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