "compound_head not consistent");
1352                 goto out;
1353         }
1354         ret = 0;
1355 out:
1356         page->mapping = NULL;
1357         clear_compound_head(page);
1358         return ret;
1359 }
1360
1361 /*
1362  * Skip KASAN memory poisoning when either:
1363  *
1364  * 1. Deferred memory initialization has not yet completed,
1365  *    see the explanation below.
1366  * 2. Skipping poisoning is requested via FPI_SKIP_KASAN_POISON,
1367  *    see the comment next to it.
1368  * 3. Skipping poisoning is requested via __GFP_SKIP_KASAN_POISON,
1369  *    see the comment next to it.
1370  *
1371  * Poisoning pages during deferred memory init will greatly lengthen the
1372  * process and cause problem in large memory systems as the deferred pages
1373  * initialization is done with interrupt disabled.
1374  *
1375  * Assuming that there will be no reference to those newly initialized
1376  * pages before they are ever allocated, this should have no effect on
1377  * KASAN memory tracking as the poison will be properly inserted at page
1378  * allocation time. The only corner case is when pages are allocated by
1379  * on-demand allocation and then freed again before the deferred pages
1380  * initialization is done, but this is not likely to happen.
1381  */
1382 static inline bool should_skip_kasan_poison(struct page *page, fpi_t fpi_flags)
1383 {
1384         return deferred_pages_enabled() ||
1385                (!IS_ENABLED(CONFIG_KASAN_GENERIC) &&
1386                 (fpi_flags & FPI_SKIP_KASAN_POISON)) ||
1387                PageSkipKASanPoison(page);
1388 }
1389
1390 static void kernel_init_pages(struct page *page, int numpages)
1391 {
1392         int i;
1393
1394         /* s390's use of memset() could override KASAN redzones. */
1395         kasan_disable_current();
1396         for (i = 0; i < numpages; i++)
1397                 clear_highpage_kasan_tagged(page + i);
1398         kasan_enable_current();
1399 }
1400
1401 static __always_inline bool free_pages_prepare(struct page *page,
1402                         unsigned int order, bool check_free, fpi_t fpi_flags)
1403 {
1404         int bad = 0;
1405         bool init = want_init_on_free();
1406
1407         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
1408
1409         trace_mm_page_free(page, order);
1410         kmsan_free_page(page, order);
1411
1412         if (unlikely(PageHWPoison(page)) && !order) {
1413                 /*
1414                  * Do not let hwpoison pages hit pcplists/buddy
1415                  * Untie memcg state and reset page's owner
1416                  */
1417                 if (memcg_kmem_enabled() && PageMemcgKmem(page))
1418                         __memcg_kmem_uncharge_page(page, order);
1419                 reset_page_owner(page, order);
1420                 page_table_check_free(page, order);
1421                 return false;
1422         }
1423
1424         /*
1425          * Check tail pages before head page information is cleared to
1426          * avoid checking PageCompound for order-0 pages.
1427          */
1428         if (unlikely(order)) {
1429                 bool compound = PageCompound(page);
1430                 int i;
1431
1432                 VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
1433
1434                 if (compound) {
1435                         ClearPageDoubleMap(page);
1436                         ClearPageHasHWPoisoned(page);
1437                 }
1438                 for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1439                         if (compound)
1440                                 bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
1441                         if (unlikely(free_page_is_bad(page + i))) {
1442                                 bad++;
1443                                 continue;
1444                         }
1445                         (page + i)->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1446                 }
1447         }
1448         if (PageMappingFlags(page))
1449                 page->mapping = NULL;
1450         if (memcg_kmem_enabled() && PageMemcgKmem(page))
1451                 __memcg_kmem_uncharge_page(page, order);
1452         if (check_free && free_page_is_bad(page))
1453                 bad++;
1454         if (bad)
1455                 return false;
1456
1457         page_cpupid_reset_last(page);
1458         page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1459         reset_page_owner(page, order);
1460         page_table_check_free(page, order);
1461
1462         if (!PageHighMem(page)) {
1463                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1464                                            PAGE_SIZE << order);
1465                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1466                                            PAGE_SIZE << order);
1467         }
1468
1469         kernel_poison_pages(page, 1 << order);
1470
1471         /*
1472          * As memory initialization might be integrated into KASAN,
1473          * KASAN poisoning and memory initialization code must be
1474          * kept together to avoid discrepancies in behavior.
1475          *
1476          * With hardware tag-based KASAN, memory tags must be set before the
1477          * page becomes unavailable via debug_pagealloc or arch_free_page.
1478          */
1479         if (!should_skip_kasan_poison(page, fpi_flags)) {
1480                 kasan_poison_pages(page, order, init);
1481
1482                 /* Memory is already initialized if KASAN did it internally. */
1483                 if (kasan_has_integrated_init())
1484                         init = false;
1485         }
1486         if (init)
1487                 kernel_init_pages(page, 1 << order);
1488
1489         /*
1490          * arch_free_page() can make the page's contents inaccessible.  s390
1491          * does this.  So nothing which can access the page's contents should
1492          * happen after this.
1493          */
1494         arch_free_page(page, order);
1495
1496         debug_pagealloc_unmap_pages(page, 1 << order);
1497
1498         return true;
1499 }
1500
1501 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1502 /*
1503  * With DEBUG_VM enabled, order-0 pages are checked immediately when being freed
1504  * to pcp lists. With debug_pagealloc also enabled, they are also rechecked when
1505  * moved from pcp lists to free lists.
1506  */
1507 static bool free_pcp_prepare(struct page *page, unsigned int order)
1508 {
1509         return free_pages_prepare(page, order, true, FPI_NONE);
1510 }
1511
1512 /* return true if this page has an inappropriate state */
1513 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1514 {
1515         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1516                 return free_page_is_bad(page);
1517         else
1518                 return false;
1519 }
1520 #else
1521 /*
1522  * With DEBUG_VM disabled, order-0 pages being freed are checked only when
1523  * moving from pcp lists to free list in order to reduce overhead. With
1524  * debug_pagealloc enabled, they are checked also immediately when being freed
1525  * to the pcp lists.
1526  */
1527 static bool free_pcp_prepare(struct page *page, unsigned int order)
1528 {
1529         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1530                 return free_pages_prepare(page, order, true, FPI_NONE);
1531         else
1532                 return free_pages_prepare(page, order, false, FPI_NONE);
1533 }
1534
1535 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1536 {
1537         return free_page_is_bad(page);
1538 }
1539 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1540
1541 /*
1542  * Frees a number of pages from the PCP lists
1543  * Assumes all pages on list are in same zone.
1544  * count is the number of pages to free.
1545  */
1546 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
1547                                         struct per_cpu_pages *pcp,
1548                                         int pindex)
1549 {
1550         int min_pindex = 0;
1551         int max_pindex = NR_PCP_LISTS - 1;
1552         unsigned int order;
1553         bool isolated_pageblocks;
1554         struct page *page;
1555
1556         /*
1557          * Ensure proper count is passed which otherwise would stuck in the
1558          * below while (list_empty(list)) loop.
1559          */
1560         count = min(pcp->count, count);
1561
1562         /* Ensure requested pindex is drained first. */
1563         pindex = pindex - 1;
1564
1565         /* Caller must hold IRQ-safe pcp->lock so IRQs are disabled. */
1566         spin_lock(&zone->lock);
1567         isolated_pageblocks = has_isolate_pageblock(zone);
1568
1569         while (count > 0) {
1570                 struct list_head *list;
1571                 int nr_pages;
1572
1573                 /* Remove pages from lists in a round-robin fashion. */
1574                 do {
1575                         if (++pindex > max_pindex)
1576                                 pindex = min_pindex;
1577                         list = &pcp->lists[pindex];
1578                         if (!list_empty(list))
1579                                 break;
1580
1581                         if (pindex == max_pindex)
1582                                 max_pindex--;
1583                         if (pindex == min_pindex)
1584                                 min_pindex++;
1585                 } while (1);
1586
1587                 order = pindex_to_order(pindex);
1588                 nr_pages = 1 << order;
1589                 do {
1590                         int mt;
1591
1592                         page = list_last_entry(list, struct page, pcp_list);
1593                         mt = get_pcppage_migratetype(page);
1594
1595                         /* must delete to avoid corrupting pcp list */
1596                         list_del(&page->pcp_list);
1597                         count -= nr_pages;
1598                         pcp->count -= nr_pages;
1599
1600                         if (bulkfree_pcp_prepare(page))
1601                                 continue;
1602
1603                         /* MIGRATE_ISOLATE page should not go to pcplists */
1604                         VM_BUG_ON_PAGE(is_migrate_isolate(mt), page);
1605                         /* Pageblock could have been isolated meanwhile */
1606                         if (unlikely(isolated_pageblocks))
1607                                 mt = get_pageblock_migratetype(page);
1608
1609                         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, order, mt, FPI_NONE);
1610                         trace_mm_page_pcpu_drain(page, order, mt);
1611                 } while (count > 0 && !list_empty(list));
1612         }
1613
1614         spin_unlock(&zone->lock);
1615 }
1616
1617 static void free_one_page(struct zone *zone,
1618                                 struct page *page, unsigned long pfn,
1619                                 unsigned int order,
1620                                 int migratetype, fpi_t fpi_flags)
1621 {
1622         unsigned long flags;
1623
1624         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1625         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1626                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1627                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1628         }
1629         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype, fpi_flags);
1630         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1631 }
1632
1633 static void __meminit __init_single_page(struct page *page, unsigned long pfn,
1634                                 unsigned long zone, int nid)
1635 {
1636         mm_zero_struct_page(page);
1637         set_page_links(page, zone, nid, pfn);
1638         init_page_count(page);
1639         page_mapcount_reset(page);
1640         page_cpupid_reset_last(page);
1641         page_kasan_tag_reset(page);
1642
1643         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1644 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
1645         /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
1646         if (!is_highmem_idx(zone))
1647                 set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
1648 #endif
1649 }
1650
1651 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1652 static void __meminit init_reserved_page(unsigned long pfn)
1653 {
1654         pg_data_t *pgdat;
1655         int nid, zid;
1656
1657         if (!early_page_uninitialised(pfn))
1658                 return;
1659
1660         nid = early_pfn_to_nid(pfn);
1661         pgdat = NODE_DATA(nid);
1662
1663         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1664                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zid];
1665
1666                 if (zone_spans_pfn(zone, pfn))
1667                         break;
1668         }
1669         __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zid, nid);
1670 }
1671 #else
1672 static inline void init_reserved_page(unsigned long pfn)
1673 {
1674 }
1675 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1676
1677 /*
1678  * Initialised pages do not have PageReserved set. This function is
1679  * called for each range allocated by the bootmem allocator and
1680  * marks the pages PageReserved. The remaining valid pages are later
1681  * sent to the buddy page allocator.
1682  */
1683 void __meminit reserve_bootmem_region(phys_addr_t start, phys_addr_t end)
1684 {
1685         unsigned long start_pfn = PFN_DOWN(start);
1686         unsigned long end_pfn = PFN_UP(end);
1687
1688         for (; start_pfn < end_pfn; start_pfn++) {
1689                 if (pfn_valid(start_pfn)) {
1690                         struct page *page = pfn_to_page(start_pfn);
1691
1692                         init_reserved_page(start_pfn);
1693
1694                         /* Avoid false-positive PageTail() */
1695                         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1696
1697                         /*
1698                          * no need for atomic set_bit because the struct
1699                          * page is not visible yet so nobody should
1700                          * access it yet.
1701                          */
1702                         __SetPageReserved(page);
1703                 }
1704         }
1705 }
1706
1707 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order,
1708                             fpi_t fpi_flags)
1709 {
1710         unsigned long flags;
1711         int migratetype;
1712         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1713         struct zone *zone = page_zone(page);
1714
1715         if (!free_pages_prepare(page, order, true, fpi_flags))
1716                 return;
1717
1718         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1719
1720         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1721         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1722                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1723                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1724         }
1725         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype, fpi_flags);
1726         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1727
1728         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1729 }
1730
1731 void __free_pages_core(struct page *page, unsigned int order)
1732 {
1733         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1734         struct page *p = page;
1735         unsigned int loop;
1736
1737         /*
1738          * When initializing the memmap, __init_single_page() sets the refcount
1739          * of all pages to 1 ("allocated"/"not free"). We have to set the
1740          * refcount of all involved pages to 0.
1741          */
1742         prefetchw(p);
1743         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1744                 prefetchw(p + 1);
1745                 __ClearPageReserved(p);
1746                 set_page_count(p, 0);
1747         }
1748         __ClearPageReserved(p);
1749         set_page_count(p, 0);
1750
1751         atomic_long_add(nr_pages, &page_zone(page)->managed_pages);
1752
1753         /*
1754          * Bypass PCP and place fresh pages right to the tail, primarily
1755          * relevant for memory onlining.
1756          */
1757         __free_pages_ok(page, order, FPI_TO_TAIL | FPI_SKIP_KASAN_POISON);
1758 }
1759
1760 #ifdef CONFIG_NUMA
1761
1762 /*
1763  * During memory init memblocks map pfns to nids. The search is expensive and
1764  * this caches recent lookups. The implementation of __early_pfn_to_nid
1765  * treats start/end as pfns.
1766  */
1767 struct mminit_pfnnid_cache {
1768         unsigned long last_start;
1769         unsigned long last_end;
1770         int last_nid;
1771 };
1772
1773 static struct mminit_pfnnid_cache early_pfnnid_cache __meminitdata;
1774
1775 /*
1776  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
1777  */
1778 static int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn,
1779                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1780 {
1781         unsigned long start_pfn, end_pfn;
1782         int nid;
1783
1784         if (state->last_start <= pfn && pfn < state->last_end)
1785                 return state->last_nid;
1786
1787         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
1788         if (nid != NUMA_NO_NODE) {
1789                 state->last_start = start_pfn;
1790                 state->last_end = end_pfn;
1791                 state->last_nid = nid;
1792         }
1793
1794         return nid;
1795 }
1796
1797 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
1798 {
1799         static DEFINE_SPINLOCK(early_pfn_lock);
1800         int nid;
1801
1802         spin_lock(&early_pfn_lock);
1803         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1804         if (nid < 0)
1805                 nid = first_online_node;
1806         spin_unlock(&early_pfn_lock);
1807
1808         return nid;
1809 }
1810 #endif /* CONFIG_NUMA */
1811
1812 void __init memblock_free_pages(struct page *page, unsigned long pfn,
1813                                                         unsigned int order)
1814 {
1815         if (early_page_uninitialised(pfn))
1816                 return;
1817         if (!kmsan_memblock_free_pages(page, order)) {
1818                 /* KMSAN will take care of these pages. */
1819                 return;
1820         }
1821         __free_pages_core(page, order);
1822 }
1823
1824 /*
1825  * Check that the whole (or subset of) a pageblock given by the interval of
1826  * [start_pfn, end_pfn) is valid and within the same zone, before scanning it
1827  * with the migration of free compaction scanner.
1828  *
1829  * Return struct page pointer of start_pfn, or NULL if checks were not passed.
1830  *
1831  * It's possible on some configurations to have a setup like node0 node1 node0
1832  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of pages do not
1833  * belong to a single zone. We assume that a border between node0 and node1
1834  * can occur within a single pageblock, but not a node0 node1 node0
1835  * interleaving within a single pageblock. It is therefore sufficient to check
1836  * the first and last page of a pageblock and avoid checking each individual
1837  * page in a pageblock.
1838  */
1839 struct page *__pageblock_pfn_to_page(unsigned long start_pfn,
1840                                      unsigned long end_pfn, struct zone *zone)
1841 {
1842         struct page *start_page;
1843         struct page *end_page;
1844
1845         /* end_pfn is one past the range we are checking */
1846         end_pfn--;
1847
1848         if (!pfn_valid(start_pfn) || !pfn_valid(end_pfn))
1849                 return NULL;
1850
1851         start_page = pfn_to_online_page(start_pfn);
1852         if (!start_page)
1853                 return NULL;
1854
1855         if (page_zone(start_page) != zone)
1856                 return NULL;
1857
1858         end_page = pfn_to_page(end_pfn);
1859
1860         /* This gives a shorter code than deriving page_zone(end_page) */
1861         if (page_zone_id(start_page) != page_zone_id(end_page))
1862                 return NULL;
1863
1864         return start_page;
1865 }
1866
1867 void set_zone_contiguous(struct zone *zone)
1868 {
1869         unsigned long block_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
1870         unsigned long block_end_pfn;
1871
1872         block_end_pfn = pageblock_end_pfn(block_start_pfn);
1873         for (; block_start_pfn < zone_end_pfn(zone);
1874                         block_start_pfn = block_end_pfn,
1875                          block_end_pfn += pageblock_nr_pages) {
1876
1877                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, zone_end_pfn(zone));
1878
1879                 if (!__pageblock_pfn_to_page(block_start_pfn,
1880                                              block_end_pfn, zone))
1881                         return;
1882                 cond_resched();
1883         }
1884
1885         /* We confirm that there is no hole */
1886         zone->contiguous = true;
1887 }
1888
1889 void clear_zone_contiguous(struct zone *zone)
1890 {
1891         zone->contiguous = false;
1892 }
1893
1894 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1895 static void __init deferred_free_range(unsigned long pfn,
1896                                        unsigned long nr_pages)
1897 {
1898         struct page *page;
1899         unsigned long i;
1900
1901         if (!nr_pages)
1902                 return;
1903
1904         page = pfn_to_page(pfn);
1905
1906         /* Free a large naturally-aligned chunk if possible */
1907         if (nr_pages == pageblock_nr_pages && pageblock_aligned(pfn)) {
1908                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1909                 __free_pages_core(page, pageblock_order);
1910                 return;
1911         }
1912
1913         for (i = 0; i < nr_pages; i++, page++, pfn++) {
1914                 if (pageblock_aligned(pfn))
1915                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1916                 __free_pages_core(page, 0);
1917         }
1918 }
1919
1920 /* Completion tracking for deferred_init_memmap() threads */
1921 static atomic_t pgdat_init_n_undone __initdata;
1922 static __initdata DECLARE_COMPLETION(pgdat_init_all_done_comp);
1923
1924 static inline void __init pgdat_init_report_one_done(void)
1925 {
1926         if (atomic_dec_and_test(&pgdat_init_n_undone))
1927                 complete(&pgdat_init_all_done_comp);
1928 }
1929
1930 /*
1931  * Returns true if page needs to be initialized or freed to buddy allocator.
1932  *
1933  * We check if a current large page is valid by only checking the validity
1934  * of the head pfn.
1935  */
1936 static inline bool __init deferred_pfn_valid(unsigned long pfn)
1937 {
1938         if (pageblock_aligned(pfn) && !pfn_valid(pfn))
1939                 return false;
1940         return true;
1941 }
1942
1943 /*
1944  * Free pages to buddy allocator. Try to free aligned pages in
1945  * pageblock_nr_pages sizes.
1946  */
1947 static void __init deferred_free_pages(unsigned long pfn,
1948                                        unsigned long end_pfn)
1949 {
1950         unsigned long nr_free = 0;
1951
1952         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1953                 if (!deferred_pfn_valid(pfn)) {
1954                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1955                         nr_free = 0;
1956                 } else if (pageblock_aligned(pfn)) {
1957                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1958                         nr_free = 1;
1959                 } else {
1960                         nr_free++;
1961                 }
1962         }
1963         /* Free the last block of pages to allocator */
1964         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1965 }
1966
1967 /*
1968  * Initialize struct pages.  We minimize pfn page lookups and scheduler checks
1969  * by performing it only once every pageblock_nr_pages.
1970  * Return number of pages initialized.
1971  */
1972 static unsigned long  __init deferred_init_pages(struct zone *zone,
1973                                                  unsigned long pfn,
1974                                                  unsigned long end_pfn)
1975 {
1976         int nid = zone_to_nid(zone);
1977         unsigned long nr_pages = 0;
1978         int zid = zone_idx(zone);
1979         struct page *page = NULL;
1980
1981         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1982                 if (!deferred_pfn_valid(pfn)) {
1983                         page = NULL;
1984                         continue;
1985                 } else if (!page || pageblock_aligned(pfn)) {
1986                         page = pfn_to_page(pfn);
1987                 } else {
1988                         page++;
1989                 }
1990                 __init_single_page(page, pfn, zid, nid);
1991                 nr_pages++;
1992         }
1993         return (nr_pages);
1994 }
1995
1996 /*
1997  * This function is meant to pre-load the iterator for the zone init.
1998  * Specifically it walks through the ranges until we are caught up to the
1999  * first_init_pfn value and exits there. If we never encounter the value we
2000  * return false indicating there are no valid ranges left.
2001  */
2002 static bool __init
2003 deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(u64 *i, struct zone *zone,
2004                                     unsigned long *spfn, unsigned long *epfn,
2005                                     unsigned long first_init_pfn)
2006 {
2007         u64 j;
2008
2009         /*
2010          * Start out by walking through the ranges in this zone that have
2011          * already been initialized. We don't need to do anything with them
2012          * so we just need to flush them out of the system.
2013          */
2014         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone(j, zone, spfn, epfn) {
2015                 if (*epfn <= first_init_pfn)
2016                         continue;
2017                 if (*spfn < first_init_pfn)
2018                         *spfn = first_init_pfn;
2019                 *i = j;
2020                 return true;
2021         }
2022
2023         return false;
2024 }
2025
2026 /*
2027  * Initialize and free pages. We do it in two loops: first we initialize
2028  * struct page, then free to buddy allocator, because while we are
2029  * freeing pages we can access pages that are ahead (computing buddy
2030  * page in __free_one_page()).
2031  *
2032  * In order to try and keep some memory in the cache we have the loop
2033  * broken along max page order boundaries. This way we will not cause
2034  * any issues with the buddy page computation.
2035  */
2036 static unsigned long __init
2037 deferred_init_maxorder(u64 *i, struct zone *zone, unsigned long *start_pfn,
2038                        unsigned long *end_pfn)
2039 {
2040         unsigned long mo_pfn = ALIGN(*start_pfn + 1, MAX_ORDER_NR_PAGES);
2041         unsigned long spfn = *start_pfn, epfn = *end_pfn;
2042         unsigned long nr_pages = 0;
2043         u64 j = *i;
2044
2045         /* First we loop through and initialize the page values */
2046         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone_from(j, zone, start_pfn, end_pfn) {
2047                 unsigned long t;
2048
2049                 if (mo_pfn <= *start_pfn)
2050                         break;
2051
2052                 t = min(mo_pfn, *end_pfn);
2053                 nr_pages += deferred_init_pages(zone, *start_pfn, t);
2054
2055                 if (mo_pfn < *end_pfn) {
2056                         *start_pfn = mo_pfn;
2057                         break;
2058                 }
2059         }
2060
2061         /* Reset values and now loop through freeing pages as needed */
2062         swap(j, *i);
2063
2064         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone_from(j, zone, &spfn, &epfn) {
2065                 unsigned long t;
2066
2067                 if (mo_pfn <= spfn)
2068                         break;
2069
2070                 t = min(mo_pfn, epfn);
2071                 deferred_free_pages(spfn, t);
2072
2073                 if (mo_pfn <= epfn)
2074                         break;
2075         }
2076
2077         return nr_pages;
2078 }
2079
2080 static void __init
2081 deferred_init_memmap_chunk(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn,
2082                            void *arg)
2083 {
2084         unsigned long spfn, epfn;
2085         struct zone *zone = arg;
2086         u64 i;
2087
2088         deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn, start_pfn);
2089
2090         /*
2091          * Initialize and free pages in MAX_ORDER sized increments so that we
2092          * can avoid introducing any issues with the buddy allocator.
2093          */
2094         while (spfn < end_pfn) {
2095                 deferred_init_maxorder(&i, zone, &spfn, &epfn);
2096                 cond_resched();
2097         }
2098 }
2099
2100 /* An arch may override for more concurrency. */
2101 __weak int __init
2102 deferred_page_init_max_threads(const struct cpumask *node_cpumask)
2103 {
2104         return 1;
2105 }
2106
2107 /* Initialise remaining memory on a node */
2108 static int __init deferred_init_memmap(void *data)
2109 {
2110         pg_data_t *pgdat = data;
2111         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
2112         unsigned long spfn = 0, epfn = 0;
2113         unsigned long first_init_pfn, flags;
2114         unsigned long start = jiffies;
2115         struct zone *zone;
2116         int zid, max_threads;
2117         u64 i;
2118
2119         /* Bind memory initialisation thread to a local node if possible */
2120         if (!cpumask_empty(cpumask))
2121                 set_cpus_allowed_ptr(current, cpumask);
2122
2123         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
2124         first_init_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
2125         if (first_init_pfn == ULONG_MAX) {
2126                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2127                 pgdat_init_report_one_done();
2128                 return 0;
2129         }
2130
2131         /* Sanity check boundaries */
2132         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn < pgdat->node_start_pfn);
2133         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn > pgdat_end_pfn(pgdat));
2134         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
2135
2136         /*
2137          * Once we unlock here, the zone cannot be grown anymore, thus if an
2138          * interrupt thread must allocate this early in boot, zone must be
2139          * pre-grown prior to start of deferred page initialization.
2140          */
2141         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2142
2143         /* Only the highest zone is deferred so find it */
2144         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
2145                 zone = pgdat->node_zones + zid;
2146                 if (first_init_pfn < zone_end_pfn(zone))
2147                         break;
2148         }
2149
2150         /* If the zone is empty somebody else may have cleared out the zone */
2151         if (!deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
2152                                                  first_init_pfn))
2153                 goto zone_empty;
2154
2155         max_threads = deferred_page_init_max_threads(cpumask);
2156
2157         while (spfn < epfn) {
2158                 unsigned long epfn_align = ALIGN(epfn, PAGES_PER_SECTION);
2159                 struct padata_mt_job job = {
2160                         .thread_fn   = deferred_init_memmap_chunk,
2161                         .fn_arg      = zone,
2162                         .start       = spfn,
2163                         .size        = epfn_align - spfn,
2164                         .align       = PAGES_PER_SECTION,
2165                         .min_chunk   = PAGES_PER_SECTION,
2166                         .max_threads = max_threads,
2167                 };
2168
2169                 padata_do_multithreaded(&job);
2170                 deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
2171                                                     epfn_align);
2172         }
2173 zone_empty:
2174         /* Sanity check that the next zone really is unpopulated */
2175         WARN_ON(++zid < MAX_NR_ZONES && populated_zone(++zone));
2176
2177         pr_info("node %d deferred pages initialised in %ums\n",
2178                 pgdat->node_id, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
2179
2180         pgdat_init_report_one_done();
2181         return 0;
2182 }
2183
2184 /*
2185  * If this zone has deferred pages, try to grow it by initializing enough
2186  * deferred pages to satisfy the allocation specified by order, rounded up to
2187  * the nearest PAGES_PER_SECTION boundary.  So we're adding memory in increments
2188  * of SECTION_SIZE bytes by initializing struct pages in increments of
2189  * PAGES_PER_SECTION * sizeof(struct page) bytes.
2190  *
2191  * Return true when zone was grown, otherwise return false. We return true even
2192  * when we grow less than requested, to let the caller decide if there are
2193  * enough pages to satisfy the allocation.
2194  *
2195  * Note: We use noinline because this function is needed only during boot, and
2196  * it is called from a __ref function _deferred_grow_zone. This way we are
2197  * making sure that it is not inlined into permanent text section.
2198  */
2199 static noinline bool __init
2200 deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
2201 {
2202         unsigned long nr_pages_needed = ALIGN(1 << order, PAGES_PER_SECTION);
2203         pg_data_t *pgdat = zone->zone_pgdat;
2204         unsigned long first_deferred_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
2205         unsigned long spfn, epfn, flags;
2206         unsigned long nr_pages = 0;
2207         u64 i;
2208
2209         /* Only the last zone may have deferred pages */
2210         if (zone_end_pfn(zone) != pgdat_end_pfn(pgdat))
2211                 return false;
2212
2213         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
2214
2215         /*
2216          * If someone grew this zone while we were waiting for spinlock, return
2217          * true, as there might be enough pages already.
2218          */
2219         if (first_deferred_pfn != pgdat->first_deferred_pfn) {
2220                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2221                 return true;
2222         }
2223
2224         /* If the zone is empty somebody else may have cleared out the zone */
2225         if (!deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
2226                                                  first_deferred_pfn)) {
2227                 pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
2228                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2229                 /* Retry only once. */
2230                 return first_deferred_pfn != ULONG_MAX;
2231         }
2232
2233         /*
2234          * Initialize and free pages in MAX_ORDER sized increments so
2235          * that we can avoid introducing any issues with the buddy
2236          * allocator.
2237          */
2238         while (spfn < epfn) {
2239                 /* update our first deferred PFN for this section */
2240                 first_deferred_pfn = spfn;
2241
2242                 nr_pages += deferred_init_maxorder(&i, zone, &spfn, &epfn);
2243                 touch_nmi_watchdog();
2244
2245                 /* We should only stop along section boundaries */
2246                 if ((first_deferred_pfn ^ spfn) < PAGES_PER_SECTION)
2247                         continue;
2248
2249                 /* If our quota has been met we can stop here */
2250                 if (nr_pages >= nr_pages_needed)
2251                         break;
2252         }
2253
2254         pgdat->first_deferred_pfn = spfn;
2255         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2256
2257         return nr_pages > 0;
2258 }
2259
2260 /*
2261  * deferred_grow_zone() is __init, but it is called from
2262  * get_page_from_freelist() during early boot until deferred_pages permanently
2263  * disables this call. This is why we have refdata wrapper to avoid warning,
2264  * and to ensure that the function body gets unloaded.
2265  */
2266 static bool __ref
2267 _deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
2268 {
2269         return deferred_grow_zone(zone, order);
2270 }
2271
2272 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
2273
2274 void __init page_alloc_init_late(void)
2275 {
2276         struct zone *zone;
2277         int nid;
2278
2279 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
2280
2281         /* There will be num_node_state(N_MEMORY) threads */
2282         atomic_set(&pgdat_init_n_undone, num_node_state(N_MEMORY));
2283         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
2284                 kthread_run(deferred_init_memmap, NODE_DATA(nid), "pgdatinit%d", nid);
2285         }
2286
2287         /* Block until all are initialised */
2288         wait_for_completion(&pgdat_init_all_done_comp);
2289
2290         /*
2291          * We initialized the rest of the deferred pages.  Permanently disable
2292          * on-demand struct page initialization.
2293          */
2294         static_branch_disable(&deferred_pages);
2295
2296         /* Reinit limits that are based on free pages after the kernel is up */
2297         files_maxfiles_init();
2298 #endif
2299
2300         buffer_init();
2301
2302         /* Discard memblock private memory */
2303         memblock_discard();
2304
2305         for_each_node_state(nid, N_MEMORY)
2306                 shuffle_free_memory(NODE_DATA(nid));
2307
2308         for_each_populated_zone(zone)
2309                 set_zone_contiguous(zone);
2310 }
2311
2312 #ifdef CONFIG_CMA
2313 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
2314 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
2315 {
2316         unsigned i = pageblock_nr_pages;
2317         struct page *p = page;
2318
2319         do {
2320                 __ClearPageReserved(p);
2321                 set_page_count(p, 0);
2322         } while (++p, --i);
2323
2324         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
2325         set_page_refcounted(page);
2326         __free_pages(page, pageblock_order);
2327
2328         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
2329         page_zone(page)->cma_pages += pageblock_nr_pages;
2330 }
2331 #endif
2332
2333 /*
2334  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
2335  * Please do not alter this order without good reasons and regression
2336  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
2337  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
2338  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
2339  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
2340  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
2341  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
2342  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
2343  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
2344  *
2345  * -- nyc
2346  */
2347 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
2348         int low, int high, int migratetype)
2349 {
2350         unsigned long size = 1 << high;
2351
2352         while (high > low) {
2353                 high--;
2354                 size >>= 1;
2355                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
2356
2357                 /*
2358                  * Mark as guard pages (or page), that will allow to
2359                  * merge back to allocator when buddy will be freed.
2360                  * Corresponding page table entries will not be touched,
2361                  * pages will stay not present in virtual address space
2362                  */
2363                 if (set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype))
2364                         continue;
2365
2366                 add_to_free_list(&page[size], zone, high, migratetype);
2367                 set_buddy_order(&page[size], high);
2368         }
2369 }
2370
2371 static void check_new_page_bad(struct page *page)
2372 {
2373         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
2374                 /* Don't complain about hwpoisoned pages */
2375                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
2376                 return;
2377         }
2378
2379         bad_page(page,
2380                  page_bad_reason(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP));
2381 }
2382
2383 /*
2384  * This page is about to be returned from the page allocator
2385  */
2386 static inline int check_new_page(struct page *page)
2387 {
2388         if (likely(page_expected_state(page,
2389                                 PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP|__PG_HWPOISON)))
2390                 return 0;
2391
2392         check_new_page_bad(page);
2393         return 1;
2394 }
2395
2396 static bool check_new_pages(struct page *page, unsigned int order)
2397 {
2398         int i;
2399         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
2400                 struct page *p = page + i;
2401
2402                 if (unlikely(check_new_page(p)))
2403                         return true;
2404         }
2405
2406         return false;
2407 }
2408
2409 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
2410 /*
2411  * With DEBUG_VM enabled, order-0 pages are checked for expected state when
2412  * being allocated from pcp lists. With debug_pagealloc also enabled, they are
2413  * also checked when pcp lists are refilled from the free lists.
2414  */
2415 static inline bool check_pcp_refill(struct page *page, unsigned int order)
2416 {
2417         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2418                 return check_new_pages(page, order);
2419         else
2420                 return false;
2421 }
2422
2423 static inline bool check_new_pcp(struct page *page, unsigned int order)
2424 {
2425         return check_new_pages(page, order);
2426 }
2427 #else
2428 /*
2429  * With DEBUG_VM disabled, free order-0 pages are checked for expected state
2430  * when pcp lists are being refilled from the free lists. With debug_pagealloc
2431  * enabled, they are also checked when being allocated from the pcp lists.
2432  */
2433 static inline bool check_pcp_refill(struct page *page, unsigned int order)
2434 {
2435         return check_new_pages(page, order);
2436 }
2437 static inline bool check_new_pcp(struct page *page, unsigned int order)
2438 {
2439         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2440                 return check_new_pages(page, order);
2441         else
2442                 return false;
2443 }
2444 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
2445
2446 static inline bool should_skip_kasan_unpoison(gfp_t flags)
2447 {
2448         /* Don't skip if a software KASAN mode is enabled. */
2449         if (IS_ENABLED(CONFIG_KASAN_GENERIC) ||
2450             IS_ENABLED(CONFIG_KASAN_SW_TAGS))
2451                 return false;
2452
2453         /* Skip, if hardware tag-based KASAN is not enabled. */
2454         if (!kasan_hw_tags_enabled())
2455                 return true;
2456
2457         /*
2458          * With hardware tag-based KASAN enabled, skip if this has been
2459          * requested via __GFP_SKIP_KASAN_UNPOISON.
2460          */
2461         return flags & __GFP_SKIP_KASAN_UNPOISON;
2462 }
2463
2464 static inline bool should_skip_init(gfp_t flags)
2465 {
2466         /* Don't skip, if hardware tag-based KASAN is not enabled. */
2467         if (!kasan_hw_tags_enabled())
2468                 return false;
2469
2470         /* For hardware tag-based KASAN, skip if requested. */
2471         return (flags & __GFP_SKIP_ZERO);
2472 }
2473
2474 inline void post_alloc_hook(struct page *page, unsigned int order,
2475                                 gfp_t gfp_flags)
2476 {
2477         bool init = !want_init_on_free() && want_init_on_alloc(gfp_flags) &&
2478                         !should_skip_init(gfp_flags);
2479         bool init_tags = init && (gfp_flags & __GFP_ZEROTAGS);
2480         int i;
2481
2482         set_page_private(page, 0);
2483         set_page_refcounted(page);
2484
2485         arch_alloc_page(page, order);
2486         debug_pagealloc_map_pages(page, 1 << order);
2487
2488         /*
2489          * Page unpoisoning must happen before memory initialization.
2490          * Otherwise, the poison pattern will be overwritten for __GFP_ZERO
2491          * allocations and the page unpoisoning code will complain.
2492          */
2493         kernel_unpoison_pages(page, 1 << order);
2494
2495         /*
2496          * As memory initialization might be integrated into KASAN,
2497          * KASAN unpoisoning and memory initializion code must be
2498          * kept together to avoid discrepancies in behavior.
2499          */
2500
2501         /*
2502          * If memory tags should be zeroed (which happens only when memory
2503          * should be initialized as well).
2504          */
2505         if (init_tags) {
2506                 /* Initialize both memory and tags. */
2507                 for (i = 0; i != 1 << order; ++i)
2508                         tag_clear_highpage(page + i);
2509
2510                 /* Note that memory is already initialized by the loop above. */
2511                 init = false;
2512         }
2513         if (!should_skip_kasan_unpoison(gfp_flags)) {
2514                 /* Unpoison shadow memory or set memory tags. */
2515                 kasan_unpoison_pages(page, order, init);
2516
2517                 /* Note that memory is already initialized by KASAN. */
2518                 if (kasan_has_integrated_init())
2519                         init = false;
2520         } else {
2521                 /* Ensure page_address() dereferencing does not fault. */
2522                 for (i = 0; i != 1 << order; ++i)
2523                         page_kasan_tag_reset(page + i);
2524         }
2525         /* If memory is still not initialized, do it now. */
2526         if (init)
2527                 kernel_init_pages(page, 1 << order);
2528         /* Propagate __GFP_SKIP_KASAN_POISON to page flags. */
2529         if (kasan_hw_tags_enabled() && (gfp_flags & __GFP_SKIP_KASAN_POISON))
2530                 SetPageSkipKASanPoison(page);
2531
2532         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
2533         page_table_check_alloc(page, order);
2534 }
2535
2536 static void prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
2537                                                         unsigned int alloc_flags)
2538 {
2539         post_alloc_hook(page, order, gfp_flags);
2540
2541         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
2542                 prep_compound_page(page, order);
2543
2544         /*
2545          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
2546          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
2547          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
2548          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
2549          */
2550         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
2551                 set_page_pfmemalloc(page);
2552         else
2553                 clear_page_pfmemalloc(page);
2554 }
2555
2556 /*
2557  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
2558  * the smallest available page from the freelists
2559  */
2560 static __always_inline
2561 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
2562                                                 int migratetype)
2563 {
2564         unsigned int current_order;
2565         struct free_area *area;
2566         struct page *page;
2567
2568         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
2569         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
2570                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2571                 page = get_page_from_free_area(area, migratetype);
2572                 if (!page)
2573                         continue;
2574                 del_page_from_free_list(page, zone, current_order);
2575                 expand(zone, page, order, current_order, migratetype);
2576                 set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2577                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype,
2578                                 pcp_allowed_order(order) &&
2579                                 migratetype < MIGRATE_PCPTYPES);
2580                 return page;
2581         }
2582
2583         return NULL;
2584 }
2585
2586
2587 /*
2588  * This array describes the order lists are fallen back to when
2589  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
2590  *
2591  * The other migratetypes do not have fallbacks.
2592  */
2593 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][3] = {
2594         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2595         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_TYPES },
2596         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2597 };
2598
2599 #ifdef CONFIG_CMA
2600 static __always_inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2601                                         unsigned int order)
2602 {
2603         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
2604 }
2605 #else
2606 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2607                                         unsigned int order) { return NULL; }
2608 #endif
2609
2610 /*
2611  * Move the free pages in a range to the freelist tail of the requested type.
2612  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
2613  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
2614  */
2615 static int move_freepages(struct zone *zone,
2616                           unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn,
2617                           int migratetype, int *num_movable)
2618 {
2619         struct page *page;
2620         unsigned long pfn;
2621         unsigned int order;
2622         int pages_moved = 0;
2623
2624         for (pfn = start_pfn; pfn <= end_pfn;) {
2625                 page = pfn_to_page(pfn);
2626                 if (!PageBuddy(page)) {
2627                         /*
2628                          * We assume that pages that could be isolated for
2629                          * migration are movable. But we don't actually try
2630                          * isolating, as that would be expensive.
2631                          */
2632                         if (num_movable &&
2633                                         (PageLRU(page) || __PageMovable(page)))
2634                                 (*num_movable)++;
2635                         pfn++;
2636                         continue;
2637                 }
2638
2639                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
2640                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
2641                 VM_BUG_ON_PAGE(page_zone(page) != zone, page);
2642
2643                 order = buddy_order(page);
2644                 move_to_free_list(page, zone, order, migratetype);
2645                 pfn += 1 << order;
2646                 pages_moved += 1 << order;
2647         }
2648
2649         return pages_moved;
2650 }
2651
2652 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
2653                                 int migratetype, int *num_movable)
2654 {
2655         unsigned long start_pfn, end_pfn, pfn;
2656
2657         if (num_movable)
2658                 *num_movable = 0;
2659
2660         pfn = page_to_pfn(page);
2661         start_pfn = pageblock_start_pfn(pfn);
2662         end_pfn = pageblock_end_pfn(pfn) - 1;
2663
2664         /* Do not cross zone boundaries */
2665         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
2666                 start_pfn = pfn;
2667         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
2668                 return 0;
2669
2670         return move_freepages(zone, start_pfn, end_pfn, migratetype,
2671                                                                 num_movable);
2672 }
2673
2674 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
2675                                         int start_order, int migratetype)
2676 {
2677         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
2678
2679         while (nr_pageblocks--) {
2680                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
2681                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
2682         }
2683 }
2684
2685 /*
2686  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
2687  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
2688  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
2689  *
2690  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
2691  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
2692  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
2693  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
2694  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
2695  * pageblocks.
2696  */
2697 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
2698 {
2699         /*
2700          * Leaving this order check is intended, although there is
2701          * relaxed order check in next check. The reason is that
2702          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
2703          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
2704          * so could be changed anytime.
2705          */
2706         if (order >= pageblock_order)
2707                 return true;
2708
2709         if (order >= pageblock_order / 2 ||
2710                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
2711                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
2712                 page_group_by_mobility_disabled)
2713                 return true;
2714
2715         return false;
2716 }
2717
2718 static inline bool boost_watermark(struct zone *zone)
2719 {
2720         unsigned long max_boost;
2721
2722         if (!watermark_boost_factor)
2723                 return false;
2724         /*
2725          * Don't bother in zones that are unlikely to produce results.
2726          * On small machines, including kdump capture kernels running
2727          * in a small area, boosting the watermark can cause an out of
2728          * memory situation immediately.
2729          */
2730         if ((pageblock_nr_pages * 4) > zone_managed_pages(zone))
2731                 return false;
2732
2733         max_boost = mult_frac(zone->_watermark[WMARK_HIGH],
2734                         watermark_boost_factor, 10000);
2735
2736         /*
2737          * high watermark may be uninitialised if fragmentation occurs
2738          * very early in boot so do not boost. We do not fall
2739          * through and boost by pageblock_nr_pages as failing
2740          * allocations that early means that reclaim is not going
2741          * to help and it may even be impossible to reclaim the
2742          * boosted watermark resulting in a hang.
2743          */
2744         if (!max_boost)
2745                 return false;
2746
2747         max_boost = max(pageblock_nr_pages, max_boost);
2748
2749         zone->watermark_boost = min(zone->watermark_boost + pageblock_nr_pages,
2750                 max_boost);
2751
2752         return true;
2753 }
2754
2755 /*
2756  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
2757  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
2758  * pageblock to our migratetype and determine how many already-allocated pages
2759  * are there in the pageblock with a compatible migratetype. If at least half
2760  * of pages are free or compatible, we can change migratetype of the pageblock
2761  * itself, so pages freed in the future will be put on the correct free list.
2762  */
2763 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
2764                 unsigned int alloc_flags, int start_type, bool whole_block)
2765 {
2766         unsigned int current_order = buddy_order(page);
2767         int free_pages, movable_pages, alike_pages;
2768         int old_block_type;
2769
2770         old_block_type = get_pageblock_migratetype(page);
2771
2772         /*
2773          * This can happen due to races and we want to prevent broken
2774          * highatomic accounting.
2775          */
2776         if (is_migrate_highatomic(old_block_type))
2777                 goto single_page;
2778
2779         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
2780         if (current_order >= pageblock_order) {
2781                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
2782                 goto single_page;
2783         }
2784
2785         /*
2786          * Boost watermarks to increase reclaim pressure to reduce the
2787          * likelihood of future fallbacks. Wake kswapd now as the node
2788          * may be balanced overall and kswapd will not wake naturally.
2789          */
2790         if (boost_watermark(zone) && (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD))
2791                 set_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
2792
2793         /* We are not allowed to try stealing from the whole block */
2794         if (!whole_block)
2795                 goto single_page;
2796
2797         free_pages = move_freepages_block(zone, page, start_type,
2798                                                 &movable_pages);
2799         /*
2800          * Determine how many pages are compatible with our allocation.
2801          * For movable allocation, it's the number of movable pages which
2802          * we just obtained. For other types it's a bit more tricky.
2803          */
2804         if (start_type == MIGRATE_MOVABLE) {
2805                 alike_pages = movable_pages;
2806         } else {
2807                 /*
2808                  * If we are falling back a RECLAIMABLE or UNMOVABLE allocation
2809                  * to MOVABLE pageblock, consider all non-movable pages as
2810                  * compatible. If it's UNMOVABLE falling back to RECLAIMABLE or
2811                  * vice versa, be conservative since we can't distinguish the
2812                  * exact migratetype of non-movable pages.
2813                  */
2814                 if (old_block_type == MIGRATE_MOVABLE)
2815                         alike_pages = pageblock_nr_pages
2816                                                 - (free_pages + movable_pages);
2817                 else
2818                         alike_pages = 0;
2819         }
2820
2821         /* moving whole block can fail due to zone boundary conditions */
2822         if (!free_pages)
2823                 goto single_page;
2824
2825         /*
2826          * If a sufficient number of pages in the block are either free or of
2827          * comparable migratability as our allocation, claim the whole block.
2828          */
2829         if (free_pages + alike_pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
2830                         page_group_by_mobility_disabled)
2831                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
2832
2833         return;
2834
2835 single_page:
2836         move_to_free_list(page, zone, current_order, start_type);
2837 }
2838
2839 /*
2840  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
2841  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
2842  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
2843  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
2844  */
2845 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
2846                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
2847 {
2848         int i;
2849         int fallback_mt;
2850
2851         if (area->nr_free == 0)
2852                 return -1;
2853
2854         *can_steal = false;
2855         for (i = 0;; i++) {
2856                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
2857                 if (fallback_mt == MIGRATE_TYPES)
2858                         break;
2859
2860                 if (free_area_empty(area, fallback_mt))
2861                         continue;
2862
2863                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
2864                         *can_steal = true;
2865
2866                 if (!only_stealable)
2867                         return fallback_mt;
2868
2869                 if (*can_steal)
2870                         return fallback_mt;
2871         }
2872
2873         return -1;
2874 }
2875
2876 /*
2877  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
2878  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
2879  */
2880 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone,
2881                                 unsigned int alloc_order)
2882 {
2883         int mt;
2884         unsigned long max_managed, flags;
2885
2886         /*
2887          * Limit the number reserved to 1 pageblock or roughly 1% of a zone.
2888          * Check is race-prone but harmless.
2889          */
2890         max_managed = (zone_managed_pages(zone) / 100) + pageblock_nr_pages;
2891         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2892                 return;
2893
2894         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2895
2896         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
2897         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2898                 goto out_unlock;
2899
2900         /* Yoink! */
2901         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2902         /* Only reserve normal pageblocks (i.e., they can merge with others) */
2903         if (migratetype_is_mergeable(mt)) {
2904                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
2905                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2906                 move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_HIGHATOMIC, NULL);
2907         }
2908
2909 out_unlock:
2910         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2911 }
2912
2913 /*
2914  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
2915  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
2916  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
2917  * to recover from than an OOM.
2918  *
2919  * If @force is true, try to unreserve a pageblock even though highatomic
2920  * pageblock is exhausted.
2921  */
2922 static bool unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac,
2923                                                 bool force)
2924 {
2925         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2926         unsigned long flags;
2927         struct zoneref *z;
2928         struct zone *zone;
2929         struct page *page;
2930         int order;
2931         bool ret;
2932
2933         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->highest_zoneidx,
2934                                                                 ac->nodemask) {
2935                 /*
2936                  * Preserve at least one pageblock unless memory pressure
2937                  * is really high.
2938                  */
2939                 if (!force && zone->nr_reserved_highatomic <=
2940                                         pageblock_nr_pages)
2941                         continue;
2942
2943                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2944                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
2945                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
2946
2947                         page = get_page_from_free_area(area, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2948                         if (!page)
2949                                 continue;
2950
2951                         /*
2952                          * In page freeing path, migratetype change is racy so
2953                          * we can counter several free pages in a pageblock
2954                          * in this loop although we changed the pageblock type
2955                          * from highatomic to ac->migratetype. So we should
2956                          * adjust the count once.
2957                          */
2958                         if (is_migrate_highatomic_page(page)) {
2959                                 /*
2960                                  * It should never happen but changes to
2961                                  * locking could inadvertently allow a per-cpu
2962                                  * drain to add pages to MIGRATE_HIGHATOMIC
2963                                  * while unreserving so be safe and watch for
2964                                  * underflows.
2965                                  */
2966                                 zone->nr_reserved_highatomic -= min(
2967                                                 pageblock_nr_pages,
2968                                                 zone->nr_reserved_highatomic);
2969                         }
2970
2971                         /*
2972                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
2973                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
2974                          * is doing the work and needs the pages. More
2975                          * importantly, if the block was always converted to
2976                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
2977                          * of pageblocks that cannot be completely freed
2978                          * may increase.
2979                          */
2980                         set_pageblock_migratetype(page, ac->migratetype);
2981                         ret = move_freepages_block(zone, page, ac->migratetype,
2982                                                                         NULL);
2983                         if (ret) {
2984                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2985                                 return ret;
2986                         }
2987                 }
2988                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2989         }
2990
2991         return false;
2992 }
2993
2994 /*
2995  * Try finding a free buddy page on the fallback list and put it on the free
2996  * list of requested migratetype, possibly along with other pages from the same
2997  * block, depending on fragmentation avoidance heuristics. Returns true if
2998  * fallback was found so that __rmqueue_smallest() can grab it.
2999  *
3000  * The use of signed ints for order and current_order is a deliberate
3001  * deviation from the rest of this file, to make the for loop
3002  * condition simpler.
3003  */
3004 static __always_inline bool
3005 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, int order, int start_migratetype,
3006                                                 unsigned int alloc_flags)
3007 {
3008         struct free_area *area;
3009         int current_order;
3010         int min_order = order;
3011         struct page *page;
3012         int fallback_mt;
3013         bool can_steal;
3014
3015         /*
3016          * Do not steal pages from freelists belonging to other pageblocks
3017          * i.e. orders < pageblock_order. If there are no local zones free,
3018          * the zonelists will be reiterated without ALLOC_NOFRAGMENT.
3019          */
3020         if (order < pageblock_order && alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT)
3021                 min_order = pageblock_order;
3022
3023         /*
3024          * Find the largest available free page in the other list. This roughly
3025          * approximates finding the pageblock with the most free pages, which
3026          * would be too costly to do exactly.
3027          */
3028         for (current_order = MAX_ORDER - 1; current_order >= min_order;
3029                                 --current_order) {
3030                 area = &(zone->free_area[current_order]);
3031                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
3032                                 start_migratetype, false, &can_steal);
3033                 if (fallback_mt == -1)
3034                         continue;
3035
3036                 /*
3037                  * We cannot steal all free pages from the pageblock and the
3038                  * requested migratetype is movable. In that case it's better to
3039                  * steal and split the smallest available page instead of the
3040                  * largest available page, because even if the next movable
3041                  * allocation falls back into a different pageblock than this
3042                  * one, it won't cause permanent fragmentation.
3043                  */
3044                 if (!can_steal && start_migratetype == MIGRATE_MOVABLE
3045                                         && current_order > order)
3046                         goto find_smallest;
3047
3048                 goto do_steal;
3049         }
3050
3051         return false;
3052
3053 find_smallest:
3054         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER;
3055                                                         current_order++) {
3056                 area = &(zone->free_area[current_order]);
3057                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
3058                                 start_migratetype, false, &can_steal);
3059                 if (fallback_mt != -1)
3060                         break;
3061         }
3062
3063         /*
3064          * This should not happen - we already found a suitable fallback
3065          * when looking for the largest page.
3066          */
3067         VM_BUG_ON(current_order == MAX_ORDER);
3068
3069 do_steal:
3070         page = get_page_from_free_area(area, fallback_mt);
3071
3072         steal_suitable_fallback(zone, page, alloc_flags, start_migratetype,
3073                                                                 can_steal);
3074
3075         trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
3076                 start_migratetype, fallback_mt);
3077
3078         return true;
3079
3080 }
3081
3082 /*
3083  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
3084  * Call me with the zone->lock already held.
3085  */
3086 static __always_inline struct page *
3087 __rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order, int migratetype,
3088                                                 unsigned int alloc_flags)
3089 {
3090         struct page *page;
3091
3092         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA)) {
3093                 /*
3094                  * Balance movable allocations between regular and CMA areas by
3095                  * allocating from CMA when over half of the zone's free memory
3096                  * is in the CMA area.
3097                  */
3098                 if (alloc_flags & ALLOC_CMA &&
3099                     zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES) >
3100                     zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES) / 2) {
3101                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
3102                         if (page)
3103                                 return page;
3104                 }
3105         }
3106 retry:
3107         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
3108         if (unlikely(!page)) {
3109                 if (alloc_flags & ALLOC_CMA)
3110                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
3111
3112                 if (!page && __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype,
3113                                                                 alloc_flags))
3114                         goto retry;
3115         }
3116         return page;
3117 }
3118
3119 /*
3120  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
3121  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
3122  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
3123  */
3124 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
3125                         unsigned long count, struct list_head *list,
3126                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
3127 {
3128         int i, allocated = 0;
3129
3130         /* Caller must hold IRQ-safe pcp->lock so IRQs are disabled. */
3131         spin_lock(&zone->lock);
3132         for (i = 0; i < count; ++i) {
3133                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype,
3134                                                                 alloc_flags);
3135                 if (unlikely(page == NULL))
3136                         break;
3137
3138                 if (unlikely(check_pcp_refill(page, order)))
3139                         continue;
3140
3141                 /*
3142                  * Split buddy pages returned by expand() are received here in
3143                  * physical page order. The page is added to the tail of
3144                  * caller's list. From the callers perspective, the linked list
3145                  * is ordered by page number under some conditions. This is
3146                  * useful for IO devices that can forward direction from the
3147                  * head, thus also in the physical page order. This is useful
3148                  * for IO devices that can merge IO requests if the physical
3149                  * pages are ordered properly.
3150                  */
3151                 list_add_tail(&page->pcp_list, list);
3152                 allocated++;
3153                 if (is_migrate_cma(get_pcppage_migratetype(page)))
3154                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
3155                                               -(1 << order));
3156         }
3157
3158         /*
3159          * i pages were removed from the buddy list even if some leak due
3160          * to check_pcp_refill failing so adjust NR_FREE_PAGES based
3161          * on i. Do not confuse with 'allocated' which is the number of
3162          * pages added to the pcp list.
3163          */
3164         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
3165         spin_unlock(&zone->lock);
3166         return allocated;
3167 }
3168
3169 #ifdef CONFIG_NUMA
3170 /*
3171  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
3172  * currently executing processor on remote nodes after they have
3173  * expired.
3174  */
3175 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
3176 {
3177         int to_drain, batch;
3178
3179         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
3180         to_drain = min(pcp->count, batch);
3181         if (to_drain > 0) {
3182                 unsigned long flags;
3183
3184                 /*
3185                  * free_pcppages_bulk expects IRQs disabled for zone->lock
3186                  * so even though pcp->lock is not intended to be IRQ-safe,
3187                  * it's needed in this context.
3188                  */
3189                 spin_lock_irqsave(&pcp->lock, flags);
3190                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp, 0);
3191                 spin_unlock_irqrestore(&pcp->lock, flags);
3192         }
3193 }
3194 #endif
3195
3196 /*
3197  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
3198  */
3199 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
3200 {
3201         struct per_cpu_pages *pcp;
3202
3203         pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
3204         if (pcp->count) {
3205                 unsigned long flags;
3206
3207                 /* See drain_zone_pages on why this is disabling IRQs */
3208                 spin_lock_irqsave(&pcp->lock, flags);
3209                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp, 0);
3210                 spin_unlock_irqrestore(&pcp->lock, flags);
3211         }
3212 }
3213
3214 /*
3215  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
3216  */
3217 static void drain_pages(unsigned int cpu)
3218 {
3219         struct zone *zone;
3220
3221         for_each_populated_zone(zone) {
3222                 drain_pages_zone(cpu, zone);
3223         }
3224 }
3225
3226 /*
3227  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
3228  */
3229 void drain_local_pages(struct zone *zone)
3230 {
3231         int cpu = smp_processor_id();
3232
3233         if (zone)
3234                 drain_pages_zone(cpu, zone);
3235         else
3236                 drain_pages(cpu);
3237 }
3238
3239 /*
3240  * The implementation of drain_all_pages(), exposing an extra parameter to
3241  * drain on all cpus.
3242  *
3243  * drain_all_pages() is optimized to only execute on cpus where pcplists are
3244  * not empty. The check for non-emptiness can however race with a free to
3245  * pcplist that has not yet increased the pcp->count from 0 to 1. Callers
3246  * that need the guarantee that every CPU has drained can disable the
3247  * optimizing racy check.
3248  */
3249 static void __drain_all_pages(struct zone *zone, bool force_all_cpus)
3250 {
3251         int cpu;
3252
3253         /*
3254          * Allocate in the BSS so we won't require allocation in
3255          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
3256          */
3257         static cpumask_t cpus_with_pcps;
3258
3259         /*
3260          * Do not drain if one is already in progress unless it's specific to
3261          * a zone. Such callers are primarily CMA and memory hotplug and need
3262          * the drain to be complete when the call returns.
3263          */
3264         if (unlikely(!mutex_trylock(&pcpu_drain_mutex))) {
3265                 if (!zone)
3266                         return;
3267                 mutex_lock(&pcpu_drain_mutex);
3268         }
3269
3270         /*
3271          * We don't care about racing with CPU hotplug event
3272          * as offline notification will cause the notified
3273          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
3274          * disables preemption as part of its processing
3275          */
3276         for_each_online_cpu(cpu) {
3277                 struct per_cpu_pages *pcp;
3278                 struct zone *z;
3279                 bool has_pcps = false;
3280
3281                 if (force_all_cpus) {
3282                         /*
3283                          * The pcp.count check is racy, some callers need a
3284                          * guarantee that no cpu is missed.
3285                          */
3286                         has_pcps = true;
3287                 } else if (zone) {
3288                         pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
3289                         if (pcp->count)
3290                                 has_pcps = true;
3291                 } else {
3292                         for_each_populated_zone(z) {
3293                                 pcp = per_cpu_ptr(z->per_cpu_pageset, cpu);
3294                                 if (pcp->count) {
3295                                         has_pcps = true;
3296                                         break;
3297                                 }
3298                         }
3299                 }
3300
3301                 if (has_pcps)
3302                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
3303                 else
3304                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
3305         }
3306
3307         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps) {
3308                 if (zone)
3309                         drain_pages_zone(cpu, zone);
3310                 else
3311                         drain_pages(cpu);
3312         }
3313
3314         mutex_unlock(&pcpu_drain_mutex);
3315 }
3316
3317 /*
3318  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
3319  *
3320  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
3321  */
3322 void drain_all_pages(struct zone *zone)
3323 {
3324         __drain_all_pages(zone, false);
3325 }
3326
3327 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
3328
3329 /*
3330  * Touch the watchdog for every WD_PAGE_COUNT pages.
3331  */
3332 #define WD_PAGE_COUNT   (128*1024)
3333
3334 void mark_free_pages(struct zone *zone)
3335 {
3336         unsigned long pfn, max_zone_pfn, page_count = WD_PAGE_COUNT;
3337         unsigned long flags;
3338         unsigned int order, t;
3339         struct page *page;
3340
3341         if (zone_is_empty(zone))
3342                 return;
3343
3344         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3345
3346         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
3347         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
3348                 if (pfn_valid(pfn)) {
3349                         page = pfn_to_page(pfn);
3350
3351                         if (!--page_count) {
3352                                 touch_nmi_watchdog();
3353                                 page_count = WD_PAGE_COUNT;
3354                         }
3355
3356                         if (page_zone(page) != zone)
3357                                 continue;
3358
3359                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
3360                                 swsusp_unset_page_free(page);
3361                 }
3362
3363         for_each_migratetype_order(order, t) {
3364                 list_for_each_entry(page,
3365                                 &zone->free_area[order].free_list[t], buddy_list) {
3366                         unsigned long i;
3367
3368                         pfn = page_to_pfn(page);
3369                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++) {
3370                                 if (!--page_count) {
3371                                         touch_nmi_watchdog();
3372                                         page_count = WD_PAGE_COUNT;
3373                                 }
3374                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
3375                         }
3376                 }
3377         }
3378         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3379 }
3380 #endif /* CONFIG_PM */
3381
3382 static bool free_unref_page_prepare(struct page *page, unsigned long pfn,
3383                                                         unsigned int order)
3384 {
3385         int migratetype;
3386
3387         if (!free_pcp_prepare(page, order))
3388                 return false;
3389
3390         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
3391         set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
3392         return true;
3393 }
3394
3395 static int nr_pcp_free(struct per_cpu_pages *pcp, int high, int batch,
3396                        bool free_high)
3397 {
3398         int min_nr_free, max_nr_free;
3399
3400         /* Free everything if batch freeing high-order pages. */
3401         if (unlikely(free_high))
3402                 return pcp->count;
3403
3404         /* Check for PCP disabled or boot pageset */
3405         if (unlikely(high < batch))
3406                 return 1;
3407
3408         /* Leave at least pcp->batch pages on the list */
3409         min_nr_free = batch;
3410         max_nr_free = high - batch;
3411
3412         /*
3413          * Double the number of pages freed each time there is subsequent
3414          * freeing of pages without any allocation.
3415          */
3416         batch <<= pcp->free_factor;
3417         if (batch < max_nr_free)
3418                 pcp->free_factor++;
3419         batch = clamp(batch, min_nr_free, max_nr_free);
3420
3421         return batch;
3422 }
3423
3424 static int nr_pcp_high(struct per_cpu_pages *pcp, struct zone *zone,
3425                        bool free_high)
3426 {
3427         int high = READ_ONCE(pcp->high);
3428
3429         if (unlikely(!high || free_high))
3430                 return 0;
3431
3432         if (!test_bit(ZONE_RECLAIM_ACTIVE, &zone->flags))
3433                 return high;
3434
3435         /*
3436          * If reclaim is active, limit the number of pages that can be
3437          * stored on pcp lists
3438          */
3439         return min(READ_ONCE(pcp->batch) << 2, high);
3440 }
3441
3442 static void free_unref_page_commit(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp,
3443                                    struct page *page, int migratetype,
3444                                    unsigned int order)
3445 {
3446         int high;
3447         int pindex;
3448         bool free_high;
3449
3450         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
3451         pindex = order_to_pindex(migratetype, order);
3452         list_add(&page->pcp_list, &pcp->lists[pindex]);
3453         pcp->count += 1 << order;
3454
3455         /*
3456          * As high-order pages other than THP's stored on PCP can contribute
3457          * to fragmentation, limit the number stored when PCP is heavily
3458          * freeing without allocation. The remainder after bulk freeing
3459          * stops will be drained from vmstat refresh context.
3460          */
3461         free_high = (pcp->free_factor && order && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
3462
3463         high = nr_pcp_high(pcp, zone, free_high);
3464         if (pcp->count >= high) {
3465                 int batch = READ_ONCE(pcp->batch);
3466
3467                 free_pcppages_bulk(zone, nr_pcp_free(pcp, high, batch, free_high), pcp, pindex);
3468         }
3469 }
3470
3471 /*
3472  * Free a pcp page
3473  */
3474 void free_unref_page(struct page *page, unsigned int order)
3475 {
3476         unsigned long flags;
3477         unsigned long __maybe_unused UP_flags;
3478         struct per_cpu_pages *pcp;
3479         struct zone *zone;
3480         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
3481         int migratetype;
3482
3483         if (!free_unref_page_prepare(page, pfn, order))
3484                 return;
3485
3486         /*
3487          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
3488          * Place ISOLATE pages on the isolated list because they are being
3489          * offlined but treat HIGHATOMIC as movable pages so we can get those
3490          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
3491          * excessively into the page allocator
3492          */
3493         migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
3494         if (unlikely(migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES)) {
3495                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
3496                         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype, FPI_NONE);
3497                         return;
3498                 }
3499                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
3500         }
3501
3502         zone = page_zone(page);
3503         pcp_trylock_prepare(UP_flags);
3504         pcp = pcp_spin_trylock_irqsave(zone->per_cpu_pageset, flags);
3505         if (pcp) {
3506                 free_unref_page_commit(zone, pcp, page, migratetype, order);
3507                 pcp_spin_unlock_irqrestore(pcp, flags);
3508         } else {
3509                 free_one_page(zone, page, pfn, order, migratetype, FPI_NONE);
3510         }
3511         pcp_trylock_finish(UP_flags);
3512 }
3513
3514 /*
3515  * Free a list of 0-order pages
3516  */
3517 void free_unref_page_list(struct list_head *list)
3518 {
3519         struct page *page, *next;
3520         struct per_cpu_pages *pcp = NULL;
3521         struct zone *locked_zone = NULL;
3522         unsigned long flags;
3523         int batch_count = 0;
3524         int migratetype;
3525
3526         /* Prepare pages for freeing */
3527         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
3528                 unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
3529                 if (!free_unref_page_prepare(page, pfn, 0)) {
3530                         list_del(&page->lru);
3531                         continue;
3532                 }
3533
3534                 /*
3535                  * Free isolated pages directly to the allocator, see
3536                  * comment in free_unref_page.
3537                  */
3538                 migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
3539                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
3540                         list_del(&page->lru);
3541                         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, 0, migratetype, FPI_NONE);
3542                         continue;
3543                 }
3544         }
3545
3546         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
3547                 struct zone *zone = page_zone(page);
3548
3549                 /* Different zone, different pcp lock. */
3550                 if (zone != locked_zone) {
3551                         if (pcp)
3552                                 pcp_spin_unlock_irqrestore(pcp, flags);
3553
3554                         locked_zone = zone;
3555                         pcp = pcp_spin_lock_irqsave(locked_zone->per_cpu_pageset, flags);
3556                 }
3557
3558                 /*
3559                  * Non-isolated types over MIGRATE_PCPTYPES get added
3560                  * to the MIGRATE_MOVABLE pcp list.
3561                  */
3562                 migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
3563                 if (unlikely(migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES))
3564                         migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
3565
3566                 trace_mm_page_free_batched(page);
3567                 free_unref_page_commit(zone, pcp, page, migratetype, 0);
3568
3569                 /*
3570                  * Guard against excessive IRQ disabled times when we get
3571                  * a large list of pages to free.
3572                  */
3573                 if (++batch_count == SWAP_CLUSTER_MAX) {
3574                         pcp_spin_unlock_irqrestore(pcp, flags);
3575                         batch_count = 0;
3576                         pcp = pcp_spin_lock_irqsave(locked_zone->per_cpu_pageset, flags);
3577                 }
3578         }
3579
3580         if (pcp)
3581                 pcp_spin_unlock_irqrestore(pcp, flags);
3582 }
3583
3584 /*
3585  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
3586  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
3587  * Each sub-page must be freed individually.
3588  *
3589  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
3590  * Please consult with lkml before using this in your driver.
3591  */
3592 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
3593 {
3594         int i;
3595
3596         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
3597         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
3598
3599         for (i = 1; i < (1 << order); i++)
3600                 set_page_refcounted(page + i);
3601         split_page_owner(page, 1 << order);
3602         split_page_memcg(page, 1 << order);
3603 }
3604 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
3605
3606 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
3607 {
3608         struct zone *zone = page_zone(page);
3609         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
3610
3611         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
3612                 unsigned long watermark;
3613                 /*
3614                  * Obey watermarks as if the page was being allocated. We can
3615                  * emulate a high-order watermark check with a raised order-0
3616                  * watermark, because we already know our high-order page
3617                  * exists.
3618                  */
3619                 watermark = zone->_watermark[WMARK_MIN] + (1UL << order);
3620                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, ALLOC_CMA))
3621                         return 0;
3622
3623                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
3624         }
3625
3626         del_page_from_free_list(page, zone, order);
3627
3628         /*
3629          * Set the pageblock if the isolated page is at least half of a
3630          * pageblock
3631          */
3632         if (order >= pageblock_order - 1) {
3633                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
3634                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
3635                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
3636                         /*
3637                          * Only change normal pageblocks (i.e., they can merge
3638                          * with others)
3639                          */
3640                         if (migratetype_is_mergeable(mt))
3641                                 set_pageblock_migratetype(page,
3642                                                           MIGRATE_MOVABLE);
3643                 }
3644         }
3645
3646         return 1UL << order;
3647 }
3648
3649 /**
3650  * __putback_isolated_page - Return a now-isolated page back where we got it
3651  * @page: Page that was isolated
3652  * @order: Order of the isolated page
3653  * @mt: The page's pageblock's migratetype
3654  *
3655  * This function is meant to return a page pulled from the free lists via
3656  * __isolate_free_page back to the free lists they were pulled from.
3657  */
3658 void __putback_isolated_page(struct page *page, unsigned int order, int mt)
3659 {
3660         struct zone *zone = page_zone(page);
3661
3662         /* zone lock should be held when this function is called */
3663         lockdep_assert_held(&zone->lock);
3664
3665         /* Return isolated page to tail of freelist. */
3666         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, order, mt,
3667                         FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY | FPI_TO_TAIL);
3668 }
3669
3670 /*
3671  * Update NUMA hit/miss statistics
3672  */
3673 static inline void zone_statistics(struct zone *preferred_zone, struct zone *z,
3674                                    long nr_account)
3675 {
3676 #ifdef CONFIG_NUMA
3677         enum numa_stat_item local_stat = NUMA_LOCAL;
3678
3679         /* skip numa counters update if numa stats is disabled */
3680         if (!static_branch_likely(&vm_numa_stat_key))
3681                 return;
3682
3683         if (zone_to_nid(z) != numa_node_id())
3684                 local_stat = NUMA_OTHER;
3685
3686         if (zone_to_nid(z) == zone_to_nid(preferred_zone))
3687                 __count_numa_events(z, NUMA_HIT, nr_account);
3688         else {
3689                 __count_numa_events(z, NUMA_MISS, nr_account);
3690                 __count_numa_events(preferred_zone, NUMA_FOREIGN, nr_account);
3691         }
3692         __count_numa_events(z, local_stat, nr_account);
3693 #endif
3694 }
3695
3696 static __always_inline
3697 struct page *rmqueue_buddy(struct zone *preferred_zone, struct zone *zone,
3698                            unsigned int order, unsigned int alloc_flags,
3699                            int migratetype)
3700 {
3701         struct page *page;
3702         unsigned long flags;
3703
3704         do {
3705                 page = NULL;
3706                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3707                 /*
3708                  * order-0 request can reach here when the pcplist is skipped
3709                  * due to non-CMA allocation context. HIGHATOMIC area is
3710                  * reserved for high-order atomic allocation, so order-0
3711                  * request should skip it.
3712                  */
3713                 if (order > 0 && alloc_flags & ALLOC_HARDER)
3714                         page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
3715                 if (!page) {
3716                         page = __rmqueue(zone, order, migratetype, alloc_flags);
3717                         if (!page) {
3718                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3719                                 return NULL;
3720                         }
3721                 }
3722                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
3723                                           get_pcppage_migratetype(page));
3724                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3725         } while (check_new_pages(page, order));
3726
3727         __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
3728         zone_statistics(preferred_zone, zone, 1);
3729
3730         return page;
3731 }
3732
3733 /* Remove page from the per-cpu list, caller must protect the list */
3734 static inline
3735 struct page *__rmqueue_pcplist(struct zone *zone, unsigned int order,
3736                         int migratetype,
3737                         unsigned int alloc_flags,
3738                         struct per_cpu_pages *pcp,
3739                         struct list_head *list)
3740 {
3741         struct page *page;
3742
3743         do {
3744                 if (list_empty(list)) {
3745                         int batch = READ_ONCE(pcp->batch);
3746                         int alloced;
3747
3748                         /*
3749                          * Scale batch relative to order if batch implies
3750                          * free pages can be stored on the PCP. Batch can
3751                          * be 1 for small zones or for boot pagesets which
3752                          * should never store free pages as the pages may
3753                          * belong to arbitrary zones.
3754                          */
3755                         if (batch > 1)
3756                                 batch = max(batch >> order, 2);
3757                         alloced = rmqueue_bulk(zone, order,
3758                                         batch, list,
3759                                         migratetype, alloc_flags);
3760
3761                         pcp->count += alloced << order;
3762                         if (unlikely(list_empty(list)))
3763                                 return NULL;
3764                 }
3765
3766                 page = list_first_entry(list, struct page, pcp_list);
3767                 list_del(&page->pcp_list);
3768                 pcp->count -= 1 << order;
3769         } while (check_new_pcp(page, order));
3770
3771         return page;
3772 }
3773
3774 /* Lock and remove page from the per-cpu list */
3775 static struct page *rmqueue_pcplist(struct zone *preferred_zone,
3776                         struct zone *zone, unsigned int order,
3777                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
3778 {
3779         struct per_cpu_pages *pcp;
3780         struct list_head *list;
3781         struct page *page;
3782         unsigned long flags;
3783         unsigned long __maybe_unused UP_flags;
3784
3785         /*
3786          * spin_trylock may fail due to a parallel drain. In the future, the
3787          * trylock will also protect against IRQ reentrancy.
3788          */
3789         pcp_trylock_prepare(UP_flags);
3790         pcp = pcp_spin_trylock_irqsave(zone->per_cpu_pageset, flags);
3791         if (!pcp) {
3792                 pcp_trylock_finish(UP_flags);
3793                 return NULL;
3794         }
3795
3796         /*
3797          * On allocation, reduce the number of pages that are batch freed.
3798          * See nr_pcp_free() where free_factor is increased for subsequent
3799          * frees.
3800          */
3801         pcp->free_factor >>= 1;
3802         list = &pcp->lists[order_to_pindex(migratetype, order)];
3803         page = __rmqueue_pcplist(zone, order, migratetype, alloc_flags, pcp, list);
3804         pcp_spin_unlock_irqrestore(pcp, flags);
3805         pcp_trylock_finish(UP_flags);
3806         if (page) {
3807                 __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
3808                 zone_statistics(preferred_zone, zone, 1);
3809         }
3810         return page;
3811 }
3812
3813 /*
3814  * Allocate a page from the given zone.
3815  * Use pcplists for THP or "cheap" high-order allocations.
3816  */
3817
3818 /*
3819  * Do not instrument rmqueue() with KMSAN. This function may call
3820  * __msan_poison_alloca() through a call to set_pfnblock_flags_mask().
3821  * If __msan_poison_alloca() attempts to allocate pages for the stack depot, it
3822  * may call rmqueue() again, which will result in a deadlock.
3823  */
3824 __no_sanitize_memory
3825 static inline
3826 struct page *rmqueue(struct zone *preferred_zone,
3827                         struct zone *zone, unsigned int order,
3828                         gfp_t gfp_flags, unsigned int alloc_flags,
3829                         int migratetype)
3830 {
3831         struct page *page;
3832
3833         /*
3834          * We most definitely don't want callers attempting to
3835          * allocate greater than order-1 page units with __GFP_NOFAIL.
3836          */
3837         WARN_ON_ONCE((gfp_flags & __GFP_NOFAIL) && (order > 1));
3838
3839         if (likely(pcp_allowed_order(order))) {
3840                 /*
3841                  * MIGRATE_MOVABLE pcplist could have the pages on CMA area and
3842                  * we need to skip it when CMA area isn't allowed.
3843                  */
3844                 if (!IS_ENABLED(CONFIG_CMA) || alloc_flags & ALLOC_CMA ||
3845                                 migratetype != MIGRATE_MOVABLE) {
3846                         page = rmqueue_pcplist(preferred_zone, zone, order,
3847                                         migratetype, alloc_flags);
3848                         if (likely(page))
3849                                 goto out;
3850                 }
3851         }
3852
3853         page = rmqueue_buddy(preferred_zone, zone, order, alloc_flags,
3854                                                         migratetype);
3855
3856 out:
3857         /* Separate test+clear to avoid unnecessary atomics */
3858         if (unlikely(test_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags))) {
3859                 clear_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
3860                 wakeup_kswapd(zone, 0, 0, zone_idx(zone));
3861         }
3862
3863         VM_BUG_ON_PAGE(page && bad_range(zone, page), page);
3864         return page;
3865 }
3866
3867 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
3868
3869 static struct {
3870         struct fault_attr attr;
3871
3872         bool ignore_gfp_highmem;
3873         bool ignore_gfp_reclaim;
3874         u32 min_order;
3875 } fail_page_alloc = {
3876         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
3877         .ignore_gfp_reclaim = true,
3878         .ignore_gfp_highmem = true,
3879         .min_order = 1,
3880 };
3881
3882 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
3883 {
3884         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
3885 }
3886 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
3887
3888 static bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3889 {
3890         int flags = 0;
3891
3892         if (order < fail_page_alloc.min_order)
3893                 return false;
3894         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3895                 return false;
3896         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
3897                 return false;
3898         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim &&
3899                         (gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3900                 return false;
3901
3902         /* See comment in __should_failslab() */
3903         if (gfp_mask & __GFP_NOWARN)
3904                 flags |= FAULT_NOWARN;
3905
3906         return should_fail_ex(&fail_page_alloc.attr, 1 << order, flags);
3907 }
3908
3909 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
3910
3911 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
3912 {
3913         umode_t mode = S_IFREG | 0600;
3914         struct dentry *dir;
3915
3916         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
3917                                         &fail_page_alloc.attr);
3918
3919         debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
3920                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim);
3921         debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
3922                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem);
3923         debugfs_create_u32("min-order", mode, dir, &fail_page_alloc.min_order);
3924
3925         return 0;
3926 }
3927
3928 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
3929
3930 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
3931
3932 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3933
3934 static inline bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3935 {
3936         return false;
3937 }
3938
3939 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3940
3941 noinline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3942 {
3943         return __should_fail_alloc_page(gfp_mask, order);
3944 }
3945 ALLOW_ERROR_INJECTION(should_fail_alloc_page, TRUE);
3946
3947 static inline long __zone_watermark_unusable_free(struct zone *z,
3948                                 unsigned int order, unsigned int alloc_flags)
3949 {
3950         const bool alloc_harder = (alloc_flags & (ALLOC_HARDER|ALLOC_OOM));
3951         long unusable_free = (1 << order) - 1;
3952
3953         /*
3954          * If the caller does not have rights to ALLOC_HARDER then subtract
3955          * the high-atomic reserves. This will over-estimate the size of the
3956          * atomic reserve but it avoids a search.
3957          */
3958         if (likely(!alloc_harder))
3959                 unusable_free += z->nr_reserved_highatomic;
3960
3961 #ifdef CONFIG_CMA
3962         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
3963         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
3964                 unusable_free += zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
3965 #endif
3966
3967         return unusable_free;
3968 }
3969
3970 /*
3971  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
3972  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
3973  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
3974  * to check in the allocation paths if no pages are free.
3975  */
3976 bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3977                          int highest_zoneidx, unsigned int alloc_flags,
3978                          long free_pages)
3979 {
3980         long min = mark;
3981         int o;
3982         const bool alloc_harder = (alloc_flags & (ALLOC_HARDER|ALLOC_OOM));
3983
3984         /* free_pages may go negative - that's OK */
3985         free_pages -= __zone_watermark_unusable_free(z, order, alloc_flags);
3986
3987         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
3988                 min -= min / 2;
3989
3990         if (unlikely(alloc_harder)) {
3991                 /*
3992                  * OOM victims can try even harder than normal ALLOC_HARDER
3993                  * users on the grounds that it's definitely going to be in
3994                  * the exit path shortly and free memory. Any allocation it
3995                  * makes during the free path will be small and short-lived.
3996                  */
3997                 if (alloc_flags & ALLOC_OOM)
3998                         min -= min / 2;
3999                 else
4000                         min -= min / 4;
4001         }
4002
4003         /*
4004          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
4005          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
4006          * even if a suitable page happened to be free.
4007          */
4008         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[highest_zoneidx])
4009                 return false;
4010
4011         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
4012         if (!order)
4013                 return true;
4014
4015         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
4016         for (o = order; o < MAX_ORDER; o++) {
4017                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
4018                 int mt;
4019
4020                 if (!area->nr_free)
4021                         continue;
4022
4023                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
4024                         if (!free_area_empty(area, mt))
4025                                 return true;
4026                 }
4027
4028 #ifdef CONFIG_CMA
4029                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
4030                     !free_area_empty(area, MIGRATE_CMA)) {
4031                         return true;
4032                 }
4033 #endif
4034                 if (alloc_harder && !free_area_empty(area, MIGRATE_HIGHATOMIC))
4035                         return true;
4036         }
4037         return false;
4038 }
4039
4040 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
4041                       int highest_zoneidx, unsigned int alloc_flags)
4042 {
4043         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, alloc_flags,
4044                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
4045 }
4046
4047 static inline bool zone_watermark_fast(struct zone *z, unsigned int order,
4048                                 unsigned long mark, int highest_zoneidx,
4049                                 unsigned int alloc_flags, gfp_t gfp_mask)
4050 {
4051         long free_pages;
4052
4053         free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
4054
4055         /*
4056          * Fast check for order-0 only. If this fails then the reserves
4057          * need to be calculated.
4058          */
4059         if (!order) {
4060                 long usable_free;
4061                 long reserved;
4062
4063                 usable_free = free_pages;
4064                 reserved = __zone_watermark_unusable_free(z, 0, alloc_flags);
4065
4066                 /* reserved may over estimate high-atomic reserves. */
4067                 usable_free -= min(usable_free, reserved);
4068                 if (usable_free > mark + z->lowmem_reserve[highest_zoneidx])
4069                         return true;
4070         }
4071
4072         if (__zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, alloc_flags,
4073                                         free_pages))
4074                 return true;
4075         /*
4076          * Ignore watermark boosting for GFP_ATOMIC order-0 allocations
4077          * when checking the min watermark. The min watermark is the
4078          * point where boosting is ignored so that kswapd is woken up
4079          * when below the low watermark.
4080          */
4081         if (unlikely(!order && (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) && z->watermark_boost
4082                 && ((alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK) == WMARK_MIN))) {
4083                 mark = z->_watermark[WMARK_MIN];
4084                 return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx,
4085                                         alloc_flags, free_pages);
4086         }
4087
4088         return false;
4089 }
4090
4091 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
4092                         unsigned long mark, int highest_zoneidx)
4093 {
4094         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
4095
4096         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
4097                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
4098
4099         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, 0,
4100                                                                 free_pages);
4101 }
4102
4103 #ifdef CONFIG_NUMA
4104 int __read_mostly node_reclaim_distance = RECLAIM_DISTANCE;
4105
4106 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
4107 {
4108         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <=
4109                                 node_reclaim_distance;
4110 }
4111 #else   /* CONFIG_NUMA */
4112 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
4113 {
4114         return true;
4115 }
4116 #endif  /* CONFIG_NUMA */
4117
4118 /*
4119  * The restriction on ZONE_DMA32 as being a suitable zone to use to avoid
4120  * fragmentation is subtle. If the preferred zone was HIGHMEM then
4121  * premature use of a lower zone may cause lowmem pressure problems that
4122  * are worse than fragmentation. If the next zone is ZONE_DMA then it is
4123  * probably too small. It only makes sense to spread allocations to avoid
4124  * fragmentation between the Normal and DMA32 zones.
4125  */
4126 static inline unsigned int
4127 alloc_flags_nofragment(struct zone *zone, gfp_t gfp_mask)
4128 {
4129         unsigned int alloc_flags;
4130
4131         /*
4132          * __GFP_KSWAPD_RECLAIM is assumed to be the same as ALLOC_KSWAPD
4133          * to save a branch.
4134          */
4135         alloc_flags = (__force int) (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM);
4136
4137 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
4138         if (!zone)
4139                 return alloc_flags;
4140
4141         if (zone_idx(zone) != ZONE_NORMAL)
4142                 return alloc_flags;
4143
4144         /*
4145          * If ZONE_DMA32 exists, assume it is the one after ZONE_NORMAL and
4146          * the pointer is within zone->zone_pgdat->node_zones[]. Also assume
4147          * on UMA that if Normal is populated then so is DMA32.
4148          */
4149         BUILD_BUG_ON(ZONE_NORMAL - ZONE_DMA32 != 1);
4150         if (nr_online_nodes > 1 && !populated_zone(--zone))
4151                 return alloc_flags;
4152
4153         alloc_flags |= ALLOC_NOFRAGMENT;
4154 #endif /* CONFIG_ZONE_DMA32 */
4155         return alloc_flags;
4156 }
4157
4158 /* Must be called after current_gfp_context() which can change gfp_mask */
4159 static inline unsigned int gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_t gfp_mask,
4160                                                   unsigned int alloc_flags)
4161 {
4162 #ifdef CONFIG_CMA
4163         if (gfp_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
4164                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
4165 #endif
4166         return alloc_flags;
4167 }
4168
4169 /*
4170  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
4171  * a page.
4172  */
4173 static struct page *
4174 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
4175                                                 const struct alloc_context *ac)
4176 {
4177         struct zoneref *z;
4178         struct zone *zone;
4179         struct pglist_data *last_pgdat = NULL;
4180         bool last_pgdat_dirty_ok = false;
4181         bool no_fallback;
4182
4183 retry:
4184         /*
4185          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
4186          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cgroup/cpuset.c.
4187          */
4188         no_fallback = alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT;
4189         z = ac->preferred_zoneref;
4190         for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->highest_zoneidx,
4191                                         ac->nodemask) {
4192                 struct page *page;
4193                 unsigned long mark;
4194
4195                 if (cpusets_enabled() &&
4196                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
4197                         !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
4198                                 continue;
4199                 /*
4200                  * When allocating a page cache page for writing, we
4201                  * want to get it from a node that is within its dirty
4202                  * limit, such that no single node holds more than its
4203                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
4204                  * The dirty limits take into account the node's
4205                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
4206                  * should be able to balance it without having to
4207                  * write pages from its LRU list.
4208                  *
4209                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
4210                  * exceed the per-node dirty limit in the slowpath
4211                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
4212                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
4213                  * nodes are together not big enough to reach the
4214                  * global limit.  The proper fix for these situations
4215                  * will require awareness of nodes in the
4216                  * dirty-throttling and the flusher threads.
4217                  */
4218                 if (ac->spread_dirty_pages) {
4219                         if (last_pgdat != zone->zone_pgdat) {
4220                                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
4221                                 last_pgdat_dirty_ok = node_dirty_ok(zone->zone_pgdat);
4222                         }
4223
4224                         if (!last_pgdat_dirty_ok)
4225                                 continue;
4226                 }
4227
4228                 if (no_fallback && nr_online_nodes > 1 &&
4229                     zone != ac->preferred_zoneref->zone) {
4230                         int local_nid;
4231
4232                         /*
4233                          * If moving to a remote node, retry but allow
4234                          * fragmenting fallbacks. Locality is more important
4235                          * than fragmentation avoidance.
4236                          */
4237                         local_nid = zone_to_nid(ac->preferred_zoneref->zone);
4238                         if (zone_to_nid(zone) != local_nid) {
4239                                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
4240                                 goto retry;
4241                         }
4242                 }
4243
4244                 mark = wmark_pages(zone, alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK);
4245                 if (!zone_watermark_fast(zone, order, mark,
4246                                        ac->highest_zoneidx, alloc_flags,
4247                                        gfp_mask)) {
4248                         int ret;
4249
4250 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
4251                         /*
4252                          * Watermark failed for this zone, but see if we can
4253                          * grow this zone if it contains deferred pages.
4254                          */
4255                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
4256                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
4257                                         goto try_this_zone;
4258                         }
4259 #endif
4260                         /* Checked here to keep the fast path fast */
4261                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
4262                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
4263                                 goto try_this_zone;
4264
4265                         if (!node_reclaim_enabled() ||
4266                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zoneref->zone, zone))
4267                                 continue;
4268
4269                         ret = node_reclaim(zone->zone_pgdat, gfp_mask, order);
4270                         switch (ret) {
4271                         case NODE_RECLAIM_NOSCAN:
4272                                 /* did not scan */
4273                                 continue;
4274                         case NODE_RECLAIM_FULL:
4275                                 /* scanned but unreclaimable */
4276                                 continue;
4277                         default:
4278                                 /* did we reclaim enough */
4279                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
4280                                         ac->highest_zoneidx, alloc_flags))
4281                                         goto try_this_zone;
4282
4283                                 continue;
4284                         }
4285                 }
4286
4287 try_this_zone:
4288                 page = rmqueue(ac->preferred_zoneref->zone, zone, order,
4289                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
4290                 if (page) {
4291                         prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
4292
4293                         /*
4294                          * If this is a high-order atomic allocation then check
4295                          * if the pageblock should be reserved for the future
4296                          */
4297                         if (unlikely(order && (alloc_flags & ALLOC_HARDER)))
4298                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone, order);
4299
4300                         return page;
4301                 } else {
4302 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
4303                         /* Try again if zone has deferred pages */
4304                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
4305                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
4306                                         goto try_this_zone;
4307                         }
4308 #endif
4309                 }
4310         }
4311
4312         /*
4313          * It's possible on a UMA machine to get through all zones that are
4314          * fragmented. If avoiding fragmentation, reset and try again.
4315          */
4316         if (no_fallback) {
4317                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
4318                 goto retry;
4319         }
4320
4321         return NULL;
4322 }
4323
4324 static void warn_alloc_show_mem(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
4325 {
4326         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
4327
4328         /*
4329          * This documents exceptions given to allocations in certain
4330          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
4331          * of allowed nodes.
4332          */
4333         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4334                 if (tsk_is_oom_victim(current) ||
4335                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
4336                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
4337         if (!in_task() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
4338                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
4339
4340         __show_mem(filter, nodemask, gfp_zone(gfp_mask));
4341 }
4342
4343 void warn_alloc(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask, const char *fmt, ...)
4344 {
4345         struct va_format vaf;
4346         va_list args;
4347         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs, 10*HZ, 1);
4348
4349         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) ||
4350              !__ratelimit(&nopage_rs) ||
4351              ((gfp_mask & __GFP_DMA) && !has_managed_dma()))
4352                 return;
4353
4354         va_start(args, fmt);
4355         vaf.fmt = fmt;
4356         vaf.va = &args;
4357         pr_warn("%s: %pV, mode:%#x(%pGg), nodemask=%*pbl",
4358                         current->comm, &vaf, gfp_mask, &gfp_mask,
4359                         nodemask_pr_args(nodemask));
4360         va_end(args);
4361
4362         cpuset_print_current_mems_allowed();
4363         pr_cont("\n");
4364         dump_stack();
4365         warn_alloc_show_mem(gfp_mask, nodemask);
4366 }
4367
4368 static inline struct page *
4369 __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4370                               unsigned int alloc_flags,
4371                               const struct alloc_context *ac)
4372 {
4373         struct page *page;
4374
4375         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
4376                         alloc_flags|ALLOC_CPUSET, ac);
4377         /*
4378          * fallback to ignore cpuset restriction if our nodes
4379          * are depleted
4380          */
4381         if (!page)
4382                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
4383                                 alloc_flags, ac);
4384
4385         return page;
4386 }
4387
4388 static inline struct page *
4389 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4390         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
4391 {
4392         struct oom_control oc = {
4393                 .zonelist = ac->zonelist,
4394                 .nodemask = ac->nodemask,
4395                 .memcg = NULL,
4396                 .gfp_mask = gfp_mask,
4397                 .order = order,
4398         };
4399         struct page *page;
4400
4401         *did_some_progress = 0;
4402
4403         /*
4404          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
4405          * making progress for us.
4406          */
4407         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
4408                 *did_some_progress = 1;
4409                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
4410                 return NULL;
4411         }
4412
4413         /*
4414          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
4415          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
4416          * we're still under heavy pressure. But make sure that this reclaim
4417          * attempt shall not depend on __GFP_DIRECT_RECLAIM && !__GFP_NORETRY
4418          * allocation which will never fail due to oom_lock already held.
4419          */
4420         page = get_page_from_freelist((gfp_mask | __GFP_HARDWALL) &
4421                                       ~__GFP_DIRECT_RECLAIM, order,
4422                                       ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
4423         if (page)
4424                 goto out;
4425
4426         /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
4427         if (current->flags & PF_DUMPCORE)
4428                 goto out;
4429         /* The OOM killer will not help higher order allocs */
4430         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4431                 goto out;
4432         /*
4433          * We have already exhausted all our reclaim opportunities without any
4434          * success so it is time to admit defeat. We will skip the OOM killer
4435          * because it is very likely that the caller has a more reasonable
4436          * fallback than shooting a random task.
4437          *
4438          * The OOM killer may not free memory on a specific node.
4439          */
4440         if (gfp_mask & (__GFP_RETRY_MAYFAIL | __GFP_THISNODE))
4441                 goto out;
4442         /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
4443         if (ac->highest_zoneidx < ZONE_NORMAL)
4444                 goto out;
4445         if (pm_suspended_storage())
4446                 goto out;
4447         /*
4448          * XXX: GFP_NOFS allocations should rather fail than rely on
4449          * other request to make a forward progress.
4450          * We are in an unfortunate situation where out_of_memory cannot
4451          * do much for this context but let's try it to at least get
4452          * access to memory reserved if the current task is killed (see
4453          * out_of_memory). Once filesystems are ready to handle allocation
4454          * failures more gracefully we should just bail out here.
4455          */
4456
4457         /* Exhausted what can be done so it's blame time */
4458         if (out_of_memory(&oc) ||
4459             WARN_ON_ONCE_GFP(gfp_mask & __GFP_NOFAIL, gfp_mask)) {
4460                 *did_some_progress = 1;
4461
4462                 /*
4463                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
4464                  * reserves
4465                  */
4466                 if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
4467                         page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order,
4468                                         ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
4469         }
4470 out:
4471         mutex_unlock(&oom_lock);
4472         return page;
4473 }
4474
4475 /*
4476  * Maximum number of compaction retries with a progress before OOM
4477  * killer is consider as the only way to move forward.
4478  */
4479 #define MAX_COMPACT_RETRIES 16
4480
4481 #ifdef CONFIG_COMPACTION
4482 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
4483 static struct page *
4484 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4485                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4486                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
4487 {
4488         struct page *page = NULL;
4489         unsigned long pflags;
4490         unsigned int noreclaim_flag;
4491
4492         if (!order)
4493                 return NULL;
4494
4495         psi_memstall_enter(&pflags);
4496         delayacct_compact_start();
4497         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4498
4499         *compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4500                                                                 prio, &page);
4501
4502         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4503         psi_memstall_leave(&pflags);
4504         delayacct_compact_end();
4505
4506         if (*compact_result == COMPACT_SKIPPED)
4507                 return NULL;
4508         /*
4509          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
4510          * count a compaction stall
4511          */
4512         count_vm_event(COMPACTSTALL);
4513
4514         /* Prep a captured page if available */
4515         if (page)
4516                 prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
4517
4518         /* Try get a page from the freelist if available */
4519         if (!page)
4520                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4521
4522         if (page) {
4523                 struct zone *zone = page_zone(page);
4524
4525                 zone->compact_blockskip_flush = false;
4526                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
4527                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
4528                 return page;
4529         }
4530
4531         /*
4532          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
4533          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
4534          */
4535         count_vm_event(COMPACTFAIL);
4536
4537         cond_resched();
4538
4539         return NULL;
4540 }
4541
4542 static inline bool
4543 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, int order, int alloc_flags,
4544                      enum compact_result compact_result,
4545                      enum compact_priority *compact_priority,
4546                      int *compaction_retries)
4547 {
4548         int max_retries = MAX_COMPACT_RETRIES;
4549         int min_priority;
4550         bool ret = false;
4551         int retries = *compaction_retries;
4552         enum compact_priority priority = *compact_priority;
4553
4554         if (!order)
4555                 return false;
4556
4557         if (fatal_signal_pending(current))
4558                 return false;
4559
4560         if (compaction_made_progress(compact_result))
4561                 (*compaction_retries)++;
4562
4563         /*
4564          * compaction considers all the zone as desperately out of memory
4565          * so it doesn't really make much sense to retry except when the
4566          * failure could be caused by insufficient priority
4567          */
4568         if (compaction_failed(compact_result))
4569                 goto check_priority;
4570
4571         /*
4572          * compaction was skipped because there are not enough order-0 pages
4573          * to work with, so we retry only if it looks like reclaim can help.
4574          */
4575         if (compaction_needs_reclaim(compact_result)) {
4576                 ret = compaction_zonelist_suitable(ac, order, alloc_flags);
4577                 goto out;
4578         }
4579
4580         /*
4581          * make sure the compaction wasn't deferred or didn't bail out early
4582          * due to locks contention before we declare that we should give up.
4583          * But the next retry should use a higher priority if allowed, so
4584          * we don't just keep bailing out endlessly.
4585          */
4586         if (compaction_withdrawn(compact_result)) {
4587                 goto check_priority;
4588         }
4589
4590         /*
4591          * !costly requests are much more important than __GFP_RETRY_MAYFAIL
4592          * costly ones because they are de facto nofail and invoke OOM
4593          * killer to move on while costly can fail and users are ready
4594          * to cope with that. 1/4 retries is rather arbitrary but we
4595          * would need much more detailed feedback from compaction to
4596          * make a better decision.
4597          */
4598         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4599                 max_retries /= 4;
4600         if (*compaction_retries <= max_retries) {
4601                 ret = true;
4602                 goto out;
4603         }
4604
4605         /*
4606          * Make sure there are attempts at the highest priority if we exhausted
4607          * all retries or failed at the lower priorities.
4608          */
4609 check_priority:
4610         min_priority = (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) ?
4611                         MIN_COMPACT_COSTLY_PRIORITY : MIN_COMPACT_PRIORITY;
4612
4613         if (*compact_priority > min_priority) {
4614                 (*compact_priority)--;
4615                 *compaction_retries = 0;
4616                 ret = true;
4617         }
4618 out:
4619         trace_compact_retry(order, priority, compact_result, retries, max_retries, ret);
4620         return ret;
4621 }
4622 #else
4623 static inline struct page *
4624 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4625                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4626                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
4627 {
4628         *compact_result = COMPACT_SKIPPED;
4629         return NULL;
4630 }
4631
4632 static inline bool
4633 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, unsigned int order, int alloc_flags,
4634                      enum compact_result compact_result,
4635                      enum compact_priority *compact_priority,
4636                      int *compaction_retries)
4637 {
4638         struct zone *zone;
4639         struct zoneref *z;
4640
4641         if (!order || order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4642                 return false;
4643
4644         /*
4645          * There are setups with compaction disabled which would prefer to loop
4646          * inside the allocator rather than hit the oom killer prematurely.
4647          * Let's give them a good hope and keep retrying while the order-0
4648          * watermarks are OK.
4649          */
4650         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
4651                                 ac->highest_zoneidx, ac->nodemask) {
4652                 if (zone_watermark_ok(zone, 0, min_wmark_pages(zone),
4653                                         ac->highest_zoneidx, alloc_flags))
4654                         return true;
4655         }
4656         return false;
4657 }
4658 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
4659
4660 #ifdef CONFIG_LOCKDEP
4661 static struct lockdep_map __fs_reclaim_map =
4662         STATIC_LOCKDEP_MAP_INIT("fs_reclaim", &__fs_reclaim_map);
4663
4664 static bool __need_reclaim(gfp_t gfp_mask)
4665 {
4666         /* no reclaim without waiting on it */
4667         if (!(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
4668                 return false;
4669
4670         /* this guy won't enter reclaim */
4671         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4672                 return false;
4673
4674         if (gfp_mask & __GFP_NOLOCKDEP)
4675                 return false;
4676
4677         return true;
4678 }
4679
4680 void __fs_reclaim_acquire(unsigned long ip)
4681 {
4682         lock_acquire_exclusive(&__fs_reclaim_map, 0, 0, NULL, ip);
4683 }
4684
4685 void __fs_reclaim_release(unsigned long ip)
4686 {
4687         lock_release(&__fs_reclaim_map, ip);
4688 }
4689
4690 void fs_reclaim_acquire(gfp_t gfp_mask)
4691 {
4692         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4693
4694         if (__need_reclaim(gfp_mask)) {
4695                 if (gfp_mask & __GFP_FS)
4696                         __fs_reclaim_acquire(_RET_IP_);
4697
4698 #ifdef CONFIG_MMU_NOTIFIER
4699                 lock_map_acquire(&__mmu_notifier_invalidate_range_start_map);
4700                 lock_map_release(&__mmu_notifier_invalidate_range_start_map);
4701 #endif
4702
4703         }
4704 }
4705 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_acquire);
4706
4707 void fs_reclaim_release(gfp_t gfp_mask)
4708 {
4709         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4710
4711         if (__need_reclaim(gfp_mask)) {
4712                 if (gfp_mask & __GFP_FS)
4713                         __fs_reclaim_release(_RET_IP_);
4714         }
4715 }
4716 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_release);
4717 #endif
4718
4719 /*
4720  * Zonelists may change due to hotplug during allocation. Detect when zonelists
4721  * have been rebuilt so allocation retries. Reader side does not lock and
4722  * retries the allocation if zonelist changes. Writer side is protected by the
4723  * embedded spin_lock.
4724  */
4725 static DEFINE_SEQLOCK(zonelist_update_seq);
4726
4727 static unsigned int zonelist_iter_begin(void)
4728 {
4729         if (IS_ENABLED(CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE))
4730                 return read_seqbegin(&zonelist_update_seq);
4731
4732         return 0;
4733 }
4734
4735 static unsigned int check_retry_zonelist(unsigned int seq)
4736 {
4737         if (IS_ENABLED(CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE))
4738                 return read_seqretry(&zonelist_update_seq, seq);
4739
4740         return seq;
4741 }
4742
4743 /* Perform direct synchronous page reclaim */
4744 static unsigned long
4745 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4746                                         const struct alloc_context *ac)
4747 {
4748         unsigned int noreclaim_flag;
4749         unsigned long progress;
4750
4751         cond_resched();
4752
4753         /* We now go into synchronous reclaim */
4754         cpuset_memory_pressure_bump();
4755         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
4756         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4757
4758         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
4759                                                                 ac->nodemask);
4760
4761         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4762         fs_reclaim_release(gfp_mask);
4763
4764         cond_resched();
4765
4766         return progress;
4767 }
4768
4769 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
4770 static inline struct page *
4771 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4772                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4773                 unsigned long *did_some_progress)
4774 {
4775         struct page *page = NULL;
4776         unsigned long pflags;
4777         bool drained = false;
4778
4779         psi_memstall_enter(&pflags);
4780         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
4781         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
4782                 goto out;
4783
4784 retry:
4785         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4786
4787         /*
4788          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
4789          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
4790          * Shrink them and try again
4791          */
4792         if (!page && !drained) {
4793                 unreserve_highatomic_pageblock(ac, false);
4794                 drain_all_pages(NULL);
4795                 drained = true;
4796                 goto retry;
4797         }
4798 out:
4799         psi_memstall_leave(&pflags);
4800
4801         return page;
4802 }
4803
4804 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, gfp_t gfp_mask,
4805                              const struct alloc_context *ac)
4806 {
4807         struct zoneref *z;
4808         struct zone *zone;
4809         pg_data_t *last_pgdat = NULL;
4810         enum zone_type highest_zoneidx = ac->highest_zoneidx;
4811
4812         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, highest_zoneidx,
4813                                         ac->nodemask) {
4814                 if (!managed_zone(zone))
4815                         continue;
4816                 if (last_pgdat != zone->zone_pgdat) {
4817                         wakeup_kswapd(zone, gfp_mask, order, highest_zoneidx);
4818                         last_pgdat = zone->zone_pgdat;
4819                 }
4820         }
4821 }
4822
4823 static inline unsigned int
4824 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4825 {
4826         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
4827
4828         /*
4829          * __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH
4830          * and __GFP_KSWAPD_RECLAIM is assumed to be the same as ALLOC_KSWAPD
4831          * to save two branches.
4832          */
4833         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
4834         BUILD_BUG_ON(__GFP_KSWAPD_RECLAIM != (__force gfp_t) ALLOC_KSWAPD);
4835
4836         /*
4837          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
4838          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
4839          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
4840          * set both ALLOC_HARDER (__GFP_ATOMIC) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
4841          */
4842         alloc_flags |= (__force int)
4843                 (gfp_mask & (__GFP_HIGH | __GFP_KSWAPD_RECLAIM));
4844
4845         if (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) {
4846                 /*
4847                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
4848                  * if it can't schedule.
4849                  */
4850                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4851                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
4852                 /*
4853                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
4854                  * comment for __cpuset_node_allowed().
4855                  */
4856                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
4857         } else if (unlikely(rt_task(current)) && in_task())
4858                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
4859
4860         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, alloc_flags);
4861
4862         return alloc_flags;
4863 }
4864
4865 static bool oom_reserves_allowed(struct task_struct *tsk)
4866 {
4867         if (!tsk_is_oom_victim(tsk))
4868                 return false;
4869
4870         /*
4871          * !MMU doesn't have oom reaper so give access to memory reserves
4872          * only to the thread with TIF_MEMDIE set
4873          */
4874         if (!IS_ENABLED(CONFIG_MMU) && !test_thread_flag(TIF_MEMDIE))
4875                 return false;
4876
4877         return true;
4878 }
4879
4880 /*
4881  * Distinguish requests which really need access to full memory
4882  * reserves from oom victims which can live with a portion of it
4883  */
4884 static inline int __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4885 {
4886         if (unlikely(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4887                 return 0;
4888         if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
4889                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4890         if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
4891                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4892         if (!in_interrupt()) {
4893                 if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4894                         return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4895                 else if (oom_reserves_allowed(current))
4896                         return ALLOC_OOM;
4897         }
4898
4899         return 0;
4900 }
4901
4902 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
4903 {
4904         return !!__gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4905 }
4906
4907 /*
4908  * Checks whether it makes sense to retry the reclaim to make a forward progress
4909  * for the given allocation request.
4910  *
4911  * We give up when we either have tried MAX_RECLAIM_RETRIES in a row
4912  * without success, or when we couldn't even meet the watermark if we
4913  * reclaimed all remaining pages on the LRU lists.
4914  *
4915  * Returns true if a retry is viable or false to enter the oom path.
4916  */
4917 static inline bool
4918 should_reclaim_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned order,
4919                      struct alloc_context *ac, int alloc_flags,
4920                      bool did_some_progress, int *no_progress_loops)
4921 {
4922         struct zone *zone;
4923         struct zoneref *z;
4924         bool ret = false;
4925
4926         /*
4927          * Costly allocations might have made a progress but this doesn't mean
4928          * their order will become available due to high fragmentation so
4929          * always increment the no progress counter for them
4930          */
4931         if (did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4932                 *no_progress_loops = 0;
4933         else
4934                 (*no_progress_loops)++;
4935
4936         /*
4937          * Make sure we converge to OOM if we cannot make any progress
4938          * several times in the row.
4939          */
4940         if (*no_progress_loops > MAX_RECLAIM_RETRIES) {
4941                 /* Before OOM, exhaust highatomic_reserve */
4942                 return unreserve_highatomic_pageblock(ac, true);
4943         }
4944
4945         /*
4946          * Keep reclaiming pages while there is a chance this will lead
4947          * somewhere.  If none of the target zones can satisfy our allocation
4948          * request even if all reclaimable pages are considered then we are
4949          * screwed and have to go OOM.
4950          */
4951         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
4952                                 ac->highest_zoneidx, ac->nodemask) {
4953                 unsigned long available;
4954                 unsigned long reclaimable;
4955                 unsigned long min_wmark = min_wmark_pages(zone);
4956                 bool wmark;
4957
4958                 available = reclaimable = zone_reclaimable_pages(zone);
4959                 available += zone_page_state_snapshot(zone, NR_FREE_PAGES);
4960
4961                 /*
4962                  * Would the allocation succeed if we reclaimed all
4963                  * reclaimable pages?
4964                  */
4965                 wmark = __zone_watermark_ok(zone, order, min_wmark,
4966                                 ac->highest_zoneidx, alloc_flags, available);
4967                 trace_reclaim_retry_zone(z, order, reclaimable,
4968                                 available, min_wmark, *no_progress_loops, wmark);
4969                 if (wmark) {
4970                         ret = true;
4971                         break;
4972                 }
4973         }
4974
4975         /*
4976          * Memory allocation/reclaim might be called from a WQ context and the
4977          * current implementation of the WQ concurrency control doesn't
4978          * recognize that a particular WQ is congested if the worker thread is
4979          * looping without ever sleeping. Therefore we have to do a short sleep
4980          * here rather than calling cond_resched().
4981          */
4982         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
4983                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
4984         else
4985                 cond_resched();
4986         return ret;
4987 }
4988
4989 static inline bool
4990 check_retry_cpuset(int cpuset_mems_cookie, struct alloc_context *ac)
4991 {
4992         /*
4993          * It's possible that cpuset's mems_allowed and the nodemask from
4994          * mempolicy don't intersect. This should be normally dealt with by
4995          * policy_nodemask(), but it's possible to race with cpuset update in
4996          * such a way the check therein was true, and then it became false
4997          * before we got our cpuset_mems_cookie here.
4998          * This assumes that for all allocations, ac->nodemask can come only
4999          * from MPOL_BIND mempolicy (whose documented semantics is to be ignored
5000          * when it does not intersect with the cpuset restrictions) or the
5001          * caller can deal with a violated nodemask.
5002          */
5003         if (cpusets_enabled() && ac->nodemask &&
5004                         !cpuset_nodemask_valid_mems_allowed(ac->nodemask)) {
5005                 ac->nodemask = NULL;
5006                 return true;
5007         }
5008
5009         /*
5010          * When updating a task's mems_allowed or mempolicy nodemask, it is
5011          * possible to race with parallel threads in such a way that our
5012          * allocation can fail while the mask is being updated. If we are about
5013          * to fail, check if the cpuset changed during allocation and if so,
5014          * retry.
5015          */
5016         if (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))
5017                 return true;
5018
5019         return false;
5020 }
5021
5022 static inline struct page *
5023 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
5024                                                 struct alloc_context *ac)
5025 {
5026         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
5027         const bool costly_order = order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER;
5028         struct page *page = NULL;
5029         unsigned int alloc_flags;
5030         unsigned long did_some_progress;
5031         enum compact_priority compact_priority;
5032         enum compact_result compact_result;
5033         int compaction_retries;
5034         int no_progress_loops;
5035         unsigned int cpuset_mems_cookie;
5036         unsigned int zonelist_iter_cookie;
5037         int reserve_flags;
5038
5039         /*
5040          * We also sanity check to catch abuse of atomic reserves being used by
5041          * callers that are not in atomic context.
5042          */
5043         if (WARN_ON_ONCE((gfp_mask & (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)) ==
5044                                 (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)))
5045                 gfp_mask &= ~__GFP_ATOMIC;
5046
5047 restart:
5048         compaction_retries = 0;
5049         no_progress_loops = 0;
5050         compact_priority = DEF_COMPACT_PRIORITY;
5051         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
5052         zonelist_iter_cookie = zonelist_iter_begin();
5053
5054         /*
5055          * The fast path uses conservative alloc_flags to succeed only until
5056          * kswapd needs to be woken up, and to avoid the cost of setting up
5057          * alloc_flags precisely. So we do that now.
5058          */
5059         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
5060
5061         /*
5062          * We need to recalculate the starting point for the zonelist iterator
5063          * because we might have used different nodemask in the fast path, or
5064          * there was a cpuset modification and we are retrying - otherwise we
5065          * could end up iterating over non-eligible zones endlessly.
5066          */
5067         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
5068                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
5069         if (!ac->preferred_zoneref->zone)
5070                 goto nopage;
5071
5072         /*
5073          * Check for insane configurations where the cpuset doesn't contain
5074          * any suitable zone to satisfy the request - e.g. non-movable
5075          * GFP_HIGHUSER allocations from MOVABLE nodes only.
5076          */
5077         if (cpusets_insane_config() && (gfp_mask & __GFP_HARDWALL)) {
5078                 struct zoneref *z = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
5079                                         ac->highest_zoneidx,
5080                                         &cpuset_current_mems_allowed);
5081                 if (!z->zone)
5082                         goto nopage;
5083         }
5084
5085         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
5086                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
5087
5088         /*
5089          * The adjusted alloc_flags might result in immediate success, so try
5090          * that first
5091          */
5092         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
5093         if (page)
5094                 goto got_pg;
5095
5096         /*
5097          * For costly allocations, try direct compaction first, as it's likely
5098          * that we have enough base pages and don't need to reclaim. For non-
5099          * movable high-order allocations, do that as well, as compaction will
5100          * try prevent permanent fragmentation by migrating from blocks of the
5101          * same migratetype.
5102          * Don't try this for allocations that are allowed to ignore
5103          * watermarks, as the ALLOC_NO_WATERMARKS attempt didn't yet happen.
5104          */
5105         if (can_direct_reclaim &&
5106                         (costly_order ||
5107                            (order > 0 && ac->migratetype != MIGRATE_MOVABLE))
5108                         && !gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_mask)) {
5109                 page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order,
5110                                                 alloc_flags, ac,
5111                                                 INIT_COMPACT_PRIORITY,
5112                                                 &compact_result);
5113                 if (page)
5114                         goto got_pg;
5115
5116                 /*
5117                  * Checks for costly allocations with __GFP_NORETRY, which
5118                  * includes some THP page fault allocations
5119                  */
5120                 if (costly_order && (gfp_mask & __GFP_NORETRY)) {
5121                         /*
5122                          * If allocating entire pageblock(s) and compaction
5123                          * failed because all zones are below low watermarks
5124                          * or is prohibited because it recently failed at this
5125                          * order, fail immediately unless the allocator has
5126                          * requested compaction and reclaim retry.
5127                          *
5128                          * Reclaim is
5129                          *  - potentially very expensive because zones are far
5130                          *    below their low watermarks or this is part of very
5131                          *    bursty high order allocations,
5132                          *  - not guaranteed to help because isolate_freepages()
5133                          *    may not iterate over freed pages as part of its
5134                          *    linear scan, and
5135                          *  - unlikely to make entire pageblocks free on its
5136                          *    own.
5137                          */
5138                         if (compact_result == COMPACT_SKIPPED ||
5139                             compact_result == COMPACT_DEFERRED)
5140                                 goto nopage;
5141
5142                         /*
5143                          * Looks like reclaim/compaction is worth trying, but
5144                          * sync compaction could be very expensive, so keep
5145                          * using async compaction.
5146                          */
5147                         compact_priority = INIT_COMPACT_PRIORITY;
5148                 }
5149         }
5150
5151 retry:
5152         /* Ensure kswapd doesn't accidentally go to sleep as long as we loop */
5153         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
5154                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
5155
5156         reserve_flags = __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
5157         if (reserve_flags)
5158                 alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, reserve_flags) |
5159                                           (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD);
5160
5161         /*
5162          * Reset the nodemask and zonelist iterators if memory policies can be
5163          * ignored. These allocations are high priority and system rather than
5164          * user oriented.
5165          */
5166         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) || reserve_flags) {
5167                 ac->nodemask = NULL;
5168                 ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
5169                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
5170         }
5171
5172         /* Attempt with potentially adjusted zonelist and alloc_flags */
5173         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
5174         if (page)
5175                 goto got_pg;
5176
5177         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
5178         if (!can_direct_reclaim)
5179                 goto nopage;
5180
5181         /* Avoid recursion of direct reclaim */
5182         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
5183                 goto nopage;
5184
5185         /* Try direct reclaim and then allocating */
5186         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
5187                                                         &did_some_progress);
5188         if (page)
5189                 goto got_pg;
5190
5191         /* Try direct compaction and then allocating */
5192         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
5193                                         compact_priority, &compact_result);
5194         if (page)
5195                 goto got_pg;
5196
5197         /* Do not loop if specifically requested */
5198         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
5199                 goto nopage;
5200
5201         /*
5202          * Do not retry costly high order allocations unless they are
5203          * __GFP_RETRY_MAYFAIL
5204          */
5205         if (costly_order && !(gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL))
5206                 goto nopage;
5207
5208         if (should_reclaim_retry(gfp_mask, order, ac, alloc_flags,
5209                                  did_some_progress > 0, &no_progress_loops))
5210                 goto retry;
5211
5212         /*
5213          * It doesn't make any sense to retry for the compaction if the order-0
5214          * reclaim is not able to make any progress because the current
5215          * implementation of the compaction depends on the sufficient amount
5216          * of free memory (see __compaction_suitable)
5217          */
5218         if (did_some_progress > 0 &&
5219                         should_compact_retry(ac, order, alloc_flags,
5220                                 compact_result, &compact_priority,
5221                                 &compaction_retries))
5222                 goto retry;
5223
5224
5225         /*
5226          * Deal with possible cpuset update races or zonelist updates to avoid
5227          * a unnecessary OOM kill.
5228          */
5229         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac) ||
5230             check_retry_zonelist(zonelist_iter_cookie))
5231                 goto restart;
5232
5233         /* Reclaim has failed us, start killing things */
5234         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
5235         if (page)
5236                 goto got_pg;
5237
5238         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
5239         if (tsk_is_oom_victim(current) &&
5240             (alloc_flags & ALLOC_OOM ||
5241              (gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC)))
5242                 goto nopage;
5243
5244         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
5245         if (did_some_progress) {
5246                 no_progress_loops = 0;
5247                 goto retry;
5248         }
5249
5250 nopage:
5251         /*
5252          * Deal with possible cpuset update races or zonelist updates to avoid
5253          * a unnecessary OOM kill.
5254          */
5255         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac) ||
5256             check_retry_zonelist(zonelist_iter_cookie))
5257                 goto restart;
5258
5259         /*
5260          * Make sure that __GFP_NOFAIL request doesn't leak out and make sure
5261          * we always retry
5262          */
5263         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL) {
5264                 /*
5265                  * All existing users of the __GFP_NOFAIL are blockable, so warn
5266                  * of any new users that actually require GFP_NOWAIT
5267                  */
5268                 if (WARN_ON_ONCE_GFP(!can_direct_reclaim, gfp_mask))
5269                         goto fail;
5270
5271                 /*
5272                  * PF_MEMALLOC request from this context is rather bizarre
5273                  * because we cannot reclaim anything and only can loop waiting
5274                  * for somebody to do a work for us
5275                  */
5276                 WARN_ON_ONCE_GFP(current->flags & PF_MEMALLOC, gfp_mask);
5277
5278                 /*
5279                  * non failing costly orders are a hard requirement which we
5280                  * are not prepared for much so let's warn about these users
5281                  * so that we can identify them and convert them to something
5282                  * else.
5283                  */
5284                 WARN_ON_ONCE_GFP(costly_order, gfp_mask);
5285
5286                 /*
5287                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
5288                  * reserves but do not use ALLOC_NO_WATERMARKS because this
5289                  * could deplete whole memory reserves which would just make
5290                  * the situation worse
5291                  */
5292                 page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order, ALLOC_HARDER, ac);
5293                 if (page)
5294                         goto got_pg;
5295
5296                 cond_resched();
5297                 goto retry;
5298         }
5299 fail:
5300         warn_alloc(gfp_mask, ac->nodemask,
5301                         "page allocation failure: order:%u", order);
5302 got_pg:
5303         return page;
5304 }
5305
5306 static inline bool prepare_alloc_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
5307                 int preferred_nid, nodemask_t *nodemask,
5308                 struct alloc_context *ac, gfp_t *alloc_gfp,
5309                 unsigned int *alloc_flags)
5310 {
5311         ac->highest_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
5312         ac->zonelist = node_zonelist(preferred_nid, gfp_mask);
5313         ac->nodemask = nodemask;
5314         ac->migratetype = gfp_migratetype(gfp_mask);
5315
5316         if (cpusets_enabled()) {
5317                 *alloc_gfp |= __GFP_HARDWALL;
5318                 /*
5319                  * When we are in the interrupt context, it is irrelevant
5320                  * to the current task context. It means that any node ok.
5321                  */
5322                 if (in_task() && !ac->nodemask)
5323                         ac->nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
5324                 else
5325                         *alloc_flags |= ALLOC_CPUSET;
5326         }
5327
5328         might_alloc(gfp_mask);
5329
5330         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
5331                 return false;
5332
5333         *alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, *alloc_flags);
5334
5335         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
5336         ac->spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
5337
5338         /*
5339          * The preferred zone is used for statistics but crucially it is
5340          * also used as the starting point for the zonelist iterator. It
5341          * may get reset for allocations that ignore memory policies.
5342          */
5343         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
5344                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
5345
5346         return true;
5347 }
5348
5349 /*
5350  * __alloc_pages_bulk - Allocate a number of order-0 pages to a list or array
5351  * @gfp: GFP flags for the allocation
5352  * @preferred_nid: The preferred NUMA node ID to allocate from
5353  * @nodemask: Set of nodes to allocate from, may be NULL
5354  * @nr_pages: The number of pages desired on the list or array
5355  * @page_list: Optional list to store the allocated pages
5356  * @page_array: Optional array to store the pages
5357  *
5358  * This is a batched version of the page allocator that attempts to
5359  * allocate nr_pages quickly. Pages are added to page_list if page_list
5360  * is not NULL, otherwise it is assumed that the page_array is valid.
5361  *
5362  * For lists, nr_pages is the number of pages that should be allocated.
5363  *
5364  * For arrays, only NULL elements are populated with pages and nr_pages
5365  * is the maximum number of pages that will be stored in the array.
5366  *
5367  * Returns the number of pages on the list or array.
5368  */
5369 unsigned long __alloc_pages_bulk(gfp_t gfp, int preferred_nid,
5370                         nodemask_t *nodemask, int nr_pages,
5371                         struct list_head *page_list,
5372                         struct page **page_array)
5373 {
5374         struct page *page;
5375         unsigned long flags;
5376         unsigned long __maybe_unused UP_flags;
5377         struct zone *zone;
5378         struct zoneref *z;
5379         struct per_cpu_pages *pcp;
5380         struct list_head *pcp_list;
5381         struct alloc_context ac;
5382         gfp_t alloc_gfp;
5383         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
5384         int nr_populated = 0, nr_account = 0;
5385
5386         /*
5387          * Skip populated array elements to determine if any pages need
5388          * to be allocated before disabling IRQs.
5389          */
5390         while (page_array && nr_populated < nr_pages && page_array[nr_populated])
5391                 nr_populated++;
5392
5393         /* No pages requested? */
5394         if (unlikely(nr_pages <= 0))
5395                 goto out;
5396
5397         /* Already populated array? */
5398         if (unlikely(page_array && nr_pages - nr_populated == 0))
5399                 goto out;
5400
5401         /* Bulk allocator does not support memcg accounting. */
5402         if (memcg_kmem_enabled() && (gfp & __GFP_ACCOUNT))
5403                 goto failed;
5404
5405         /* Use the single page allocator for one page. */
5406         if (nr_pages - nr_populated == 1)
5407                 goto failed;
5408
5409 #ifdef CONFIG_PAGE_OWNER
5410         /*
5411          * PAGE_OWNER may recurse into the allocator to allocate space to
5412          * save the stack with pagesets.lock held. Releasing/reacquiring
5413          * removes much of the performance benefit of bulk allocation so
5414          * force the caller to allocate one page at a time as it'll have
5415          * similar performance to added complexity to the bulk allocator.
5416          */
5417         if (static_branch_unlikely(&page_owner_inited))
5418                 goto failed;
5419 #endif
5420
5421         /* May set ALLOC_NOFRAGMENT, fragmentation will return 1 page. */
5422         gfp &= gfp_allowed_mask;
5423         alloc_gfp = gfp;
5424         if (!prepare_alloc_pages(gfp, 0, preferred_nid, nodemask, &ac, &alloc_gfp, &alloc_flags))
5425                 goto out;
5426         gfp = alloc_gfp;
5427
5428         /* Find an allowed local zone that meets the low watermark. */
5429         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac.zonelist, ac.highest_zoneidx, ac.nodemask) {
5430                 unsigned long mark;
5431
5432                 if (cpusets_enabled() && (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
5433                     !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp)) {
5434                         continue;
5435                 }
5436
5437                 if (nr_online_nodes > 1 && zone != ac.preferred_zoneref->zone &&
5438                     zone_to_nid(zone) != zone_to_nid(ac.preferred_zoneref->zone)) {
5439                         goto failed;
5440                 }
5441
5442                 mark = wmark_pages(zone, alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK) + nr_pages;
5443                 if (zone_watermark_fast(zone, 0,  mark,
5444                                 zonelist_zone_idx(ac.preferred_zoneref),
5445                                 alloc_flags, gfp)) {
5446                         break;
5447                 }
5448         }
5449
5450         /*
5451          * If there are no allowed local zones that meets the watermarks then
5452          * try to allocate a single page and reclaim if necessary.
5453          */
5454         if (unlikely(!zone))
5455                 goto failed;
5456
5457         /* Is a parallel drain in progress? */
5458         pcp_trylock_prepare(UP_flags);
5459         pcp = pcp_spin_trylock_irqsave(zone->per_cpu_pageset, flags);
5460         if (!pcp)
5461                 goto failed_irq;
5462
5463         /* Attempt the batch allocation */
5464         pcp_list = &pcp->lists[order_to_pindex(ac.migratetype, 0)];
5465         while (nr_populated < nr_pages) {
5466
5467                 /* Skip existing pages */
5468                 if (page_array && page_array[nr_populated]) {
5469                         nr_populated++;
5470                         continue;
5471                 }
5472
5473                 page = __rmqueue_pcplist(zone, 0, ac.migratetype, alloc_flags,
5474                                                                 pcp, pcp_list);
5475                 if (unlikely(!page)) {
5476                         /* Try and allocate at least one page */
5477                         if (!nr_account) {
5478                                 pcp_spin_unlock_irqrestore(pcp, flags);
5479                                 goto failed_irq;
5480                         }
5481                         break;
5482                 }
5483                 nr_account++;
5484
5485                 prep_new_page(page, 0, gfp, 0);
5486                 if (page_list)
5487                         list_add(&page->lru, page_list);
5488                 else
5489                         page_array[nr_populated] = page;
5490                 nr_populated++;
5491         }
5492
5493         pcp_spin_unlock_irqrestore(pcp, flags);
5494         pcp_trylock_finish(UP_flags);
5495
5496         __count_zid_vm_events(PGALLOC, zone_idx(zone), nr_account);
5497         zone_statistics(ac.preferred_zoneref->zone, zone, nr_account);
5498
5499 out:
5500         return nr_populated;
5501
5502 failed_irq:
5503         pcp_trylock_finish(UP_flags);
5504
5505 failed:
5506         page = __alloc_pages(gfp, 0, preferred_nid, nodemask);
5507         if (page) {
5508                 if (page_list)
5509                         list_add(&page->lru, page_list);
5510                 else
5511                         page_array[nr_populated] = page;
5512                 nr_populated++;
5513         }
5514
5515         goto out;
5516 }
5517 EXPORT_SYMBOL_GPL(__alloc_pages_bulk);
5518
5519 /*
5520  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
5521  */
5522 struct page *__alloc_pages(gfp_t gfp, unsigned int order, int preferred_nid,
5523                                                         nodemask_t *nodemask)
5524 {
5525         struct page *page;
5526         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
5527         gfp_t alloc_gfp; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
5528         struct alloc_context ac = { };
5529
5530         /*
5531          * There are several places where we assume that the order value is sane
5532          * so bail out early if the request is out of bound.
5533          */
5534         if (WARN_ON_ONCE_GFP(order >= MAX_ORDER, gfp))
5535                 return NULL;
5536
5537         gfp &= gfp_allowed_mask;
5538         /*
5539          * Apply scoped allocation constraints. This is mainly about GFP_NOFS
5540          * resp. GFP_NOIO which has to be inherited for all allocation requests
5541          * from a particular context which has been marked by
5542          * memalloc_no{fs,io}_{save,restore}. And PF_MEMALLOC_PIN which ensures
5543          * movable zones are not used during allocation.
5544          */
5545         gfp = current_gfp_context(gfp);
5546         alloc_gfp = gfp;
5547         if (!prepare_alloc_pages(gfp, order, preferred_nid, nodemask, &ac,
5548                         &alloc_gfp, &alloc_flags))
5549                 return NULL;
5550
5551         /*
5552          * Forbid the first pass from falling back to types that fragment
5553          * memory until all local zones are considered.
5554          */
5555         alloc_flags |= alloc_flags_nofragment(ac.preferred_zoneref->zone, gfp);
5556
5557         /* First allocation attempt */
5558         page = get_page_from_freelist(alloc_gfp, order, alloc_flags, &ac);
5559         if (likely(page))
5560                 goto out;
5561
5562         alloc_gfp = gfp;
5563         ac.spread_dirty_pages = false;
5564
5565         /*
5566          * Restore the original nodemask if it was potentially replaced with
5567          * &cpuset_current_mems_allowed to optimize the fast-path attempt.
5568          */
5569         ac.nodemask = nodemask;
5570
5571         page = __alloc_pages_slowpath(alloc_gfp, order, &ac);
5572
5573 out:
5574         if (memcg_kmem_enabled() && (gfp & __GFP_ACCOUNT) && page &&
5575             unlikely(__memcg_kmem_charge_page(page, gfp, order) != 0)) {
5576                 __free_pages(page, order);
5577                 page = NULL;
5578         }
5579
5580         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_gfp, ac.migratetype);
5581         kmsan_alloc_page(page, order, alloc_gfp);
5582
5583         return page;
5584 }
5585 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages);
5586
5587 struct folio *__folio_alloc(gfp_t gfp, unsigned int order, int preferred_nid,
5588                 nodemask_t *nodemask)
5589 {
5590         struct page *page = __alloc_pages(gfp | __GFP_COMP, order,
5591                         preferred_nid, nodemask);
5592
5593         if (page && order > 1)
5594                 prep_transhuge_page(page);
5595         return (struct folio *)page;
5596 }
5597 EXPORT_SYMBOL(__folio_alloc);
5598
5599 /*
5600  * Common helper functions. Never use with __GFP_HIGHMEM because the returned
5601  * address cannot represent highmem pages. Use alloc_pages and then kmap if
5602  * you need to access high mem.
5603  */
5604 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
5605 {
5606         struct page *page;
5607
5608         page = alloc_pages(gfp_mask & ~__GFP_HIGHMEM, order);
5609         if (!page)
5610                 return 0;
5611         return (unsigned long) page_address(page);
5612 }
5613 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
5614
5615 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
5616 {
5617         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
5618 }
5619 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
5620
5621 /**
5622  * __free_pages - Free pages allocated with alloc_pages().
5623  * @page: The page pointer returned from alloc_pages().
5624  * @order: The order of the allocation.
5625  *
5626  * This function can free multi-page allocations that are not compound
5627  * pages.  It does not check that the @order passed in matches that of
5628  * the allocation, so it is easy to leak memory.  Freeing more memory
5629  * than was allocated will probably emit a warning.
5630  *
5631  * If the last reference to this page is speculative, it will be released
5632  * by put_page() which only frees the first page of a non-compound
5633  * allocation.  To prevent the remaining pages from being leaked, we free
5634  * the subsequent pages here.  If you want to use the page's reference
5635  * count to decide when to free the allocation, you should allocate a
5636  * compound page, and use put_page() instead of __free_pages().
5637  *
5638  * Context: May be called in interrupt context or while holding a normal
5639  * spinlock, but not in NMI context or while holding a raw spinlock.
5640  */
5641 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
5642 {
5643         if (put_page_testzero(page))
5644                 free_the_page(page, order);
5645         else if (!PageHead(page))
5646                 while (order-- > 0)
5647                         free_the_page(page + (1 << order), order);
5648 }
5649 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
5650
5651 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
5652 {
5653         if (addr != 0) {
5654                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
5655                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
5656         }
5657 }
5658
5659 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
5660
5661 /*
5662  * Page Fragment:
5663  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
5664  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
5665  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
5666  *
5667  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
5668  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
5669  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
5670  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
5671  */
5672 static struct page *__page_frag_cache_refill(struct page_frag_cache *nc,
5673                                              gfp_t gfp_mask)
5674 {
5675         struct page *page = NULL;
5676         gfp_t gfp = gfp_mask;
5677
5678 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
5679         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
5680                     __GFP_NOMEMALLOC;
5681         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
5682                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
5683         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
5684 #endif
5685         if (unlikely(!page))
5686                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
5687
5688         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
5689
5690         return page;
5691 }
5692
5693 void __page_frag_cache_drain(struct page *page, unsigned int count)
5694 {
5695         VM_BUG_ON_PAGE(page_ref_count(page) == 0, page);
5696
5697         if (page_ref_sub_and_test(page, count))
5698                 free_the_page(page, compound_order(page));
5699 }
5700 EXPORT_SYMBOL(__page_frag_cache_drain);
5701
5702 void *page_frag_alloc_align(struct page_frag_cache *nc,
5703                       unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask,
5704                       unsigned int align_mask)
5705 {
5706         unsigned int size = PAGE_SIZE;
5707         struct page *page;
5708         int offset;
5709
5710         if (unlikely(!nc->va)) {
5711 refill:
5712                 page = __page_frag_cache_refill(nc, gfp_mask);
5713                 if (!page)
5714                         return NULL;
5715
5716 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
5717                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
5718                 size = nc->size;
5719 #endif
5720                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
5721                  * This would break get_page_unless_zero() users.
5722                  */
5723                 page_ref_add(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE);
5724
5725                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
5726                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
5727                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
5728                 nc->offset = size;
5729         }
5730
5731         offset = nc->offset - fragsz;
5732         if (unlikely(offset < 0)) {
5733                 page = virt_to_page(nc->va);
5734
5735                 if (!page_ref_sub_and_test(page, nc->pagecnt_bias))
5736                         goto refill;
5737
5738                 if (unlikely(nc->pfmemalloc)) {
5739                         free_the_page(page, compound_order(page));
5740                         goto refill;
5741                 }
5742
5743 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
5744                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
5745                 size = nc->size;
5746 #endif
5747                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
5748                 set_page_count(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1);
5749
5750                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
5751                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
5752                 offset = size - fragsz;
5753                 if (unlikely(offset < 0)) {
5754                         /*
5755                          * The caller is trying to allocate a fragment
5756                          * with fragsz > PAGE_SIZE but the cache isn't big
5757                          * enough to satisfy the request, this may
5758                          * happen in low memory conditions.
5759                          * We don't release the cache page because
5760                          * it could make memory pressure worse
5761                          * so we simply return NULL here.
5762                          */
5763                         return NULL;
5764                 }
5765         }
5766
5767         nc->pagecnt_bias--;
5768         offset &= align_mask;
5769         nc->offset = offset;
5770
5771         return nc->va + offset;
5772 }
5773 EXPORT_SYMBOL(page_frag_alloc_align);
5774
5775 /*
5776  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
5777  */
5778 void page_frag_free(void *addr)
5779 {
5780         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
5781
5782         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
5783                 free_the_page(page, compound_order(page));
5784 }
5785 EXPORT_SYMBOL(page_frag_free);
5786
5787 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
5788                 size_t size)
5789 {
5790         if (addr) {
5791                 unsigned long nr = DIV_ROUND_UP(size, PAGE_SIZE);
5792                 struct page *page = virt_to_page((void *)addr);
5793                 struct page *last = page + nr;
5794
5795                 split_page_owner(page, 1 << order);
5796                 split_page_memcg(page, 1 << order);
5797                 while (page < --last)
5798                         set_page_refcounted(last);
5799
5800                 last = page + (1UL << order);
5801                 for (page += nr; page < last; page++)
5802                         __free_pages_ok(page, 0, FPI_TO_TAIL);
5803         }
5804         return (void *)addr;
5805 }
5806
5807 /**
5808  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
5809  * @size: the number of bytes to allocate
5810  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
5811  *
5812  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
5813  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
5814  * allocate memory in power-of-two pages.
5815  *
5816  * This function is also limited by MAX_ORDER.
5817  *
5818  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
5819  *
5820  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
5821  */
5822 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
5823 {
5824         unsigned int order = get_order(size);
5825         unsigned long addr;
5826
5827         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & (__GFP_COMP | __GFP_HIGHMEM)))
5828                 gfp_mask &= ~(__GFP_COMP | __GFP_HIGHMEM);
5829
5830         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
5831         return make_alloc_exact(addr, order, size);
5832 }
5833 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
5834
5835 /**
5836  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
5837  *                         pages on a node.
5838  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
5839  * @size: the number of bytes to allocate
5840  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
5841  *
5842  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
5843  * back.
5844  *
5845  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
5846  */
5847 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
5848 {
5849         unsigned int order = get_order(size);
5850         struct page *p;
5851
5852         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & (__GFP_COMP | __GFP_HIGHMEM)))
5853                 gfp_mask &= ~(__GFP_COMP | __GFP_HIGHMEM);
5854
5855         p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
5856         if (!p)
5857                 return NULL;
5858         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
5859 }
5860
5861 /**
5862  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
5863  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
5864  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
5865  *
5866  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
5867  */
5868 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
5869 {
5870         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
5871         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
5872
5873         while (addr < end) {
5874                 free_page(addr);
5875                 addr += PAGE_SIZE;
5876         }
5877 }
5878 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
5879
5880 /**
5881  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
5882  * @offset: The zone index of the highest zone
5883  *
5884  * nr_free_zone_pages() counts the number of pages which are beyond the
5885  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
5886  * zone, the number of pages is calculated as:
5887  *
5888  *     nr_free_zone_pages = managed_pages - high_pages
5889  *
5890  * Return: number of pages beyond high watermark.
5891  */
5892 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
5893 {
5894         struct zoneref *z;
5895         struct zone *zone;
5896
5897         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
5898         unsigned long sum = 0;
5899
5900         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
5901
5902         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
5903                 unsigned long size = zone_managed_pages(zone);
5904                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
5905                 if (size > high)
5906                         sum += size - high;
5907         }
5908
5909         return sum;
5910 }
5911
5912 /**
5913  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
5914  *
5915  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
5916  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
5917  *
5918  * Return: number of pages beyond high watermark within ZONE_DMA and
5919  * ZONE_NORMAL.
5920  */
5921 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
5922 {
5923         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
5924 }
5925 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
5926
5927 static inline void show_node(struct zone *zone)
5928 {
5929         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
5930                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
5931 }
5932
5933 long si_mem_available(void)
5934 {
5935         long available;
5936         unsigned long pagecache;
5937         unsigned long wmark_low = 0;
5938         unsigned long pages[NR_LRU_LISTS];
5939         unsigned long reclaimable;
5940         struct zone *zone;
5941         int lru;
5942
5943         for (lru = LRU_BASE; lru < NR_LRU_LISTS; lru++)
5944                 pages[lru] = global_node_page_state(NR_LRU_BASE + lru);
5945
5946         for_each_zone(zone)
5947                 wmark_low += low_wmark_pages(zone);
5948
5949         /*
5950          * Estimate the amount of memory available for userspace allocations,
5951          * without causing swapping or OOM.
5952          */
5953         available = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES) - totalreserve_pages;
5954
5955         /*
5956          * Not all the page cache can be freed, otherwise the system will
5957          * start swapping or thrashing. Assume at least half of the page
5958          * cache, or the low watermark worth of cache, needs to stay.
5959          */
5960         pagecache = pages[LRU_ACTIVE_FILE] + pages[LRU_INACTIVE_FILE];
5961         pagecache -= min(pagecache / 2, wmark_low);
5962         available += pagecache;
5963
5964         /*
5965          * Part of the reclaimable slab and other kernel memory consists of
5966          * items that are in use, and cannot be freed. Cap this estimate at the
5967          * low watermark.
5968          */
5969         reclaimable = global_node_page_state_pages(NR_SLAB_RECLAIMABLE_B) +
5970                 global_node_page_state(NR_KERNEL_MISC_RECLAIMABLE);
5971         available += reclaimable - min(reclaimable / 2, wmark_low);
5972
5973         if (available < 0)
5974                 available = 0;
5975         return available;
5976 }
5977 EXPORT_SYMBOL_GPL(si_mem_available);
5978
5979 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
5980 {
5981         val->totalram = totalram_pages();
5982         val->sharedram = global_node_page_state(NR_SHMEM);
5983         val->freeram = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES);
5984         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
5985         val->totalhigh = totalhigh_pages();
5986         val->freehigh = nr_free_highpages();
5987         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
5988 }
5989
5990 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
5991
5992 #ifdef CONFIG_NUMA
5993 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
5994 {
5995         int zone_type;          /* needs to be signed */
5996         unsigned long managed_pages = 0;
5997         unsigned long managed_highpages = 0;
5998         unsigned long free_highpages = 0;
5999         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6000
6001         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
6002                 managed_pages += zone_managed_pages(&pgdat->node_zones[zone_type]);
6003         val->totalram = managed_pages;
6004         val->sharedram = node_page_state(pgdat, NR_SHMEM);
6005         val->freeram = sum_zone_node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
6006 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
6007         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++) {
6008                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
6009
6010                 if (is_highmem(zone)) {
6011                         managed_highpages += zone_managed_pages(zone);
6012                         free_highpages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
6013                 }
6014         }
6015         val->totalhigh = managed_highpages;
6016         val->freehigh = free_highpages;
6017 #else
6018         val->totalhigh = managed_highpages;
6019         val->freehigh = free_highpages;
6020 #endif
6021         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
6022 }
6023 #endif
6024
6025 /*
6026  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
6027  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
6028  */
6029 static bool show_mem_node_skip(unsigned int flags, int nid, nodemask_t *nodemask)
6030 {
6031         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
6032                 return false;
6033
6034         /*
6035          * no node mask - aka implicit memory numa policy. Do not bother with
6036          * the synchronization - read_mems_allowed_begin - because we do not
6037          * have to be precise here.
6038          */
6039         if (!nodemask)
6040                 nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
6041
6042         return !node_isset(nid, *nodemask);
6043 }
6044
6045 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
6046
6047 static void show_migration_types(unsigned char type)
6048 {
6049         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
6050                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
6051                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
6052                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
6053                 [MIGRATE_HIGHATOMIC]    = 'H',
6054 #ifdef CONFIG_CMA
6055                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
6056 #endif
6057 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
6058                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
6059 #endif
6060         };
6061         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
6062         char *p = tmp;
6063         int i;
6064
6065         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
6066                 if (type & (1 << i))
6067                         *p++ = types[i];
6068         }
6069
6070         *p = '\0';
6071         printk(KERN_CONT "(%s) ", tmp);
6072 }
6073
6074 static bool node_has_managed_zones(pg_data_t *pgdat, int max_zone_idx)
6075 {
6076         int zone_idx;
6077         for (zone_idx = 0; zone_idx <= max_zone_idx; zone_idx++)
6078                 if (zone_managed_pages(pgdat->node_zones + zone_idx))
6079                         return true;
6080         return false;
6081 }
6082
6083 /*
6084  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
6085  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
6086  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
6087  *
6088  * Bits in @filter:
6089  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
6090  *   cpuset.
6091  */
6092 void __show_free_areas(unsigned int filter, nodemask_t *nodemask, int max_zone_idx)
6093 {
6094         unsigned long free_pcp = 0;
6095         int cpu, nid;
6096         struct zone *zone;
6097         pg_data_t *pgdat;
6098
6099         for_each_populated_zone(zone) {
6100                 if (zone_idx(zone) > max_zone_idx)
6101                         continue;
6102                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
6103                         continue;
6104
6105                 for_each_online_cpu(cpu)
6106                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu)->count;
6107         }
6108
6109         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
6110                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
6111                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu\n"
6112                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
6113                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu\n"
6114                 " sec_pagetables:%lu bounce:%lu\n"
6115                 " kernel_misc_reclaimable:%lu\n"
6116                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
6117                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
6118                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
6119                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
6120                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
6121                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
6122                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
6123                 global_node_page_state(NR_UNEVICTABLE),
6124                 global_node_page_state(NR_FILE_DIRTY),
6125                 global_node_page_state(NR_WRITEBACK),
6126                 global_node_page_state_pages(NR_SLAB_RECLAIMABLE_B),
6127                 global_node_page_state_pages(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE_B),
6128                 global_node_page_state(NR_FILE_MAPPED),
6129                 global_node_page_state(NR_SHMEM),
6130                 global_node_page_state(NR_PAGETABLE),
6131                 global_node_page_state(NR_SECONDARY_PAGETABLE),
6132                 global_zone_page_state(NR_BOUNCE),
6133                 global_node_page_state(NR_KERNEL_MISC_RECLAIMABLE),
6134                 global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES),
6135                 free_pcp,
6136                 global_zone_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
6137
6138         for_each_online_pgdat(pgdat) {
6139                 if (show_mem_node_skip(filter, pgdat->node_id, nodemask))
6140                         continue;
6141                 if (!node_has_managed_zones(pgdat, max_zone_idx))
6142                         continue;
6143
6144                 printk("Node %d"
6145                         " active_anon:%lukB"
6146                         " inactive_anon:%lukB"
6147                         " active_file:%lukB"
6148                         " inactive_file:%lukB"
6149                         " unevictable:%lukB"
6150                         " isolated(anon):%lukB"
6151                         " isolated(file):%lukB"
6152                         " mapped:%lukB"
6153                         " dirty:%lukB"
6154                         " writeback:%lukB"
6155                         " shmem:%lukB"
6156 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
6157                         " shmem_thp: %lukB"
6158                         " shmem_pmdmapped: %lukB"
6159                         " anon_thp: %lukB"
6160 #endif
6161                         " writeback_tmp:%lukB"
6162                         " kernel_stack:%lukB"
6163 #ifdef CONFIG_SHADOW_CALL_STACK
6164                         " shadow_call_stack:%lukB"
6165 #endif
6166                         " pagetables:%lukB"
6167                         " sec_pagetables:%lukB"
6168                         " all_unreclaimable? %s"
6169                         "\n",
6170                         pgdat->node_id,
6171                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_ANON)),
6172                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON)),
6173                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE)),
6174                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE)),
6175                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNEVICTABLE)),
6176                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON)),
6177                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_FILE)),
6178                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_MAPPED)),
6179                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_DIRTY)),
6180                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK)),
6181                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM)),
6182 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
6183                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_THPS)),
6184                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_PMDMAPPED)),
6185                         K(node_page_state(pgdat, NR_ANON_THPS)),
6186 #endif
6187                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK_TEMP)),
6188                         node_page_state(pgdat, NR_KERNEL_STACK_KB),
6189 #ifdef CONFIG_SHADOW_CALL_STACK
6190                         node_page_state(pgdat, NR_KERNEL_SCS_KB),
6191 #endif
6192                         K(node_page_state(pgdat, NR_PAGETABLE)),
6193                         K(node_page_state(pgdat, NR_SECONDARY_PAGETABLE)),
6194                         pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES ?
6195                                 "yes" : "no");
6196         }
6197
6198         for_each_populated_zone(zone) {
6199                 int i;
6200
6201                 if (zone_idx(zone) > max_zone_idx)
6202                         continue;
6203                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
6204                         continue;
6205
6206                 free_pcp = 0;
6207                 for_each_online_cpu(cpu)
6208                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu)->count;
6209
6210                 show_node(zone);
6211                 printk(KERN_CONT
6212                         "%s"
6213                         " free:%lukB"
6214                         " boost:%lukB"
6215                         " min:%lukB"
6216                         " low:%lukB"
6217                         " high:%lukB"
6218                         " reserved_highatomic:%luKB"
6219                         " active_anon:%lukB"
6220                         " inactive_anon:%lukB"
6221                         " active_file:%lukB"
6222                         " inactive_file:%lukB"
6223                         " unevictable:%lukB"
6224                         " writepending:%lukB"
6225                         " present:%lukB"
6226                         " managed:%lukB"
6227                         " mlocked:%lukB"
6228                         " bounce:%lukB"
6229                         " free_pcp:%lukB"
6230                         " local_pcp:%ukB"
6231                         " free_cma:%lukB"
6232                         "\n",
6233                         zone->name,
6234                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
6235                         K(zone->watermark_boost),
6236                         K(min_wmark_pages(zone)),
6237                         K(low_wmark_pages(zone)),
6238                         K(high_wmark_pages(zone)),
6239                         K(zone->nr_reserved_highatomic),
6240                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_ANON)),
6241                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_ANON)),
6242                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_FILE)),
6243                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_FILE)),
6244                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_UNEVICTABLE)),
6245                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_WRITE_PENDING)),
6246                         K(zone->present_pages),
6247                         K(zone_managed_pages(zone)),
6248                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
6249                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
6250                         K(free_pcp),
6251                         K(this_cpu_read(zone->per_cpu_pageset->count)),
6252                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)));
6253                 printk("lowmem_reserve[]:");
6254                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
6255                         printk(KERN_CONT " %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
6256                 printk(KERN_CONT "\n");
6257         }
6258
6259         for_each_populated_zone(zone) {
6260                 unsigned int order;
6261                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, total = 0;
6262                 unsigned char types[MAX_ORDER];
6263
6264                 if (zone_idx(zone) > max_zone_idx)
6265                         continue;
6266                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
6267                         continue;
6268                 show_node(zone);
6269                 printk(KERN_CONT "%s: ", zone->name);
6270
6271                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6272                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
6273                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
6274                         int type;
6275
6276                         nr[order] = area->nr_free;
6277                         total += nr[order] << order;
6278
6279                         types[order] = 0;
6280                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
6281                                 if (!free_area_empty(area, type))
6282                                         types[order] |= 1 << type;
6283                         }
6284                 }
6285                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6286                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
6287                         printk(KERN_CONT "%lu*%lukB ",
6288                                nr[order], K(1UL) << order);
6289                         if (nr[order])
6290                                 show_migration_types(types[order]);
6291                 }
6292                 printk(KERN_CONT "= %lukB\n", K(total));
6293         }
6294
6295         for_each_online_node(nid) {
6296                 if (show_mem_node_skip(filter, nid, nodemask))
6297                         continue;
6298                 hugetlb_show_meminfo_node(nid);
6299         }
6300
6301         printk("%ld total pagecache pages\n", global_node_page_state(NR_FILE_PAGES));
6302
6303         show_swap_cache_info();
6304 }
6305
6306 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
6307 {
6308         zoneref->zone = zone;
6309         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
6310 }
6311
6312 /*
6313  * Builds allocation fallback zone lists.
6314  *
6315  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
6316  */
6317 static int build_zonerefs_node(pg_data_t *pgdat, struct zoneref *zonerefs)
6318 {
6319         struct zone *zone;
6320         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
6321         int nr_zones = 0;
6322
6323         do {
6324                 zone_type--;
6325                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
6326                 if (populated_zone(zone)) {
6327                         zoneref_set_zone(zone, &zonerefs[nr_zones++]);
6328                         check_highest_zone(zone_type);
6329                 }
6330         } while (zone_type);
6331
6332         return nr_zones;
6333 }
6334
6335 #ifdef CONFIG_NUMA
6336
6337 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
6338 {
6339         /*
6340          * We used to support different zonelists modes but they turned
6341          * out to be just not useful. Let's keep the warning in place
6342          * if somebody still use the cmd line parameter so that we do
6343          * not fail it silently
6344          */
6345         if (!(*s == 'd' || *s == 'D' || *s == 'n' || *s == 'N')) {
6346                 pr_warn("Ignoring unsupported numa_zonelist_order value:  %s\n", s);
6347                 return -EINVAL;
6348         }
6349         return 0;
6350 }
6351
6352 char numa_zonelist_order[] = "Node";
6353
6354 /*
6355  * sysctl handler for numa_zonelist_order
6356  */
6357 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
6358                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6359 {
6360         if (write)
6361                 return __parse_numa_zonelist_order(buffer);
6362         return proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
6363 }
6364
6365
6366 static int node_load[MAX_NUMNODES];
6367
6368 /**
6369  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
6370  * @node: node whose fallback list we're appending
6371  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
6372  *
6373  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
6374  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
6375  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
6376  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
6377  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
6378  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
6379  * on them otherwise.
6380  *
6381  * Return: node id of the found node or %NUMA_NO_NODE if no node is found.
6382  */
6383 int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
6384 {
6385         int n, val;
6386         int min_val = INT_MAX;
6387         int best_node = NUMA_NO_NODE;
6388
6389         /* Use the local node if we haven't already */
6390         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
6391                 node_set(node, *used_node_mask);
6392                 return node;
6393         }
6394
6395         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
6396
6397                 /* Don't want a node to appear more than once */
6398                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
6399                         continue;
6400
6401                 /* Use the distance array to find the distance */
6402                 val = node_distance(node, n);
6403
6404                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
6405                 val += (n < node);
6406
6407                 /* Give preference to headless and unused nodes */
6408                 if (!cpumask_empty(cpumask_of_node(n)))
6409                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
6410
6411                 /* Slight preference for less loaded node */
6412                 val *= MAX_NUMNODES;
6413                 val += node_load[n];
6414
6415                 if (val < min_val) {
6416                         min_val = val;
6417                         best_node = n;
6418                 }
6419         }
6420
6421         if (best_node >= 0)
6422                 node_set(best_node, *used_node_mask);
6423
6424         return best_node;
6425 }
6426
6427
6428 /*
6429  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
6430  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
6431  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
6432  */
6433 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int *node_order,
6434                 unsigned nr_nodes)
6435 {
6436         struct zoneref *zonerefs;
6437         int i;
6438
6439         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
6440
6441         for (i = 0; i < nr_nodes; i++) {
6442                 int nr_zones;
6443
6444                 pg_data_t *node = NODE_DATA(node_order[i]);
6445
6446                 nr_zones = build_zonerefs_node(node, zonerefs);
6447                 zonerefs += nr_zones;
6448         }
6449         zonerefs->zone = NULL;
6450         zonerefs->zone_idx = 0;
6451 }
6452
6453 /*
6454  * Build gfp_thisnode zonelists
6455  */
6456 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
6457 {
6458         struct zoneref *zonerefs;
6459         int nr_zones;
6460
6461         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_NOFALLBACK]._zonerefs;
6462         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
6463         zonerefs += nr_zones;
6464         zonerefs->zone = NULL;
6465         zonerefs->zone_idx = 0;
6466 }
6467
6468 /*
6469  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
6470  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
6471  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
6472  * may still exist in local DMA zone.
6473  */
6474
6475 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
6476 {
6477         static int node_order[MAX_NUMNODES];
6478         int node, nr_nodes = 0;
6479         nodemask_t used_mask = NODE_MASK_NONE;
6480         int local_node, prev_node;
6481
6482         /* NUMA-aware ordering of nodes */
6483         local_node = pgdat->node_id;
6484         prev_node = local_node;
6485
6486         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
6487         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
6488                 /*
6489                  * We don't want to pressure a particular node.
6490                  * So adding penalty to the first node in same
6491                  * distance group to make it round-robin.
6492                  */
6493                 if (node_distance(local_node, node) !=
6494                     node_distance(local_node, prev_node))
6495                         node_load[node] += 1;
6496
6497                 node_order[nr_nodes++] = node;
6498                 prev_node = node;
6499         }
6500
6501         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node_order, nr_nodes);
6502         build_thisnode_zonelists(pgdat);
6503         pr_info("Fallback order for Node %d: ", local_node);
6504         for (node = 0; node < nr_nodes; node++)
6505                 pr_cont("%d ", node_order[node]);
6506         pr_cont("\n");
6507 }
6508
6509 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
6510 /*
6511  * Return node id of node used for "local" allocations.
6512  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
6513  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
6514  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
6515  */
6516 int local_memory_node(int node)
6517 {
6518         struct zoneref *z;
6519
6520         z = first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
6521                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
6522                                    NULL);
6523         return zone_to_nid(z->zone);
6524 }
6525 #endif
6526
6527 static void setup_min_unmapped_ratio(void);
6528 static void setup_min_slab_ratio(void);
6529 #else   /* CONFIG_NUMA */
6530
6531 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
6532 {
6533         int node, local_node;
6534         struct zoneref *zonerefs;
6535         int nr_zones;
6536
6537         local_node = pgdat->node_id;
6538
6539         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
6540         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
6541         zonerefs += nr_zones;
6542
6543         /*
6544          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
6545          * of all the other nodes.
6546          * We don't want to pressure a particular node, so when
6547          * building the zones for node N, we make sure that the
6548          * zones coming right after the local ones are those from
6549          * node N+1 (modulo N)
6550          */
6551         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
6552                 if (!node_online(node))
6553                         continue;
6554                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
6555                 zonerefs += nr_zones;
6556         }
6557         for (node = 0; node < local_node; node++) {
6558                 if (!node_online(node))
6559                         continue;
6560                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
6561                 zonerefs += nr_zones;
6562         }
6563
6564         zonerefs->zone = NULL;
6565         zonerefs->zone_idx = 0;
6566 }
6567
6568 #endif  /* CONFIG_NUMA */
6569
6570 /*
6571  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
6572  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
6573  * that an item put on a list will immediately be handed over to
6574  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
6575  * with interrupts disabled.
6576  *
6577  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
6578  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
6579  * hotplugged processors.
6580  *
6581  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
6582  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
6583  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
6584  */
6585 static void per_cpu_pages_init(struct per_cpu_pages *pcp, struct per_cpu_zonestat *pzstats);
6586 /* These effectively disable the pcplists in the boot pageset completely */
6587 #define BOOT_PAGESET_HIGH       0
6588 #define BOOT_PAGESET_BATCH      1
6589 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pages, boot_pageset);
6590 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_zonestat, boot_zonestats);
6591 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_nodestat, boot_nodestats);
6592
6593 static void __build_all_zonelists(void *data)
6594 {
6595         int nid;
6596         int __maybe_unused cpu;
6597         pg_data_t *self = data;
6598
6599         write_seqlock(&zonelist_update_seq);
6600
6601 #ifdef CONFIG_NUMA
6602         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
6603 #endif
6604
6605         /*
6606          * This node is hotadded and no memory is yet present.   So just
6607          * building zonelists is fine - no need to touch other nodes.
6608          */
6609         if (self && !node_online(self->node_id)) {
6610                 build_zonelists(self);
6611         } else {
6612                 /*
6613                  * All possible nodes have pgdat preallocated
6614                  * in free_area_init
6615                  */
6616                 for_each_node(nid) {
6617                         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6618
6619                         build_zonelists(pgdat);
6620                 }
6621
6622 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
6623                 /*
6624                  * We now know the "local memory node" for each node--
6625                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
6626                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
6627                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
6628                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
6629                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
6630                  */
6631                 for_each_online_cpu(cpu)
6632                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
6633 #endif
6634         }
6635
6636         write_sequnlock(&zonelist_update_seq);
6637 }
6638
6639 static noinline void __init
6640 build_all_zonelists_init(void)
6641 {
6642         int cpu;
6643
6644         __build_all_zonelists(NULL);
6645
6646         /*
6647          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
6648          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
6649          * each zone will be allocated later when the per cpu
6650          * allocator is available.
6651          *
6652          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
6653          * cpus if the system is already booted because the pagesets
6654          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
6655          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
6656          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
6657          * (a chicken-egg dilemma).
6658          */
6659         for_each_possible_cpu(cpu)
6660                 per_cpu_pages_init(&per_cpu(boot_pageset, cpu), &per_cpu(boot_zonestats, cpu));
6661
6662         mminit_verify_zonelist();
6663         cpuset_init_current_mems_allowed();
6664 }
6665
6666 /*
6667  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
6668  *
6669  * __ref due to call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
6670  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
6671  */
6672 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat)
6673 {
6674         unsigned long vm_total_pages;
6675
6676         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
6677                 build_all_zonelists_init();
6678         } else {
6679                 __build_all_zonelists(pgdat);
6680                 /* cpuset refresh routine should be here */
6681         }
6682         /* Get the number of free pages beyond high watermark in all zones. */
6683         vm_total_pages = nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
6684         /*
6685          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
6686          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
6687          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
6688          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
6689          * disabled and enable it later
6690          */
6691         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
6692                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
6693         else
6694                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
6695
6696         pr_info("Built %u zonelists, mobility grouping %s.  Total pages: %ld\n",
6697                 nr_online_nodes,
6698                 page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
6699                 vm_total_pages);
6700 #ifdef CONFIG_NUMA
6701         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
6702 #endif
6703 }
6704
6705 /* If zone is ZONE_MOVABLE but memory is mirrored, it is an overlapped init */
6706 static bool __meminit
6707 overlap_memmap_init(unsigned long zone, unsigned long *pfn)
6708 {
6709         static struct memblock_region *r;
6710
6711         if (mirrored_kernelcore && zone == ZONE_MOVABLE) {
6712                 if (!r || *pfn >= memblock_region_memory_end_pfn(r)) {
6713                         for_each_mem_region(r) {
6714                                 if (*pfn < memblock_region_memory_end_pfn(r))
6715                                         break;
6716                         }
6717                 }
6718                 if (*pfn >= memblock_region_memory_base_pfn(r) &&
6719                     memblock_is_mirror(r)) {
6720                         *pfn = memblock_region_memory_end_pfn(r);
6721                         return true;
6722                 }
6723         }
6724         return false;
6725 }
6726
6727 /*
6728  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
6729  * up by memblock_free_all() once the early boot process is
6730  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
6731  *
6732  * All aligned pageblocks are initialized to the specified migratetype
6733  * (usually MIGRATE_MOVABLE). Besides setting the migratetype, no related
6734  * zone stats (e.g., nr_isolate_pageblock) are touched.
6735  */
6736 void __meminit memmap_init_range(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
6737                 unsigned long start_pfn, unsigned long zone_end_pfn,
6738                 enum meminit_context context,
6739                 struct vmem_altmap *altmap, int migratetype)
6740 {
6741         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + size;
6742         struct page *page;
6743
6744         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
6745                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
6746
6747 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
6748         /*
6749          * Honor reservation requested by the driver for this ZONE_DEVICE
6750          * memory. We limit the total number of pages to initialize to just
6751          * those that might contain the memory mapping. We will defer the
6752          * ZONE_DEVICE page initialization until after we have released
6753          * the hotplug lock.
6754          */
6755         if (zone == ZONE_DEVICE) {
6756                 if (!altmap)
6757                         return;
6758
6759                 if (start_pfn == altmap->base_pfn)
6760                         start_pfn += altmap->reserve;
6761                 end_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
6762         }
6763 #endif
6764
6765         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; ) {
6766                 /*
6767                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s handed to this
6768                  * function.  They do not exist on hotplugged memory.
6769                  */
6770                 if (context == MEMINIT_EARLY) {
6771                         if (overlap_memmap_init(zone, &pfn))
6772                                 continue;
6773                         if (defer_init(nid, pfn, zone_end_pfn))
6774                                 break;
6775                 }
6776
6777                 page = pfn_to_page(pfn);
6778                 __init_single_page(page, pfn, zone, nid);
6779                 if (context == MEMINIT_HOTPLUG)
6780                         __SetPageReserved(page);
6781
6782                 /*
6783                  * Usually, we want to mark the pageblock MIGRATE_MOVABLE,
6784                  * such that unmovable allocations won't be scattered all
6785                  * over the place during system boot.
6786                  */
6787                 if (pageblock_aligned(pfn)) {
6788                         set_pageblock_migratetype(page, migratetype);
6789                         cond_resched();
6790                 }
6791                 pfn++;
6792         }
6793 }
6794
6795 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
6796 static void __ref __init_zone_device_page(struct page *page, unsigned long pfn,
6797                                           unsigned long zone_idx, int nid,
6798                                           struct dev_pagemap *pgmap)
6799 {
6800
6801         __init_single_page(page, pfn, zone_idx, nid);
6802
6803         /*
6804          * Mark page reserved as it will need to wait for onlining
6805          * phase for it to be fully associated with a zone.
6806          *
6807          * We can use the non-atomic __set_bit operation for setting
6808          * the flag as we are still initializing the pages.
6809          */
6810         __SetPageReserved(page);
6811
6812         /*
6813          * ZONE_DEVICE pages union ->lru with a ->pgmap back pointer
6814          * and zone_device_data.  It is a bug if a ZONE_DEVICE page is
6815          * ever freed or placed on a driver-private list.
6816          */
6817         page->pgmap = pgmap;
6818         page->zone_device_data = NULL;
6819
6820         /*
6821          * Mark the block movable so that blocks are reserved for
6822          * movable at startup. This will force kernel allocations
6823          * to reserve their blocks rather than leaking throughout
6824          * the address space during boot when many long-lived
6825          * kernel allocations are made.
6826          *
6827          * Please note that MEMINIT_HOTPLUG path doesn't clear memmap
6828          * because this is done early in section_activate()
6829          */
6830         if (pageblock_aligned(pfn)) {
6831                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
6832                 cond_resched();
6833         }
6834
6835         /*
6836          * ZONE_DEVICE pages are released directly to the driver page allocator
6837          * which will set the page count to 1 when allocating the page.
6838          */
6839         if (pgmap->type == MEMORY_DEVICE_PRIVATE ||
6840             pgmap->type == MEMORY_DEVICE_COHERENT)
6841                 set_page_count(page, 0);
6842 }
6843
6844 /*
6845  * With compound page geometry and when struct pages are stored in ram most
6846  * tail pages are reused. Consequently, the amount of unique struct pages to
6847  * initialize is a lot smaller that the total amount of struct pages being
6848  * mapped. This is a paired / mild layering violation with explicit knowledge
6849  * of how the sparse_vmemmap internals handle compound pages in the lack
6850  * of an altmap. See vmemmap_populate_compound_pages().
6851  */
6852 static inline unsigned long compound_nr_pages(struct vmem_altmap *altmap,
6853                                               unsigned long nr_pages)
6854 {
6855         return is_power_of_2(sizeof(struct page)) &&
6856                 !altmap ? 2 * (PAGE_SIZE / sizeof(struct page)) : nr_pages;
6857 }
6858
6859 static void __ref memmap_init_compound(struct page *head,
6860                                        unsigned long head_pfn,
6861                                        unsigned long zone_idx, int nid,
6862                                        struct dev_pagemap *pgmap,
6863                                        unsigned long nr_pages)
6864 {
6865         unsigned long pfn, end_pfn = head_pfn + nr_pages;
6866         unsigned int order = pgmap->vmemmap_shift;
6867
6868         __SetPageHead(head);
6869         for (pfn = head_pfn + 1; pfn < end_pfn; pfn++) {
6870                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
6871
6872                 __init_zone_device_page(page, pfn, zone_idx, nid, pgmap);
6873                 prep_compound_tail(head, pfn - head_pfn);
6874                 set_page_count(page, 0);
6875
6876                 /*
6877                  * The first tail page stores compound_mapcount_ptr() and
6878                  * compound_order() and the second tail page stores
6879                  * compound_pincount_ptr(). Call prep_compound_head() after
6880                  * the first and second tail pages have been initialized to
6881                  * not have the data overwritten.
6882                  */
6883                 if (pfn == head_pfn + 2)
6884                         prep_compound_head(head, order);
6885         }
6886 }
6887
6888 void __ref memmap_init_zone_device(struct zone *zone,
6889                                    unsigned long start_pfn,
6890                                    unsigned long nr_pages,
6891                                    struct dev_pagemap *pgmap)
6892 {
6893         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + nr_pages;
6894         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
6895         struct vmem_altmap *altmap = pgmap_altmap(pgmap);
6896         unsigned int pfns_per_compound = pgmap_vmemmap_nr(pgmap);
6897         unsigned long zone_idx = zone_idx(zone);
6898         unsigned long start = jiffies;
6899         int nid = pgdat->node_id;
6900
6901         if (WARN_ON_ONCE(!pgmap || zone_idx != ZONE_DEVICE))
6902                 return;
6903
6904         /*
6905          * The call to memmap_init should have already taken care
6906          * of the pages reserved for the memmap, so we can just jump to
6907          * the end of that region and start processing the device pages.
6908          */
6909         if (altmap) {
6910                 start_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
6911                 nr_pages = end_pfn - start_pfn;
6912         }
6913
6914         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn += pfns_per_compound) {
6915                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
6916
6917                 __init_zone_device_page(page, pfn, zone_idx, nid, pgmap);
6918
6919                 if (pfns_per_compound == 1)
6920                         continue;
6921
6922                 memmap_init_compound(page, pfn, zone_idx, nid, pgmap,
6923                                      compound_nr_pages(altmap, pfns_per_compound));
6924         }
6925
6926         pr_info("%s initialised %lu pages in %ums\n", __func__,
6927                 nr_pages, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
6928 }
6929
6930 #endif
6931 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
6932 {
6933         unsigned int order, t;
6934         for_each_migratetype_order(order, t) {
6935                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
6936                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
6937         }
6938 }
6939
6940 /*
6941  * Only struct pages that correspond to ranges defined by memblock.memory
6942  * are zeroed and initialized by going through __init_single_page() during
6943  * memmap_init_zone_range().
6944  *
6945  * But, there could be struct pages that correspond to holes in
6946  * memblock.memory. This can happen because of the following reasons:
6947  * - physical memory bank size is not necessarily the exact multiple of the
6948  *   arbitrary section size
6949  * - early reserved memory may not be listed in memblock.memory
6950  * - memory layouts defined with memmap= kernel parameter may not align
6951  *   nicely with memmap sections
6952  *
6953  * Explicitly initialize those struct pages so that:
6954  * - PG_Reserved is set
6955  * - zone and node links point to zone and node that span the page if the
6956  *   hole is in the middle of a zone
6957  * - zone and node links point to adjacent zone/node if the hole falls on
6958  *   the zone boundary; the pages in such holes will be prepended to the
6959  *   zone/node above the hole except for the trailing pages in the last
6960  *   section that will be appended to the zone/node below.
6961  */
6962 static void __init init_unavailable_range(unsigned long spfn,
6963                                           unsigned long epfn,
6964                                           int zone, int node)
6965 {
6966         unsigned long pfn;
6967         u64 pgcnt = 0;
6968
6969         for (pfn = spfn; pfn < epfn; pfn++) {
6970                 if (!pfn_valid(pageblock_start_pfn(pfn))) {
6971                         pfn = pageblock_end_pfn(pfn) - 1;
6972                         continue;
6973                 }
6974                 __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zone, node);
6975                 __SetPageReserved(pfn_to_page(pfn));
6976                 pgcnt++;
6977         }
6978
6979         if (pgcnt)
6980                 pr_info("On node %d, zone %s: %lld pages in unavailable ranges",
6981                         node, zone_names[zone], pgcnt);
6982 }
6983
6984 static void __init memmap_init_zone_range(struct zone *zone,
6985                                           unsigned long start_pfn,
6986                                           unsigned long end_pfn,
6987                                           unsigned long *hole_pfn)
6988 {
6989         unsigned long zone_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
6990         unsigned long zone_end_pfn = zone_start_pfn + zone->spanned_pages;
6991         int nid = zone_to_nid(zone), zone_id = zone_idx(zone);
6992
6993         start_pfn = clamp(start_pfn, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6994         end_pfn = clamp(end_pfn, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6995
6996         if (start_pfn >= end_pfn)
6997                 return;
6998
6999         memmap_init_range(end_pfn - start_pfn, nid, zone_id, start_pfn,
7000                           zone_end_pfn, MEMINIT_EARLY, NULL, MIGRATE_MOVABLE);
7001
7002         if (*hole_pfn < start_pfn)
7003                 init_unavailable_range(*hole_pfn, start_pfn, zone_id, nid);
7004
7005         *hole_pfn = end_pfn;
7006 }
7007
7008 static void __init memmap_init(void)
7009 {
7010         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7011         unsigned long hole_pfn = 0;
7012         int i, j, zone_id = 0, nid;
7013
7014         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
7015                 struct pglist_data *node = NODE_DATA(nid);
7016
7017                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
7018                         struct zone *zone = node->node_zones + j;
7019
7020                         if (!populated_zone(zone))
7021                                 continue;
7022
7023                         memmap_init_zone_range(zone, start_pfn, end_pfn,
7024                                                &hole_pfn);
7025                         zone_id = j;
7026                 }
7027         }
7028
7029 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
7030         /*
7031          * Initialize the memory map for hole in the range [memory_end,
7032          * section_end].
7033          * Append the pages in this hole to the highest zone in the last
7034          * node.
7035          * The call to init_unavailable_range() is outside the ifdef to
7036          * silence the compiler warining about zone_id set but not used;
7037          * for FLATMEM it is a nop anyway
7038          */
7039         end_pfn = round_up(end_pfn, PAGES_PER_SECTION);
7040         if (hole_pfn < end_pfn)
7041 #endif
7042                 init_unavailable_range(hole_pfn, end_pfn, zone_id, nid);
7043 }
7044
7045 void __init *memmap_alloc(phys_addr_t size, phys_addr_t align,
7046                           phys_addr_t min_addr, int nid, bool exact_nid)
7047 {
7048         void *ptr;
7049
7050         if (exact_nid)
7051                 ptr = memblock_alloc_exact_nid_raw(size, align, min_addr,
7052                                                    MEMBLOCK_ALLOC_ACCESSIBLE,
7053                                                    nid);
7054         else
7055                 ptr = memblock_alloc_try_nid_raw(size, align, min_addr,
7056                                                  MEMBLOCK_ALLOC_ACCESSIBLE,
7057                                                  nid);
7058
7059         if (ptr && size > 0)
7060                 page_init_poison(ptr, size);
7061
7062         return ptr;
7063 }
7064
7065 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
7066 {
7067 #ifdef CONFIG_MMU
7068         int batch;
7069
7070         /*
7071          * The number of pages to batch allocate is either ~0.1%
7072          * of the zone or 1MB, whichever is smaller. The batch
7073          * size is striking a balance between allocation latency
7074          * and zone lock contention.
7075          */
7076         batch = min(zone_managed_pages(zone) >> 10, SZ_1M / PAGE_SIZE);
7077         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
7078         if (batch < 1)
7079                 batch = 1;
7080
7081         /*
7082          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
7083          * of 2 value was found to be more likely to have
7084          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
7085          *
7086          * For example if 2 tasks are alternately allocating
7087          * batches of pages, one task can end up with a lot
7088          * of pages of one half of the possible page colors
7089          * and the other with pages of the other colors.
7090          */
7091         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
7092
7093         return batch;
7094
7095 #else
7096         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
7097          * conditions.
7098          *
7099          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
7100          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
7101          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
7102          *
7103          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
7104          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
7105          * can be a significant delay between the individual batches being
7106          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
7107          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
7108          */
7109         return 0;
7110 #endif
7111 }
7112
7113 static int zone_highsize(struct zone *zone, int batch, int cpu_online)
7114 {
7115 #ifdef CONFIG_MMU
7116         int high;
7117         int nr_split_cpus;
7118         unsigned long total_pages;
7119
7120         if (!percpu_pagelist_high_fraction) {
7121                 /*
7122                  * By default, the high value of the pcp is based on the zone
7123                  * low watermark so that if they are full then background
7124                  * reclaim will not be started prematurely.
7125                  */
7126                 total_pages = low_wmark_pages(zone);
7127         } else {
7128                 /*
7129                  * If percpu_pagelist_high_fraction is configured, the high
7130                  * value is based on a fraction of the managed pages in the
7131                  * zone.
7132                  */
7133                 total_pages = zone_managed_pages(zone) / percpu_pagelist_high_fraction;
7134         }
7135
7136         /*
7137          * Split the high value across all online CPUs local to the zone. Note
7138          * that early in boot that CPUs may not be online yet and that during
7139          * CPU hotplug that the cpumask is not yet updated when a CPU is being
7140          * onlined. For memory nodes that have no CPUs, split pcp->high across
7141          * all online CPUs to mitigate the risk that reclaim is triggered
7142          * prematurely due to pages stored on pcp lists.
7143          */
7144         nr_split_cpus = cpumask_weight(cpumask_of_node(zone_to_nid(zone))) + cpu_online;
7145         if (!nr_split_cpus)
7146                 nr_split_cpus = num_online_cpus();
7147         high = total_pages / nr_split_cpus;
7148
7149         /*
7150          * Ensure high is at least batch*4. The multiple is based on the
7151          * historical relationship between high and batch.
7152          */
7153         high = max(high, batch << 2);
7154
7155         return high;
7156 #else
7157         return 0;
7158 #endif
7159 }
7160
7161 /*
7162  * pcp->high and pcp->batch values are related and generally batch is lower
7163  * than high. They are also related to pcp->count such that count is lower
7164  * than high, and as soon as it reaches high, the pcplist is flushed.
7165  *
7166  * However, guaranteeing these relations at all times would require e.g. write
7167  * barriers here but also careful usage of read barriers at the read side, and
7168  * thus be prone to error and bad for performance. Thus the update only prevents
7169  * store tearing. Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they
7170  * can cope with those fields changing asynchronously, and fully trust only the
7171  * pcp->count field on the local CPU with interrupts disabled.
7172  *
7173  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
7174  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
7175  * exist).
7176  */
7177 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
7178                 unsigned long batch)
7179 {
7180         WRITE_ONCE(pcp->batch, batch);
7181         WRITE_ONCE(pcp->high, high);
7182 }
7183
7184 static void per_cpu_pages_init(struct per_cpu_pages *pcp, struct per_cpu_zonestat *pzstats)
7185 {
7186         int pindex;
7187
7188         memset(pcp, 0, sizeof(*pcp));
7189         memset(pzstats, 0, sizeof(*pzstats));
7190
7191         spin_lock_init(&pcp->lock);
7192         for (pindex = 0; pindex < NR_PCP_LISTS; pindex++)
7193                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[pindex]);
7194
7195         /*
7196          * Set batch and high values safe for a boot pageset. A true percpu
7197          * pageset's initialization will update them subsequently. Here we don't
7198          * need to be as careful as pageset_update() as nobody can access the
7199          * pageset yet.
7200          */
7201         pcp->high = BOOT_PAGESET_HIGH;
7202         pcp->batch = BOOT_PAGESET_BATCH;
7203         pcp->free_factor = 0;
7204 }
7205
7206 static void __zone_set_pageset_high_and_batch(struct zone *zone, unsigned long high,
7207                 unsigned long batch)
7208 {
7209         struct per_cpu_pages *pcp;
7210         int cpu;
7211
7212         for_each_possible_cpu(cpu) {
7213                 pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
7214                 pageset_update(pcp, high, batch);
7215         }
7216 }
7217
7218 /*
7219  * Calculate and set new high and batch values for all per-cpu pagesets of a
7220  * zone based on the zone's size.
7221  */
7222 static void zone_set_pageset_high_and_batch(struct zone *zone, int cpu_online)
7223 {
7224         int new_high, new_batch;
7225
7226         new_batch = max(1, zone_batchsize(zone));
7227         new_high = zone_highsize(zone, new_batch, cpu_online);
7228
7229         if (zone->pageset_high == new_high &&
7230             zone->pageset_batch == new_batch)
7231                 return;
7232
7233         zone->pageset_high = new_high;
7234         zone->pageset_batch = new_batch;
7235
7236         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, new_high, new_batch);
7237 }
7238
7239 void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
7240 {
7241         int cpu;
7242
7243         /* Size may be 0 on !SMP && !NUMA */
7244         if (sizeof(struct per_cpu_zonestat) > 0)
7245                 zone->per_cpu_zonestats = alloc_percpu(struct per_cpu_zonestat);
7246
7247         zone->per_cpu_pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pages);
7248         for_each_possible_cpu(cpu) {
7249                 struct per_cpu_pages *pcp;
7250                 struct per_cpu_zonestat *pzstats;
7251
7252                 pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
7253                 pzstats = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_zonestats, cpu);
7254                 per_cpu_pages_init(pcp, pzstats);
7255         }
7256
7257         zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0);
7258 }
7259
7260 /*
7261  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
7262  * page high values need to be recalculated.
7263  */
7264 static void zone_pcp_update(struct zone *zone, int cpu_online)
7265 {
7266         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
7267         zone_set_pageset_high_and_batch(zone, cpu_online);
7268         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
7269 }
7270
7271 /*
7272  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
7273  * Before this call only boot pagesets were available.
7274  */
7275 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
7276 {
7277         struct pglist_data *pgdat;
7278         struct zone *zone;
7279         int __maybe_unused cpu;
7280
7281         for_each_populated_zone(zone)
7282                 setup_zone_pageset(zone);
7283
7284 #ifdef CONFIG_NUMA
7285         /*
7286          * Unpopulated zones continue using the boot pagesets.
7287          * The numa stats for these pagesets need to be reset.
7288          * Otherwise, they will end up skewing the stats of
7289          * the nodes these zones are associated with.
7290          */
7291         for_each_possible_cpu(cpu) {
7292                 struct per_cpu_zonestat *pzstats = &per_cpu(boot_zonestats, cpu);
7293                 memset(pzstats->vm_numa_event, 0,
7294                        sizeof(pzstats->vm_numa_event));
7295         }
7296 #endif
7297
7298         for_each_online_pgdat(pgdat)
7299                 pgdat->per_cpu_nodestats =
7300                         alloc_percpu(struct per_cpu_nodestat);
7301 }
7302
7303 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
7304 {
7305         /*
7306          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
7307          * relies on the ability of the linker to provide the
7308          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
7309          */
7310         zone->per_cpu_pageset = &boot_pageset;
7311         zone->per_cpu_zonestats = &boot_zonestats;
7312         zone->pageset_high = BOOT_PAGESET_HIGH;
7313         zone->pageset_batch = BOOT_PAGESET_BATCH;
7314
7315         if (populated_zone(zone))
7316                 pr_debug("  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n", zone->name,
7317                          zone->present_pages, zone_batchsize(zone));
7318 }
7319
7320 void __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
7321                                         unsigned long zone_start_pfn,
7322                                         unsigned long size)
7323 {
7324         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
7325         int zone_idx = zone_idx(zone) + 1;
7326
7327         if (zone_idx > pgdat->nr_zones)
7328                 pgdat->nr_zones = zone_idx;
7329
7330         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
7331
7332         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
7333                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
7334                         pgdat->node_id,
7335                         (unsigned long)zone_idx(zone),
7336                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
7337
7338         zone_init_free_lists(zone);
7339         zone->initialized = 1;
7340 }
7341
7342 /**
7343  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
7344  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
7345  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
7346  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
7347  *
7348  * It returns the start and end page frame of a node based on information
7349  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
7350  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
7351  * PFNs will be 0.
7352  */
7353 void __init get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
7354                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
7355 {
7356         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
7357         int i;
7358
7359         *start_pfn = -1UL;
7360         *end_pfn = 0;
7361
7362         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
7363                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
7364                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
7365         }
7366
7367         if (*start_pfn == -1UL)
7368                 *start_pfn = 0;
7369 }
7370
7371 /*
7372  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
7373  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
7374  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
7375  */
7376 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
7377 {
7378         int zone_index;
7379         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
7380                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
7381                         continue;
7382
7383                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
7384                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
7385                         break;
7386         }
7387
7388         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
7389         movable_zone = zone_index;
7390 }
7391
7392 /*
7393  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
7394  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
7395  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
7396  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
7397  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
7398  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
7399  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
7400  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
7401  */
7402 static void __init adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
7403                                         unsigned long zone_type,
7404                                         unsigned long node_start_pfn,
7405                                         unsigned long node_end_pfn,
7406                                         unsigned long *zone_start_pfn,
7407                                         unsigned long *zone_end_pfn)
7408 {
7409         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
7410         if (zone_movable_pfn[nid]) {
7411                 /* Size ZONE_MOVABLE */
7412                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
7413                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
7414                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
7415                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
7416
7417                 /* Adjust for ZONE_MOVABLE starting within this range */
7418                 } else if (!mirrored_kernelcore &&
7419                         *zone_start_pfn < zone_movable_pfn[nid] &&
7420                         *zone_end_pfn > zone_movable_pfn[nid]) {
7421                         *zone_end_pfn = zone_movable_pfn[nid];
7422
7423                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
7424                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
7425                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
7426         }
7427 }
7428
7429 /*
7430  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
7431  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
7432  */
7433 static unsigned long __init zone_spanned_pages_in_node(int nid,
7434                                         unsigned long zone_type,
7435                                         unsigned long node_start_pfn,
7436                                         unsigned long node_end_pfn,
7437                                         unsigned long *zone_start_pfn,
7438                                         unsigned long *zone_end_pfn)
7439 {
7440         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
7441         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
7442         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
7443         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
7444                 return 0;
7445
7446         /* Get the start and end of the zone */
7447         *zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
7448         *zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
7449         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
7450                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
7451                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
7452
7453         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
7454         if (*zone_end_pfn < node_start_pfn || *zone_start_pfn > node_end_pfn)
7455                 return 0;
7456
7457         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
7458         *zone_end_pfn = min(*zone_end_pfn, node_end_pfn);
7459         *zone_start_pfn = max(*zone_start_pfn, node_start_pfn);
7460
7461         /* Return the spanned pages */
7462         return *zone_end_pfn - *zone_start_pfn;
7463 }
7464
7465 /*
7466  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
7467  * then all holes in the requested range will be accounted for.
7468  */
7469 unsigned long __init __absent_pages_in_range(int nid,
7470                                 unsigned long range_start_pfn,
7471                                 unsigned long range_end_pfn)
7472 {
7473         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
7474         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7475         int i;
7476
7477         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
7478                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
7479                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
7480                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
7481         }
7482         return nr_absent;
7483 }
7484
7485 /**
7486  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
7487  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
7488  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
7489  *
7490  * Return: the number of pages frames in memory holes within a range.
7491  */
7492 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
7493                                                         unsigned long end_pfn)
7494 {
7495         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
7496 }
7497
7498 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
7499 static unsigned long __init zone_absent_pages_in_node(int nid,
7500                                         unsigned long zone_type,
7501                                         unsigned long node_start_pfn,
7502                                         unsigned long node_end_pfn)
7503 {
7504         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
7505         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
7506         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
7507         unsigned long nr_absent;
7508
7509         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
7510         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
7511                 return 0;
7512
7513         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
7514         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
7515
7516         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
7517                         node_start_pfn, node_end_pfn,
7518                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
7519         nr_absent = __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
7520
7521         /*
7522          * ZONE_MOVABLE handling.
7523          * Treat pages to be ZONE_MOVABLE in ZONE_NORMAL as absent pages
7524          * and vice versa.
7525          */
7526         if (mirrored_kernelcore && zone_movable_pfn[nid]) {
7527                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
7528                 struct memblock_region *r;
7529
7530                 for_each_mem_region(r) {
7531                         start_pfn = clamp(memblock_region_memory_base_pfn(r),
7532                                           zone_start_pfn, zone_end_pfn);
7533                         end_pfn = clamp(memblock_region_memory_end_pfn(r),
7534                                         zone_start_pfn, zone_end_pfn);
7535
7536                         if (zone_type == ZONE_MOVABLE &&
7537                             memblock_is_mirror(r))
7538                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
7539
7540                         if (zone_type == ZONE_NORMAL &&
7541                             !memblock_is_mirror(r))
7542                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
7543                 }
7544         }
7545
7546         return nr_absent;
7547 }
7548
7549 static void __init calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
7550                                                 unsigned long node_start_pfn,
7551                                                 unsigned long node_end_pfn)
7552 {
7553         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
7554         enum zone_type i;
7555
7556         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7557                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
7558                 unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
7559                 unsigned long spanned, absent;
7560                 unsigned long size, real_size;
7561
7562                 spanned = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
7563                                                      node_start_pfn,
7564                                                      node_end_pfn,
7565                                                      &zone_start_pfn,
7566                                                      &zone_end_pfn);
7567                 absent = zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
7568                                                    node_start_pfn,
7569                                                    node_end_pfn);
7570
7571                 size = spanned;
7572                 real_size = size - absent;
7573
7574                 if (size)
7575                         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
7576                 else
7577                         zone->zone_start_pfn = 0;
7578                 zone->spanned_pages = size;
7579                 zone->present_pages = real_size;
7580 #if defined(CONFIG_MEMORY_HOTPLUG)
7581                 zone->present_early_pages = real_size;
7582 #endif
7583
7584                 totalpages += size;
7585                 realtotalpages += real_size;
7586         }
7587
7588         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
7589         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
7590         pr_debug("On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id, realtotalpages);
7591 }
7592
7593 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
7594 /*
7595  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
7596  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
7597  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
7598  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
7599  * bytes.
7600  */
7601 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
7602 {
7603         unsigned long usemapsize;
7604
7605         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
7606         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
7607         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
7608         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
7609         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
7610
7611         return usemapsize / 8;
7612 }
7613
7614 static void __ref setup_usemap(struct zone *zone)
7615 {
7616         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone->zone_start_pfn,
7617                                                zone->spanned_pages);
7618         zone->pageblock_flags = NULL;
7619         if (usemapsize) {
7620                 zone->pageblock_flags =
7621                         memblock_alloc_node(usemapsize, SMP_CACHE_BYTES,
7622                                             zone_to_nid(zone));
7623                 if (!zone->pageblock_flags)
7624                         panic("Failed to allocate %ld bytes for zone %s pageblock flags on node %d\n",
7625                               usemapsize, zone->name, zone_to_nid(zone));
7626         }
7627 }
7628 #else
7629 static inline void setup_usemap(struct zone *zone) {}
7630 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
7631
7632 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
7633
7634 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
7635 void __init set_pageblock_order(void)
7636 {
7637         unsigned int order = MAX_ORDER - 1;
7638
7639         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
7640         if (pageblock_order)
7641                 return;
7642
7643         /* Don't let pageblocks exceed the maximum allocation granularity. */
7644         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT && HUGETLB_PAGE_ORDER < order)
7645                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
7646
7647         /*
7648          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
7649          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
7650          * powerpc.
7651          */
7652         pageblock_order = order;
7653 }
7654 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
7655
7656 /*
7657  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
7658  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
7659  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
7660  * the kernel config
7661  */
7662 void __init set_pageblock_order(void)
7663 {
7664 }
7665
7666 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
7667
7668 static unsigned long __init calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
7669                                                 unsigned long present_pages)
7670 {
7671         unsigned long pages = spanned_pages;
7672
7673         /*
7674          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
7675          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
7676          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
7677          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
7678          * populated regions may not be naturally aligned on page boundary.
7679          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
7680          */
7681         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
7682             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
7683                 pages = present_pages;
7684
7685         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
7686 }
7687
7688 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
7689 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat)
7690 {
7691         struct deferred_split *ds_queue = &pgdat->deferred_split_queue;
7692
7693         spin_lock_init(&ds_queue->split_queue_lock);
7694         INIT_LIST_HEAD(&ds_queue->split_queue);
7695         ds_queue->split_queue_len = 0;
7696 }
7697 #else
7698 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat) {}
7699 #endif
7700
7701 #ifdef CONFIG_COMPACTION
7702 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat)
7703 {
7704         init_waitqueue_head(&pgdat->kcompactd_wait);
7705 }
7706 #else
7707 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat) {}
7708 #endif
7709
7710 static void __meminit pgdat_init_internals(struct pglist_data *pgdat)
7711 {
7712         int i;
7713
7714         pgdat_resize_init(pgdat);
7715         pgdat_kswapd_lock_init(pgdat);
7716
7717         pgdat_init_split_queue(pgdat);
7718         pgdat_init_kcompactd(pgdat);
7719
7720         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
7721         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
7722
7723         for (i = 0; i < NR_VMSCAN_THROTTLE; i++)
7724                 init_waitqueue_head(&pgdat->reclaim_wait[i]);
7725
7726         pgdat_page_ext_init(pgdat);
7727         lruvec_init(&pgdat->__lruvec);
7728 }
7729
7730 static void __meminit zone_init_internals(struct zone *zone, enum zone_type idx, int nid,
7731                                                         unsigned long remaining_pages)
7732 {
7733         atomic_long_set(&zone->managed_pages, remaining_pages);
7734         zone_set_nid(zone, nid);
7735         zone->name = zone_names[idx];
7736         zone->zone_pgdat = NODE_DATA(nid);
7737         spin_lock_init(&zone->lock);
7738         zone_seqlock_init(zone);
7739         zone_pcp_init(zone);
7740 }
7741
7742 /*
7743  * Set up the zone data structures
7744  * - init pgdat internals
7745  * - init all zones belonging to this node
7746  *
7747  * NOTE: this function is only called during memory hotplug
7748  */
7749 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
7750 void __ref free_area_init_core_hotplug(struct pglist_data *pgdat)
7751 {
7752         int nid = pgdat->node_id;
7753         enum zone_type z;
7754         int cpu;
7755
7756         pgdat_init_internals(pgdat);
7757
7758         if (pgdat->per_cpu_nodestats == &boot_nodestats)
7759                 pgdat->per_cpu_nodestats = alloc_percpu(struct per_cpu_nodestat);
7760
7761         /*
7762          * Reset the nr_zones, order and highest_zoneidx before reuse.
7763          * Note that kswapd will init kswapd_highest_zoneidx properly
7764          * when it starts in the near future.
7765          */
7766         pgdat->nr_zones = 0;
7767         pgdat->kswapd_order = 0;
7768         pgdat->kswapd_highest_zoneidx = 0;
7769         pgdat->node_start_pfn = 0;
7770         for_each_online_cpu(cpu) {
7771                 struct per_cpu_nodestat *p;
7772
7773                 p = per_cpu_ptr(pgdat->per_cpu_nodestats, cpu);
7774                 memset(p, 0, sizeof(*p));
7775         }
7776
7777         for (z = 0; z < MAX_NR_ZONES; z++)
7778                 zone_init_internals(&pgdat->node_zones[z], z, nid, 0);
7779 }
7780 #endif
7781
7782 /*
7783  * Set up the zone data structures:
7784  *   - mark all pages reserved
7785  *   - mark all memory queues empty
7786  *   - clear the memory bitmaps
7787  *
7788  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
7789  * NOTE: this function is only called during early init.
7790  */
7791 static void __init free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat)
7792 {
7793         enum zone_type j;
7794         int nid = pgdat->node_id;
7795
7796         pgdat_init_internals(pgdat);
7797         pgdat->per_cpu_nodestats = &boot_nodestats;
7798
7799         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
7800                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
7801                 unsigned long size, freesize, memmap_pages;
7802
7803                 size = zone->spanned_pages;
7804                 freesize = zone->present_pages;
7805
7806                 /*
7807                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
7808                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
7809                  * and per-cpu initialisations
7810                  */
7811                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, freesize);
7812                 if (!is_highmem_idx(j)) {
7813                         if (freesize >= memmap_pages) {
7814                                 freesize -= memmap_pages;
7815                                 if (memmap_pages)
7816                                         pr_debug("  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
7817                                                  zone_names[j], memmap_pages);
7818                         } else
7819                                 pr_warn("  %s zone: %lu memmap pages exceeds freesize %lu\n",
7820                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
7821                 }
7822
7823                 /* Account for reserved pages */
7824                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
7825                         freesize -= dma_reserve;
7826                         pr_debug("  %s zone: %lu pages reserved\n", zone_names[0], dma_reserve);
7827                 }
7828
7829                 if (!is_highmem_idx(j))
7830                         nr_kernel_pages += freesize;
7831                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
7832                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
7833                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
7834                 nr_all_pages += freesize;
7835
7836                 /*
7837                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
7838                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
7839                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
7840                  */
7841                 zone_init_internals(zone, j, nid, freesize);
7842
7843                 if (!size)
7844                         continue;
7845
7846                 set_pageblock_order();
7847                 setup_usemap(zone);
7848                 init_currently_empty_zone(zone, zone->zone_start_pfn, size);
7849         }
7850 }
7851
7852 #ifdef CONFIG_FLATMEM
7853 static void __init alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
7854 {
7855         unsigned long __maybe_unused start = 0;
7856         unsigned long __maybe_unused offset = 0;
7857
7858         /* Skip empty nodes */
7859         if (!pgdat->node_spanned_pages)
7860                 return;
7861
7862         start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
7863         offset = pgdat->node_start_pfn - start;
7864         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
7865         if (!pgdat->node_mem_map) {
7866                 unsigned long size, end;
7867                 struct page *map;
7868
7869                 /*
7870                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
7871                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
7872                  * for the buddy allocator to function correctly.
7873                  */
7874                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
7875                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
7876                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
7877                 map = memmap_alloc(size, SMP_CACHE_BYTES, MEMBLOCK_LOW_LIMIT,
7878                                    pgdat->node_id, false);
7879                 if (!map)
7880                         panic("Failed to allocate %ld bytes for node %d memory map\n",
7881                               size, pgdat->node_id);
7882                 pgdat->node_mem_map = map + offset;
7883         }
7884         pr_debug("%s: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
7885                                 __func__, pgdat->node_id, (unsigned long)pgdat,
7886                                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
7887 #ifndef CONFIG_NUMA
7888         /*
7889          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
7890          */
7891         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
7892                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
7893                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
7894                         mem_map -= offset;
7895         }
7896 #endif
7897 }
7898 #else
7899 static inline void alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat) { }
7900 #endif /* CONFIG_FLATMEM */
7901
7902 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
7903 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat)
7904 {
7905         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
7906 }
7907 #else
7908 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat) {}
7909 #endif
7910
7911 static void __init free_area_init_node(int nid)
7912 {
7913         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
7914         unsigned long start_pfn = 0;
7915         unsigned long end_pfn = 0;
7916
7917         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
7918         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->kswapd_highest_zoneidx);
7919
7920         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
7921
7922         pgdat->node_id = nid;
7923         pgdat->node_start_pfn = start_pfn;
7924         pgdat->per_cpu_nodestats = NULL;
7925
7926         if (start_pfn != end_pfn) {
7927                 pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
7928                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
7929                         end_pfn ? ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1 : 0);
7930         } else {
7931                 pr_info("Initmem setup node %d as memoryless\n", nid);
7932         }
7933
7934         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn);
7935
7936         alloc_node_mem_map(pgdat);
7937         pgdat_set_deferred_range(pgdat);
7938
7939         free_area_init_core(pgdat);
7940 }
7941
7942 static void __init free_area_init_memoryless_node(int nid)
7943 {
7944         free_area_init_node(nid);
7945 }
7946
7947 #if MAX_NUMNODES > 1
7948 /*
7949  * Figure out the number of possible node ids.
7950  */
7951 void __init setup_nr_node_ids(void)
7952 {
7953         unsigned int highest;
7954
7955         highest = find_last_bit(node_possible_map.bits, MAX_NUMNODES);
7956         nr_node_ids = highest + 1;
7957 }
7958 #endif
7959
7960 /**
7961  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
7962  *
7963  * This function should be called after node map is populated and sorted.
7964  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
7965  * all the nodes.
7966  *
7967  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
7968  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
7969  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
7970  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
7971  *
7972  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
7973  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
7974  * populated node map.
7975  *
7976  * Return: the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
7977  * requirement (single node).
7978  */
7979 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
7980 {
7981         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
7982         unsigned long start, end, mask;
7983         int last_nid = NUMA_NO_NODE;
7984         int i, nid;
7985
7986         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
7987                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
7988                         last_nid = nid;
7989                         last_end = end;
7990                         continue;
7991                 }
7992
7993                 /*
7994                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
7995                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
7996                  * too coarse to separate the current node from the last.
7997                  */
7998                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
7999                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
8000                         mask <<= 1;
8001
8002                 /* accumulate all internode masks */
8003                 accl_mask |= mask;
8004         }
8005
8006         /* convert mask to number of pages */
8007         return ~accl_mask + 1;
8008 }
8009
8010 /*
8011  * early_calculate_totalpages()
8012  * Sum pages in active regions for movable zone.
8013  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
8014  */
8015 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
8016 {
8017         unsigned long totalpages = 0;
8018         unsigned long start_pfn, end_pfn;
8019         int i, nid;
8020
8021         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
8022                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
8023
8024                 totalpages += pages;
8025                 if (pages)
8026                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
8027         }
8028         return totalpages;
8029 }
8030
8031 /*
8032  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
8033  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
8034  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
8035  * others
8036  */
8037 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
8038 {
8039         int i, nid;
8040         unsigned long usable_startpfn;
8041         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
8042         /* save the state before borrow the nodemask */
8043         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
8044         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
8045         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
8046         struct memblock_region *r;
8047
8048         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
8049         find_usable_zone_for_movable();
8050
8051         /*
8052          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
8053          * options.
8054          */
8055         if (movable_node_is_enabled()) {
8056                 for_each_mem_region(r) {
8057                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
8058                                 continue;
8059
8060                         nid = memblock_get_region_node(r);
8061
8062                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
8063                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
8064                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
8065                                 usable_startpfn;
8066                 }
8067
8068                 goto out2;
8069         }
8070
8071         /*
8072          * If kernelcore=mirror is specified, ignore movablecore option
8073          */
8074         if (mirrored_kernelcore) {
8075                 bool mem_below_4gb_not_mirrored = false;
8076
8077                 for_each_mem_region(r) {
8078                         if (memblock_is_mirror(r))
8079                                 continue;
8080
8081                         nid = memblock_get_region_node(r);
8082
8083                         usable_startpfn = memblock_region_memory_base_pfn(r);
8084
8085                         if (usable_startpfn < PHYS_PFN(SZ_4G)) {
8086                                 mem_below_4gb_not_mirrored = true;
8087                                 continue;
8088                         }
8089
8090                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
8091                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
8092                                 usable_startpfn;
8093                 }
8094
8095                 if (mem_below_4gb_not_mirrored)
8096                         pr_warn("This configuration results in unmirrored kernel memory.\n");
8097
8098                 goto out2;
8099         }
8100
8101         /*
8102          * If kernelcore=nn% or movablecore=nn% was specified, calculate the
8103          * amount of necessary memory.
8104          */
8105         if (required_kernelcore_percent)
8106                 required_kernelcore = (totalpages * 100 * required_kernelcore_percent) /
8107                                        10000UL;
8108         if (required_movablecore_percent)
8109                 required_movablecore = (totalpages * 100 * required_movablecore_percent) /
8110                                         10000UL;
8111
8112         /*
8113          * If movablecore= was specified, calculate what size of
8114          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
8115          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
8116          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
8117          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
8118          * what movablecore would have allowed.
8119          */
8120         if (required_movablecore) {
8121                 unsigned long corepages;
8122
8123                 /*
8124                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
8125                  * was requested by the user
8126                  */
8127                 required_movablecore =
8128                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
8129                 required_movablecore = min(totalpages, required_movablecore);
8130                 corepages = totalpages - required_movablecore;
8131
8132                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
8133         }
8134
8135         /*
8136          * If kernelcore was not specified or kernelcore size is larger
8137          * than totalpages, there is no ZONE_MOVABLE.
8138          */
8139         if (!required_kernelcore || required_kernelcore >= totalpages)
8140                 goto out;
8141
8142         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
8143         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
8144
8145 restart:
8146         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
8147         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
8148         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
8149                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
8150
8151                 /*
8152                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
8153                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
8154                  * amount of memory for the kernel
8155                  */
8156                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
8157                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
8158
8159                 /*
8160                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
8161                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
8162                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
8163                  */
8164                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
8165
8166                 /* Go through each range of PFNs within this node */
8167                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
8168                         unsigned long size_pages;
8169
8170                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
8171                         if (start_pfn >= end_pfn)
8172                                 continue;
8173
8174                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
8175                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
8176                                 unsigned long kernel_pages;
8177                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
8178                                                                 - start_pfn;
8179
8180                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
8181                                                         kernelcore_remaining);
8182                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
8183                                                         required_kernelcore);
8184
8185                                 /* Continue if range is now fully accounted */
8186                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
8187
8188                                         /*
8189                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
8190                                          * that if we have to rebalance
8191                                          * kernelcore across nodes, we will
8192                                          * not double account here
8193                                          */
8194                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
8195                                         continue;
8196                                 }
8197                                 start_pfn = usable_startpfn;
8198                         }
8199
8200                         /*
8201                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
8202                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
8203                          * number of pages used as kernelcore
8204                          */
8205                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
8206                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
8207                                 size_pages = kernelcore_remaining;
8208                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
8209
8210                         /*
8211                          * Some kernelcore has been met, update counts and
8212                          * break if the kernelcore for this node has been
8213                          * satisfied
8214                          */
8215                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
8216                                                                 size_pages);
8217                         kernelcore_remaining -= size_pages;
8218                         if (!kernelcore_remaining)
8219                                 break;
8220                 }
8221         }
8222
8223         /*
8224          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
8225          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
8226          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
8227          * satisfied
8228          */
8229         usable_nodes--;
8230         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
8231                 goto restart;
8232
8233 out2:
8234         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
8235         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++) {
8236                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
8237
8238                 zone_movable_pfn[nid] =
8239                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
8240
8241                 get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
8242                 if (zone_movable_pfn[nid] >= end_pfn)
8243                         zone_movable_pfn[nid] = 0;
8244         }
8245
8246 out:
8247         /* restore the node_state */
8248         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
8249 }
8250
8251 /* Any regular or high memory on that node ? */
8252 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
8253 {
8254         enum zone_type zone_type;
8255
8256         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
8257                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
8258                 if (populated_zone(zone)) {
8259                         if (IS_ENABLED(CONFIG_HIGHMEM))
8260                                 node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
8261                         if (zone_type <= ZONE_NORMAL)
8262                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
8263                         break;
8264                 }
8265         }
8266 }
8267
8268 /*
8269  * Some architectures, e.g. ARC may have ZONE_HIGHMEM below ZONE_NORMAL. For
8270  * such cases we allow max_zone_pfn sorted in the descending order
8271  */
8272 bool __weak arch_has_descending_max_zone_pfns(void)
8273 {
8274         return false;
8275 }
8276
8277 /**
8278  * free_area_init - Initialise all pg_data_t and zone data
8279  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
8280  *
8281  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
8282  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
8283  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
8284  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
8285  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
8286  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
8287  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
8288  * at arch_max_dma_pfn.
8289  */
8290 void __init free_area_init(unsigned long *max_zone_pfn)
8291 {
8292         unsigned long start_pfn, end_pfn;
8293         int i, nid, zone;
8294         bool descending;
8295
8296         /* Record where the zone boundaries are */
8297         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
8298                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
8299         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
8300                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
8301
8302         start_pfn = PHYS_PFN(memblock_start_of_DRAM());
8303         descending = arch_has_descending_max_zone_pfns();
8304
8305         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
8306                 if (descending)
8307                         zone = MAX_NR_ZONES - i - 1;
8308                 else
8309                         zone = i;
8310
8311                 if (zone == ZONE_MOVABLE)
8312                         continue;
8313
8314                 end_pfn = max(max_zone_pfn[zone], start_pfn);
8315                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone] = start_pfn;
8316                 arch_zone_highest_possible_pfn[zone] = end_pfn;
8317
8318                 start_pfn = end_pfn;
8319         }
8320
8321         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
8322         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
8323         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
8324
8325         /* Print out the zone ranges */
8326         pr_info("Zone ranges:\n");
8327         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
8328                 if (i == ZONE_MOVABLE)
8329                         continue;
8330                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
8331                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
8332                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
8333                         pr_cont("empty\n");
8334                 else
8335                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
8336                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
8337                                         << PAGE_SHIFT,
8338                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
8339                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
8340         }
8341
8342         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
8343         pr_info("Movable zone start for each node\n");
8344         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
8345                 if (zone_movable_pfn[i])
8346                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
8347                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
8348         }
8349
8350         /*
8351          * Print out the early node map, and initialize the
8352          * subsection-map relative to active online memory ranges to
8353          * enable future "sub-section" extensions of the memory map.
8354          */
8355         pr_info("Early memory node ranges\n");
8356         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
8357                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
8358                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
8359                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
8360                 subsection_map_init(start_pfn, end_pfn - start_pfn);
8361         }
8362
8363         /* Initialise every node */
8364         mminit_verify_pageflags_layout();
8365         setup_nr_node_ids();
8366         for_each_node(nid) {
8367                 pg_data_t *pgdat;
8368
8369                 if (!node_online(nid)) {
8370                         pr_info("Initializing node %d as memoryless\n", nid);
8371
8372                         /* Allocator not initialized yet */
8373                         pgdat = arch_alloc_nodedata(nid);
8374                         if (!pgdat) {
8375                                 pr_err("Cannot allocate %zuB for node %d.\n",
8376                                                 sizeof(*pgdat), nid);
8377                                 continue;
8378                         }
8379                         arch_refresh_nodedata(nid, pgdat);
8380                         free_area_init_memoryless_node(nid);
8381
8382                         /*
8383                          * We do not want to confuse userspace by sysfs
8384                          * files/directories for node without any memory
8385                          * attached to it, so this node is not marked as
8386                          * N_MEMORY and not marked online so that no sysfs
8387                          * hierarchy will be created via register_one_node for
8388                          * it. The pgdat will get fully initialized by
8389                          * hotadd_init_pgdat() when memory is hotplugged into
8390                          * this node.
8391                          */
8392                         continue;
8393                 }
8394
8395                 pgdat = NODE_DATA(nid);
8396                 free_area_init_node(nid);
8397
8398                 /* Any memory on that node */
8399                 if (pgdat->node_present_pages)
8400                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
8401                 check_for_memory(pgdat, nid);
8402         }
8403
8404         memmap_init();
8405 }
8406
8407 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core,
8408                                      unsigned long *percent)
8409 {
8410         unsigned long long coremem;
8411         char *endptr;
8412
8413         if (!p)
8414                 return -EINVAL;
8415
8416         /* Value may be a percentage of total memory, otherwise bytes */
8417         coremem = simple_strtoull(p, &endptr, 0);
8418         if (*endptr == '%') {
8419                 /* Paranoid check for percent values greater than 100 */
8420                 WARN_ON(coremem > 100);
8421
8422                 *percent = coremem;
8423         } else {
8424                 coremem = memparse(p, &p);
8425                 /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
8426                 WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
8427
8428                 *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
8429                 *percent = 0UL;
8430         }
8431         return 0;
8432 }
8433
8434 /*
8435  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
8436  * cannot be reclaimed or migrated.
8437  */
8438 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
8439 {
8440         /* parse kernelcore=mirror */
8441         if (parse_option_str(p, "mirror")) {
8442                 mirrored_kernelcore = true;
8443                 return 0;
8444         }
8445
8446         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore,
8447                                   &required_kernelcore_percent);
8448 }
8449
8450 /*
8451  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
8452  * can be reclaimed or migrated.
8453  */
8454 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
8455 {
8456         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore,
8457                                   &required_movablecore_percent);
8458 }
8459
8460 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
8461 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
8462
8463 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
8464 {
8465         atomic_long_add(count, &page_zone(page)->managed_pages);
8466         totalram_pages_add(count);
8467 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
8468         if (PageHighMem(page))
8469                 totalhigh_pages_add(count);
8470 #endif
8471 }
8472 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
8473
8474 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, const char *s)
8475 {
8476         void *pos;
8477         unsigned long pages = 0;
8478
8479         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
8480         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
8481         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
8482                 struct page *page = virt_to_page(pos);
8483                 void *direct_map_addr;
8484
8485                 /*
8486                  * 'direct_map_addr' might be different from 'pos'
8487                  * because some architectures' virt_to_page()
8488                  * work with aliases.  Getting the direct map
8489                  * address ensures that we get a _writeable_
8490                  * alias for the memset().
8491                  */
8492                 direct_map_addr = page_address(page);
8493                 /*
8494                  * Perform a kasan-unchecked memset() since this memory
8495                  * has not been initialized.
8496                  */
8497                 direct_map_addr = kasan_reset_tag(direct_map_addr);
8498                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
8499                         memset(direct_map_addr, poison, PAGE_SIZE);
8500
8501                 free_reserved_page(page);
8502         }
8503
8504         if (pages && s)
8505                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK\n", s, K(pages));
8506
8507         return pages;
8508 }
8509
8510 void __init mem_init_print_info(void)
8511 {
8512         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
8513         unsigned long init_code_size, init_data_size;
8514
8515         physpages = get_num_physpages();
8516         codesize = _etext - _stext;
8517         datasize = _edata - _sdata;
8518         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
8519         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
8520         init_data_size = __init_end - __init_begin;
8521         init_code_size = _einittext - _sinittext;
8522
8523         /*
8524          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
8525          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
8526          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
8527          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
8528          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
8529          */
8530 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
8531         do { \
8532                 if (&start[0] <= &pos[0] && &pos[0] < &end[0] && size > adj) \
8533                         size -= adj; \
8534         } while (0)
8535
8536         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
8537                      _sinittext, init_code_size);
8538         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
8539         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
8540         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
8541         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
8542
8543 #undef  adj_init_size
8544
8545         pr_info("Memory: %luK/%luK available (%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, %luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
8546 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
8547                 ", %luK highmem"
8548 #endif
8549                 ")\n",
8550                 K(nr_free_pages()), K(physpages),
8551                 codesize / SZ_1K, datasize / SZ_1K, rosize / SZ_1K,
8552                 (init_data_size + init_code_size) / SZ_1K, bss_size / SZ_1K,
8553                 K(physpages - totalram_pages() - totalcma_pages),
8554                 K(totalcma_pages)
8555 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
8556                 , K(totalhigh_pages())
8557 #endif
8558                 );
8559 }
8560
8561 /**
8562  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
8563  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
8564  *
8565  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by managed_pages.
8566  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
8567  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
8568  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
8569  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
8570  * smaller per-cpu batchsize.
8571  */
8572 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
8573 {
8574         dma_reserve = new_dma_reserve;
8575 }
8576
8577 static int page_alloc_cpu_dead(unsigned int cpu)
8578 {
8579         struct zone *zone;
8580
8581         lru_add_drain_cpu(cpu);
8582         mlock_page_drain_remote(cpu);
8583         drain_pages(cpu);
8584
8585         /*
8586          * Spill the event counters of the dead processor
8587          * into the current processors event counters.
8588          * This artificially elevates the count of the current
8589          * processor.
8590          */
8591         vm_events_fold_cpu(cpu);
8592
8593         /*
8594          * Zero the differential counters of the dead processor
8595          * so that the vm statistics are consistent.
8596          *
8597          * This is only okay since the processor is dead and cannot
8598          * race with what we are doing.
8599          */
8600         cpu_vm_stats_fold(cpu);
8601
8602         for_each_populated_zone(zone)
8603                 zone_pcp_update(zone, 0);
8604
8605         return 0;
8606 }
8607
8608 static int page_alloc_cpu_online(unsigned int cpu)
8609 {
8610         struct zone *zone;
8611
8612         for_each_populated_zone(zone)
8613                 zone_pcp_update(zone, 1);
8614         return 0;
8615 }
8616
8617 #ifdef CONFIG_NUMA
8618 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
8619
8620 static int __init set_hashdist(char *str)
8621 {
8622         if (!str)
8623                 return 0;
8624         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
8625         return 1;
8626 }
8627 __setup("hashdist=", set_hashdist);
8628 #endif
8629
8630 void __init page_alloc_init(void)
8631 {
8632         int ret;
8633
8634 #ifdef CONFIG_NUMA
8635         if (num_node_state(N_MEMORY) == 1)
8636                 hashdist = 0;
8637 #endif
8638
8639         ret = cpuhp_setup_state_nocalls(CPUHP_PAGE_ALLOC,
8640                                         "mm/page_alloc:pcp",
8641                                         page_alloc_cpu_online,
8642                                         page_alloc_cpu_dead);
8643         WARN_ON(ret < 0);
8644 }
8645
8646 /*
8647  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
8648  *      or min_free_kbytes changes.
8649  */
8650 static void calculate_totalreserve_pages(void)
8651 {
8652         struct pglist_data *pgdat;
8653         unsigned long reserve_pages = 0;
8654         enum zone_type i, j;
8655
8656         for_each_online_pgdat(pgdat) {
8657
8658                 pgdat->totalreserve_pages = 0;
8659
8660                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
8661                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
8662                         long max = 0;
8663                         unsigned long managed_pages = zone_managed_pages(zone);
8664
8665                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
8666                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
8667                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
8668                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
8669                         }
8670
8671                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
8672                         max += high_wmark_pages(zone);
8673
8674                         if (max > managed_pages)
8675                                 max = managed_pages;
8676
8677                         pgdat->totalreserve_pages += max;
8678
8679                         reserve_pages += max;
8680                 }
8681         }
8682         totalreserve_pages = reserve_pages;
8683 }
8684
8685 /*
8686  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
8687  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
8688  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
8689  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
8690  */
8691 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
8692 {
8693         struct pglist_data *pgdat;
8694         enum zone_type i, j;
8695
8696         for_each_online_pgdat(pgdat) {
8697                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES - 1; i++) {
8698                         struct zone *zone = &pgdat->node_zones[i];
8699                         int ratio = sysctl_lowmem_reserve_ratio[i];
8700                         bool clear = !ratio || !zone_managed_pages(zone);
8701                         unsigned long managed_pages = 0;
8702
8703                         for (j = i + 1; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
8704                                 struct zone *upper_zone = &pgdat->node_zones[j];
8705
8706                                 managed_pages += zone_managed_pages(upper_zone);
8707
8708                                 if (clear)
8709                                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
8710                                 else
8711                                         zone->lowmem_reserve[j] = managed_pages / ratio;
8712                         }
8713                 }
8714         }
8715
8716         /* update totalreserve_pages */
8717         calculate_totalreserve_pages();
8718 }
8719
8720 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
8721 {
8722         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
8723         unsigned long lowmem_pages = 0;
8724         struct zone *zone;
8725         unsigned long flags;
8726
8727         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
8728         for_each_zone(zone) {
8729                 if (!is_highmem(zone))
8730                         lowmem_pages += zone_managed_pages(zone);
8731         }
8732
8733         for_each_zone(zone) {
8734                 u64 tmp;
8735
8736                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8737                 tmp = (u64)pages_min * zone_managed_pages(zone);
8738                 do_div(tmp, lowmem_pages);
8739                 if (is_highmem(zone)) {
8740                         /*
8741                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
8742                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
8743                          * value here.
8744                          *
8745                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
8746                          * deltas control async page reclaim, and so should
8747                          * not be capped for highmem.
8748                          */
8749                         unsigned long min_pages;
8750
8751                         min_pages = zone_managed_pages(zone) / 1024;
8752                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
8753                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
8754                 } else {
8755                         /*
8756                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
8757                          * proportionate to the zone's size.
8758                          */
8759                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = tmp;
8760                 }
8761
8762                 /*
8763                  * Set the kswapd watermarks distance according to the
8764                  * scale factor in proportion to available memory, but
8765                  * ensure a minimum size on small systems.
8766                  */
8767                 tmp = max_t(u64, tmp >> 2,
8768                             mult_frac(zone_managed_pages(zone),
8769                                       watermark_scale_factor, 10000));
8770
8771                 zone->watermark_boost = 0;
8772                 zone->_watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + tmp;
8773                 zone->_watermark[WMARK_HIGH] = low_wmark_pages(zone) + tmp;
8774                 zone->_watermark[WMARK_PROMO] = high_wmark_pages(zone) + tmp;
8775
8776                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8777         }
8778
8779         /* update totalreserve_pages */
8780         calculate_totalreserve_pages();
8781 }
8782
8783 /**
8784  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
8785  * or when memory is hot-{added|removed}
8786  *
8787  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
8788  * correctly with respect to min_free_kbytes.
8789  */
8790 void setup_per_zone_wmarks(void)
8791 {
8792         struct zone *zone;
8793         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
8794
8795         spin_lock(&lock);
8796         __setup_per_zone_wmarks();
8797         spin_unlock(&lock);
8798
8799         /*
8800          * The watermark size have changed so update the pcpu batch
8801          * and high limits or the limits may be inappropriate.
8802          */
8803         for_each_zone(zone)
8804                 zone_pcp_update(zone, 0);
8805 }
8806
8807 /*
8808  * Initialise min_free_kbytes.
8809  *
8810  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
8811  * we want it large (256MB max).  But it is not linear, because network
8812  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
8813  *
8814  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
8815  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
8816  *
8817  * which yields
8818  *
8819  * 16MB:        512k
8820  * 32MB:        724k
8821  * 64MB:        1024k
8822  * 128MB:       1448k
8823  * 256MB:       2048k
8824  * 512MB:       2896k
8825  * 1024MB:      4096k
8826  * 2048MB:      5792k
8827  * 4096MB:      8192k
8828  * 8192MB:      11584k
8829  * 16384MB:     16384k
8830  */
8831 void calculate_min_free_kbytes(void)
8832 {
8833         unsigned long lowmem_kbytes;
8834         int new_min_free_kbytes;
8835
8836         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
8837         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
8838
8839         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes)
8840                 min_free_kbytes = clamp(new_min_free_kbytes, 128, 262144);
8841         else
8842                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
8843                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
8844
8845 }
8846
8847 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
8848 {
8849         calculate_min_free_kbytes();
8850         setup_per_zone_wmarks();
8851         refresh_zone_stat_thresholds();
8852         setup_per_zone_lowmem_reserve();
8853
8854 #ifdef CONFIG_NUMA
8855         setup_min_unmapped_ratio();
8856         setup_min_slab_ratio();
8857 #endif
8858
8859         khugepaged_min_free_kbytes_update();
8860
8861         return 0;
8862 }
8863 postcore_initcall(init_per_zone_wmark_min)
8864
8865 /*
8866  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
8867  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
8868  *      changes.
8869  */
8870 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8871                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8872 {
8873         int rc;
8874
8875         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8876         if (rc)
8877                 return rc;
8878
8879         if (write) {
8880                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
8881                 setup_per_zone_wmarks();
8882         }
8883         return 0;
8884 }
8885
8886 int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8887                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8888 {
8889         int rc;
8890
8891         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8892         if (rc)
8893                 return rc;
8894
8895         if (write)
8896                 setup_per_zone_wmarks();
8897
8898         return 0;
8899 }
8900
8901 #ifdef CONFIG_NUMA
8902 static void setup_min_unmapped_ratio(void)
8903 {
8904         pg_data_t *pgdat;
8905         struct zone *zone;
8906
8907         for_each_online_pgdat(pgdat)
8908                 pgdat->min_unmapped_pages = 0;
8909
8910         for_each_zone(zone)
8911                 zone->zone_pgdat->min_unmapped_pages += (zone_managed_pages(zone) *
8912                                                          sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
8913 }
8914
8915
8916 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8917                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8918 {
8919         int rc;
8920
8921         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8922         if (rc)
8923                 return rc;
8924
8925         setup_min_unmapped_ratio();
8926
8927         return 0;
8928 }
8929
8930 static void setup_min_slab_ratio(void)
8931 {
8932         pg_data_t *pgdat;
8933         struct zone *zone;
8934
8935         for_each_online_pgdat(pgdat)
8936                 pgdat->min_slab_pages = 0;
8937
8938         for_each_zone(zone)
8939                 zone->zone_pgdat->min_slab_pages += (zone_managed_pages(zone) *
8940                                                      sysctl_min_slab_ratio) / 100;
8941 }
8942
8943 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8944                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8945 {
8946         int rc;
8947
8948         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8949         if (rc)
8950                 return rc;
8951
8952         setup_min_slab_ratio();
8953
8954         return 0;
8955 }
8956 #endif
8957
8958 /*
8959  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
8960  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
8961  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
8962  *
8963  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
8964  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
8965  * if in function of the boot time zone sizes.
8966  */
8967 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8968                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8969 {
8970         int i;
8971
8972         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8973
8974         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
8975                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[i] < 1)
8976                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[i] = 0;
8977         }
8978
8979         setup_per_zone_lowmem_reserve();
8980         return 0;
8981 }
8982
8983 /*
8984  * percpu_pagelist_high_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
8985  * cpu. It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
8986  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
8987  */
8988 int percpu_pagelist_high_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table,
8989                 int write, void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8990 {
8991         struct zone *zone;
8992         int old_percpu_pagelist_high_fraction;
8993         int ret;
8994
8995         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
8996         old_percpu_pagelist_high_fraction = percpu_pagelist_high_fraction;
8997
8998         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8999         if (!write || ret < 0)
9000                 goto out;
9001
9002         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
9003         if (percpu_pagelist_high_fraction &&
9004             percpu_pagelist_high_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_HIGH_FRACTION) {
9005                 percpu_pagelist_high_fraction = old_percpu_pagelist_high_fraction;
9006                 ret = -EINVAL;
9007                 goto out;
9008         }
9009
9010         /* No change? */
9011         if (percpu_pagelist_high_fraction == old_percpu_pagelist_high_fraction)
9012                 goto out;
9013
9014         for_each_populated_zone(zone)
9015                 zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0);
9016 out:
9017         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
9018         return ret;
9019 }
9020
9021 #ifndef __HAVE_ARCH_RESERVED_KERNEL_PAGES
9022 /*
9023  * Returns the number of pages that arch has reserved but
9024  * is not known to alloc_large_system_hash().
9025  */
9026 static unsigned long __init arch_reserved_kernel_pages(void)
9027 {
9028         return 0;
9029 }
9030 #endif
9031
9032 /*
9033  * Adaptive scale is meant to reduce sizes of hash tables on large memory
9034  * machines. As memory size is increased the scale is also increased but at
9035  * slower pace.  Starting from ADAPT_SCALE_BASE (64G), every time memory
9036  * quadruples the scale is increased by one, which means the size of hash table
9037  * only doubles, instead of quadrupling as well.
9038  * Because 32-bit systems cannot have large physical memory, where this scaling
9039  * makes sense, it is disabled on such platforms.
9040  */
9041 #if __BITS_PER_LONG > 32
9042 #define ADAPT_SCALE_BASE        (64ul << 30)
9043 #define ADAPT_SCALE_SHIFT       2
9044 #define ADAPT_SCALE_NPAGES      (ADAPT_SCALE_BASE >> PAGE_SHIFT)
9045 #endif
9046
9047 /*
9048  * allocate a large system hash table from bootmem
9049  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
9050  *   quantity of entries
9051  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
9052  */
9053 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
9054                                      unsigned long bucketsize,
9055                                      unsigned long numentries,
9056                                      int scale,
9057                                      int flags,
9058                                      unsigned int *_hash_shift,
9059                                      unsigned int *_hash_mask,
9060                                      unsigned long low_limit,
9061                                      unsigned long high_limit)
9062 {
9063         unsigned long long max = high_limit;
9064         unsigned long log2qty, size;
9065         void *table;
9066         gfp_t gfp_flags;
9067         bool virt;
9068         bool huge;
9069
9070         /* allow the kernel cmdline to have a say */
9071         if (!numentries) {
9072                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
9073                 numentries = nr_kernel_pages;
9074                 numentries -= arch_reserved_kernel_pages();
9075
9076                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
9077                 if (PAGE_SIZE < SZ_1M)
9078                         numentries = round_up(numentries, SZ_1M / PAGE_SIZE);
9079
9080 #if __BITS_PER_LONG > 32
9081                 if (!high_limit) {
9082                         unsigned long adapt;
9083
9084                         for (adapt = ADAPT_SCALE_NPAGES; adapt < numentries;
9085                              adapt <<= ADAPT_SCALE_SHIFT)
9086                                 scale++;
9087                 }
9088 #endif
9089
9090                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
9091                 if (scale > PAGE_SHIFT)
9092                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
9093                 else
9094                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
9095
9096                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
9097                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
9098                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
9099                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
9100                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
9101                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
9102                                 BUG_ON(!numentries);
9103                         }
9104                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
9105                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
9106         }
9107         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
9108
9109         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
9110         if (max == 0) {
9111                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
9112                 do_div(max, bucketsize);
9113         }
9114         max = min(max, 0x80000000ULL);
9115
9116         if (numentries < low_limit)
9117                 numentries = low_limit;
9118         if (numentries > max)
9119                 numentries = max;
9120
9121         log2qty = ilog2(numentries);
9122
9123         gfp_flags = (flags & HASH_ZERO) ? GFP_ATOMIC | __GFP_ZERO : GFP_ATOMIC;
9124         do {
9125                 virt = false;
9126                 size = bucketsize << log2qty;
9127                 if (flags & HASH_EARLY) {
9128                         if (flags & HASH_ZERO)
9129                                 table = memblock_alloc(size, SMP_CACHE_BYTES);
9130                         else
9131                                 table = memblock_alloc_raw(size,
9132                                                            SMP_CACHE_BYTES);
9133                 } else if (get_order(size) >= MAX_ORDER || hashdist) {
9134                         table = vmalloc_huge(size, gfp_flags);
9135                         virt = true;
9136                         if (table)
9137                                 huge = is_vm_area_hugepages(table);
9138                 } else {
9139                         /*
9140                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
9141                          * some pages at the end of hash table which
9142                          * alloc_pages_exact() automatically does
9143                          */
9144                         table = alloc_pages_exact(size, gfp_flags);
9145                         kmemleak_alloc(table, size, 1, gfp_flags);
9146                 }
9147         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
9148
9149         if (!table)
9150                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
9151
9152         pr_info("%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes, %s)\n",
9153                 tablename, 1UL << log2qty, ilog2(size) - PAGE_SHIFT, size,
9154                 virt ? (huge ? "vmalloc hugepage" : "vmalloc") : "linear");
9155
9156         if (_hash_shift)
9157                 *_hash_shift = log2qty;
9158         if (_hash_mask)
9159                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
9160
9161         return table;
9162 }
9163
9164 #ifdef CONFIG_CONTIG_ALLOC
9165 #if defined(CONFIG_DYNAMIC_DEBUG) || \
9166         (defined(CONFIG_DYNAMIC_DEBUG_CORE) && defined(DYNAMIC_DEBUG_MODULE))
9167 /* Usage: See admin-guide/dynamic-debug-howto.rst */
9168 static void alloc_contig_dump_pages(struct list_head *page_list)
9169 {
9170         DEFINE_DYNAMIC_DEBUG_METADATA(descriptor, "migrate failure");
9171
9172         if (DYNAMIC_DEBUG_BRANCH(descriptor)) {
9173                 struct page *page;
9174
9175                 dump_stack();
9176                 list_for_each_entry(page, page_list, lru)
9177                         dump_page(page, "migration failure");
9178         }
9179 }
9180 #else
9181 static inline void alloc_contig_dump_pages(struct list_head *page_list)
9182 {
9183 }
9184 #endif
9185
9186 /* [start, end) must belong to a single zone. */
9187 int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
9188                                         unsigned long start, unsigned long end)
9189 {
9190         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
9191         unsigned int nr_reclaimed;
9192         unsigned long pfn = start;
9193         unsigned int tries = 0;
9194         int ret = 0;
9195         struct migration_target_control mtc = {
9196                 .nid = zone_to_nid(cc->zone),
9197                 .gfp_mask = GFP_USER | __GFP_MOVABLE | __GFP_RETRY_MAYFAIL,
9198         };
9199
9200         lru_cache_disable();
9201
9202         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
9203                 if (fatal_signal_pending(current)) {
9204                         ret = -EINTR;
9205                         break;
9206                 }
9207
9208                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
9209                         cc->nr_migratepages = 0;
9210                         ret = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
9211                         if (ret && ret != -EAGAIN)
9212                                 break;
9213                         pfn = cc->migrate_pfn;
9214                         tries = 0;
9215                 } else if (++tries == 5) {
9216                         ret = -EBUSY;
9217                         break;
9218                 }
9219
9220                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
9221                                                         &cc->migratepages);
9222                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
9223
9224                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migration_target,
9225                         NULL, (unsigned long)&mtc, cc->mode, MR_CONTIG_RANGE, NULL);
9226
9227                 /*
9228                  * On -ENOMEM, migrate_pages() bails out right away. It is pointless
9229                  * to retry again over this error, so do the same here.
9230                  */
9231                 if (ret == -ENOMEM)
9232                         break;
9233         }
9234
9235         lru_cache_enable();
9236         if (ret < 0) {
9237                 if (!(cc->gfp_mask & __GFP_NOWARN) && ret == -EBUSY)
9238                         alloc_contig_dump_pages(&cc->migratepages);
9239                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
9240                 return ret;
9241         }
9242         return 0;
9243 }
9244
9245 /**
9246  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
9247  * @start:      start PFN to allocate
9248  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
9249  * @migratetype:        migratetype of the underlying pageblocks (either
9250  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
9251  *                      in range must have the same migratetype and it must
9252  *                      be either of the two.
9253  * @gfp_mask:   GFP mask to use during compaction
9254  *
9255  * The PFN range does not have to be pageblock aligned. The PFN range must
9256  * belong to a single zone.
9257  *
9258  * The first thing this routine does is attempt to MIGRATE_ISOLATE all
9259  * pageblocks in the range.  Once isolated, the pageblocks should not
9260  * be modified by others.
9261  *
9262  * Return: zero on success or negative error code.  On success all
9263  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
9264  * need to be freed with free_contig_range().
9265  */
9266 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
9267                        unsigned migratetype, gfp_t gfp_mask)
9268 {
9269         unsigned long outer_start, outer_end;
9270         int order;
9271         int ret = 0;
9272
9273         struct compact_control cc = {
9274                 .nr_migratepages = 0,
9275                 .order = -1,
9276                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
9277                 .mode = MIGRATE_SYNC,
9278                 .ignore_skip_hint = true,
9279                 .no_set_skip_hint = true,
9280                 .gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask),
9281                 .alloc_contig = true,
9282         };
9283         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
9284
9285         /*
9286          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
9287          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
9288          * have different sizes, and due to the way page allocator
9289          * work, start_isolate_page_range() has special handlings for this.
9290          *
9291          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
9292          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
9293          * we are interested in). This will put all the pages in
9294          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
9295          *
9296          * When this is done, we take the pages in range from page
9297          * allocator removing them from the buddy system.  This way
9298          * page allocator will never consider using them.
9299          *
9300          * This lets us mark the pageblocks back as
9301          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
9302          * aligned range but not in the unaligned, original range are
9303          * put back to page allocator so that buddy can use them.
9304          */
9305
9306         ret = start_isolate_page_range(start, end, migratetype, 0, gfp_mask);
9307         if (ret)
9308                 goto done;
9309
9310         drain_all_pages(cc.zone);
9311
9312         /*
9313          * In case of -EBUSY, we'd like to know which page causes problem.
9314          * So, just fall through. test_pages_isolated() has a tracepoint
9315          * which will report the busy page.
9316          *
9317          * It is possible that busy pages could become available before
9318          * the call to test_pages_isolated, and the range will actually be
9319          * allocated.  So, if we fall through be sure to clear ret so that
9320          * -EBUSY is not accidentally used or returned to caller.
9321          */
9322         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
9323         if (ret && ret != -EBUSY)
9324                 goto done;
9325         ret = 0;
9326
9327         /*
9328          * Pages from [start, end) are within a pageblock_nr_pages
9329          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
9330          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
9331          * What we are going to do is to allocate all pages from
9332          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
9333          *
9334          * The only problem is that pages at the beginning and at the
9335          * end of interesting range may be not aligned with pages that
9336          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
9337          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
9338          * once this is done free the pages we are not interested in.
9339          *
9340          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
9341          * isolated thus they won't get removed from buddy.
9342          */
9343
9344         order = 0;
9345         outer_start = start;
9346         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
9347                 if (++order >= MAX_ORDER) {
9348                         outer_start = start;
9349                         break;
9350                 }
9351                 outer_start &= ~0UL << order;
9352         }
9353
9354         if (outer_start != start) {
9355                 order = buddy_order(pfn_to_page(outer_start));
9356
9357                 /*
9358                  * outer_start page could be small order buddy page and
9359                  * it doesn't include start page. Adjust outer_start
9360                  * in this case to report failed page properly
9361                  * on tracepoint in test_pages_isolated()
9362                  */
9363                 if (outer_start + (1UL << order) <= start)
9364                         outer_start = start;
9365         }
9366
9367         /* Make sure the range is really isolated. */
9368         if (test_pages_isolated(outer_start, end, 0)) {
9369                 ret = -EBUSY;
9370                 goto done;
9371         }
9372
9373         /* Grab isolated pages from freelists. */
9374         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
9375         if (!outer_end) {
9376                 ret = -EBUSY;
9377                 goto done;
9378         }
9379
9380         /* Free head and tail (if any) */
9381         if (start != outer_start)
9382                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
9383         if (end != outer_end)
9384                 free_contig_range(end, outer_end - end);
9385
9386 done:
9387         undo_isolate_page_range(start, end, migratetype);
9388         return ret;
9389 }
9390 EXPORT_SYMBOL(alloc_contig_range);
9391
9392 static int __alloc_contig_pages(unsigned long start_pfn,
9393                                 unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask)
9394 {
9395         unsigned long end_pfn = start_pfn + nr_pages;
9396
9397         return alloc_contig_range(start_pfn, end_pfn, MIGRATE_MOVABLE,
9398                                   gfp_mask);
9399 }
9400
9401 static bool pfn_range_valid_contig(struct zone *z, unsigned long start_pfn,
9402                                    unsigned long nr_pages)
9403 {
9404         unsigned long i, end_pfn = start_pfn + nr_pages;
9405         struct page *page;
9406
9407         for (i = start_pfn; i < end_pfn; i++) {
9408                 page = pfn_to_online_page(i);
9409                 if (!page)
9410                         return false;
9411
9412                 if (page_zone(page) != z)
9413                         return false;
9414
9415                 if (PageReserved(page))
9416                         return false;
9417         }
9418         return true;
9419 }
9420
9421 static bool zone_spans_last_pfn(const struct zone *zone,
9422                                 unsigned long start_pfn, unsigned long nr_pages)
9423 {
9424         unsigned long last_pfn = start_pfn + nr_pages - 1;
9425
9426         return zone_spans_pfn(zone, last_pfn);
9427 }
9428
9429 /**
9430  * alloc_contig_pages() -- tries to find and allocate contiguous range of pages
9431  * @nr_pages:   Number of contiguous pages to allocate
9432  * @gfp_mask:   GFP mask to limit search and used during compaction
9433  * @nid:        Target node
9434  * @nodemask:   Mask for other possible nodes
9435  *
9436  * This routine is a wrapper around alloc_contig_range(). It scans over zones
9437  * on an applicable zonelist to find a contiguous pfn range which can then be
9438  * tried for allocation with alloc_contig_range(). This routine is intended
9439  * for allocation requests which can not be fulfilled with the buddy allocator.
9440  *
9441  * The allocated memory is always aligned to a page boundary. If nr_pages is a
9442  * power of two, then allocated range is also guaranteed to be aligned to same
9443  * nr_pages (e.g. 1GB request would be aligned to 1GB).
9444  *
9445  * Allocated pages can be freed with free_contig_range() or by manually calling
9446  * __free_page() on each allocated page.
9447  *
9448  * Return: pointer to contiguous pages on success, or NULL if not successful.
9449  */
9450 struct page *alloc_contig_pages(unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask,
9451                                 int nid, nodemask_t *nodemask)
9452 {
9453         unsigned long ret, pfn, flags;
9454         struct zonelist *zonelist;
9455         struct zone *zone;
9456         struct zoneref *z;
9457
9458         zonelist = node_zonelist(nid, gfp_mask);
9459         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
9460                                         gfp_zone(gfp_mask), nodemask) {
9461                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9462
9463                 pfn = ALIGN(zone->zone_start_pfn, nr_pages);
9464                 while (zone_spans_last_pfn(zone, pfn, nr_pages)) {
9465                         if (pfn_range_valid_contig(zone, pfn, nr_pages)) {
9466                                 /*
9467                                  * We release the zone lock here because
9468                                  * alloc_contig_range() will also lock the zone
9469                                  * at some point. If there's an allocation
9470                                  * spinning on this lock, it may win the race
9471                                  * and cause alloc_contig_range() to fail...
9472                                  */
9473                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9474                                 ret = __alloc_contig_pages(pfn, nr_pages,
9475                                                         gfp_mask);
9476                                 if (!ret)
9477                                         return pfn_to_page(pfn);
9478                                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9479                         }
9480                         pfn += nr_pages;
9481                 }
9482                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9483         }
9484         return NULL;
9485 }
9486 #endif /* CONFIG_CONTIG_ALLOC */
9487
9488 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned long nr_pages)
9489 {
9490         unsigned long count = 0;
9491
9492         for (; nr_pages--; pfn++) {
9493                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
9494
9495                 count += page_count(page) != 1;
9496                 __free_page(page);
9497         }
9498         WARN(count != 0, "%lu pages are still in use!\n", count);
9499 }
9500 EXPORT_SYMBOL(free_contig_range);
9501
9502 /*
9503  * Effectively disable pcplists for the zone by setting the high limit to 0
9504  * and draining all cpus. A concurrent page freeing on another CPU that's about
9505  * to put the page on pcplist will either finish before the drain and the page
9506  * will be drained, or observe the new high limit and skip the pcplist.
9507  *
9508  * Must be paired with a call to zone_pcp_enable().
9509  */
9510 void zone_pcp_disable(struct zone *zone)
9511 {
9512         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
9513         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0, 1);
9514         __drain_all_pages(zone, true);
9515 }
9516
9517 void zone_pcp_enable(struct zone *zone)
9518 {
9519         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, zone->pageset_high, zone->pageset_batch);
9520         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
9521 }
9522
9523 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
9524 {
9525         int cpu;
9526         struct per_cpu_zonestat *pzstats;
9527
9528         if (zone->per_cpu_pageset != &boot_pageset) {
9529                 for_each_online_cpu(cpu) {
9530                         pzstats = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_zonestats, cpu);
9531                         drain_zonestat(zone, pzstats);
9532                 }
9533                 free_percpu(zone->per_cpu_pageset);
9534                 zone->per_cpu_pageset = &boot_pageset;
9535                 if (zone->per_cpu_zonestats != &boot_zonestats) {
9536                         free_percpu(zone->per_cpu_zonestats);
9537                         zone->per_cpu_zonestats = &boot_zonestats;
9538                 }
9539         }
9540 }
9541
9542 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
9543 /*
9544  * All pages in the range must be in a single zone, must not contain holes,
9545  * must span full sections, and must be isolated before calling this function.
9546  */
9547 void __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
9548 {
9549         unsigned long pfn = start_pfn;
9550         struct page *page;
9551         struct zone *zone;
9552         unsigned int order;
9553         unsigned long flags;
9554
9555         offline_mem_sections(pfn, end_pfn);
9556         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
9557         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9558         while (pfn < end_pfn) {
9559                 page = pfn_to_page(pfn);
9560                 /*
9561                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
9562                  * page_count() is not 0.
9563                  */
9564                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
9565                         pfn++;
9566                         continue;
9567                 }
9568                 /*
9569                  * At this point all remaining PageOffline() pages have a
9570                  * reference count of 0 and can simply be skipped.
9571                  */
9572                 if (PageOffline(page)) {
9573                         BUG_ON(page_count(page));
9574                         BUG_ON(PageBuddy(page));
9575                         pfn++;
9576                         continue;
9577                 }
9578
9579                 BUG_ON(page_count(page));
9580                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
9581                 order = buddy_order(page);
9582                 del_page_from_free_list(page, zone, order);
9583                 pfn += (1 << order);
9584         }
9585         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9586 }
9587 #endif
9588
9589 /*
9590  * This function returns a stable result only if called under zone lock.
9591  */
9592 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
9593 {
9594         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
9595         unsigned int order;
9596
9597         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
9598                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
9599
9600                 if (PageBuddy(page_head) &&
9601                     buddy_order_unsafe(page_head) >= order)
9602                         break;
9603         }
9604
9605         return order < MAX_ORDER;
9606 }
9607 EXPORT_SYMBOL(is_free_buddy_page);
9608
9609 #ifdef CONFIG_MEMORY_FAILURE
9610 /*
9611  * Break down a higher-order page in sub-pages, and keep our target out of
9612  * buddy allocator.
9613  */
9614 static void break_down_buddy_pages(struct zone *zone, struct page *page,
9615                                    struct page *target, int low, int high,
9616                                    int migratetype)
9617 {
9618         unsigned long size = 1 << high;
9619         struct page *current_buddy, *next_page;
9620
9621         while (high > low) {
9622                 high--;
9623                 size >>= 1;
9624
9625                 if (target >= &page[size]) {
9626                         next_page = page + size;
9627                         current_buddy = page;
9628                 } else {
9629                         next_page = page;
9630                         current_buddy = page + size;
9631                 }
9632
9633                 if (set_page_guard(zone, current_buddy, high, migratetype))
9634                         continue;
9635
9636                 if (current_buddy != target) {
9637                         add_to_free_list(current_buddy, zone, high, migratetype);
9638                         set_buddy_order(current_buddy, high);
9639                         page = next_page;
9640                 }
9641         }
9642 }
9643
9644 /*
9645  * Take a page that will be marked as poisoned off the buddy allocator.
9646  */
9647 bool take_page_off_buddy(struct page *page)
9648 {
9649         struct zone *zone = page_zone(page);
9650         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
9651         unsigned long flags;
9652         unsigned int order;
9653         bool ret = false;
9654
9655         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9656         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
9657                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
9658                 int page_order = buddy_order(page_head);
9659
9660                 if (PageBuddy(page_head) && page_order >= order) {
9661                         unsigned long pfn_head = page_to_pfn(page_head);
9662                         int migratetype = get_pfnblock_migratetype(page_head,
9663                                                                    pfn_head);
9664
9665                         del_page_from_free_list(page_head, zone, page_order);
9666                         break_down_buddy_pages(zone, page_head, page, 0,
9667                                                 page_order, migratetype);
9668                         SetPageHWPoisonTakenOff(page);
9669                         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
9670                                 __mod_zone_freepage_state(zone, -1, migratetype);
9671                         ret = true;
9672                         break;
9673                 }
9674                 if (page_count(page_head) > 0)
9675                         break;
9676         }
9677         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9678         return ret;
9679 }
9680
9681 /*
9682  * Cancel takeoff done by take_page_off_buddy().
9683  */
9684 bool put_page_back_buddy(struct page *page)
9685 {
9686         struct zone *zone = page_zone(page);
9687         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
9688         unsigned long flags;
9689         int migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
9690         bool ret = false;
9691
9692         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9693         if (put_page_testzero(page)) {
9694                 ClearPageHWPoisonTakenOff(page);
9695                 __free_one_page(page, pfn, zone, 0, migratetype, FPI_NONE);
9696                 if (TestClearPageHWPoison(page)) {
9697                         ret = true;
9698                 }
9699         }
9700         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9701
9702         return ret;
9703 }
9704 #endif
9705
9706 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
9707 bool has_managed_dma(void)
9708 {
9709         struct pglist_data *pgdat;
9710
9711         for_each_online_pgdat(pgdat) {
9712                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[ZONE_DMA];
9713
9714                 if (managed_zone(zone))
9715                         return true;
9716         }
9717         return false;
9718 }
9719 #endif /* CONFIG_ZONE_DMA */