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