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