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