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