GNU Linux-libre 4.19.314-gnu1
[releases.git] / mm / page_alloc.c
1 /*
2  *  linux/mm/page_alloc.c
3  *
4  *  Manages the free list, the system allocates free pages here.
5  *  Note that kmalloc() lives in slab.c
6  *
7  *  Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
8  *  Swap reorganised 29.12.95, Stephen Tweedie
9  *  Support of BIGMEM added by Gerhard Wichert, Siemens AG, July 1999
10  *  Reshaped it to be a zoned allocator, Ingo Molnar, Red Hat, 1999
11  *  Discontiguous memory support, Kanoj Sarcar, SGI, Nov 1999
12  *  Zone balancing, Kanoj Sarcar, SGI, Jan 2000
13  *  Per cpu hot/cold page lists, bulk allocation, Martin J. Bligh, Sept 2002
14  *          (lots of bits borrowed from Ingo Molnar & Andrew Morton)
15  */
16
17 #include <linux/stddef.h>
18 #include <linux/mm.h>
19 #include <linux/swap.h>
20 #include <linux/interrupt.h>
21 #include <linux/pagemap.h>
22 #include <linux/jiffies.h>
23 #include <linux/bootmem.h>
24 #include <linux/memblock.h>
25 #include <linux/compiler.h>
26 #include <linux/kernel.h>
27 #include <linux/kasan.h>
28 #include <linux/module.h>
29 #include <linux/suspend.h>
30 #include <linux/pagevec.h>
31 #include <linux/blkdev.h>
32 #include <linux/slab.h>
33 #include <linux/ratelimit.h>
34 #include <linux/oom.h>
35 #include <linux/topology.h>
36 #include <linux/sysctl.h>
37 #include <linux/cpu.h>
38 #include <linux/cpuset.h>
39 #include <linux/memory_hotplug.h>
40 #include <linux/nodemask.h>
41 #include <linux/vmalloc.h>
42 #include <linux/vmstat.h>
43 #include <linux/mempolicy.h>
44 #include <linux/memremap.h>
45 #include <linux/stop_machine.h>
46 #include <linux/sort.h>
47 #include <linux/pfn.h>
48 #include <linux/backing-dev.h>
49 #include <linux/fault-inject.h>
50 #include <linux/page-isolation.h>
51 #include <linux/page_ext.h>
52 #include <linux/debugobjects.h>
53 #include <linux/kmemleak.h>
54 #include <linux/compaction.h>
55 #include <trace/events/kmem.h>
56 #include <trace/events/oom.h>
57 #include <linux/prefetch.h>
58 #include <linux/mm_inline.h>
59 #include <linux/migrate.h>
60 #include <linux/hugetlb.h>
61 #include <linux/sched/rt.h>
62 #include <linux/sched/mm.h>
63 #include <linux/page_owner.h>
64 #include <linux/kthread.h>
65 #include <linux/memcontrol.h>
66 #include <linux/ftrace.h>
67 #include <linux/lockdep.h>
68 #include <linux/nmi.h>
69 #include <linux/khugepaged.h>
70
71 #include <asm/sections.h>
72 #include <asm/tlbflush.h>
73 #include <asm/div64.h>
74 #include "internal.h"
75
76 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
77 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
78 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION    (8)
79
80 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
81 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
82 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
83 #endif
84
85 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(vm_numa_stat_key);
86
87 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
88 /*
89  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
90  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
91  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
92  * defined in <linux/topology.h>.
93  */
94 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
95 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
96 int _node_numa_mem_[MAX_NUMNODES];
97 #endif
98
99 /* work_structs for global per-cpu drains */
100 DEFINE_MUTEX(pcpu_drain_mutex);
101 DEFINE_PER_CPU(struct work_struct, pcpu_drain);
102
103 #ifdef CONFIG_GCC_PLUGIN_LATENT_ENTROPY
104 volatile unsigned long latent_entropy __latent_entropy;
105 EXPORT_SYMBOL(latent_entropy);
106 #endif
107
108 /*
109  * Array of node states.
110  */
111 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
112         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
113         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
114 #ifndef CONFIG_NUMA
115         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
116 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
117         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
118 #endif
119         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
120         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
121 #endif  /* NUMA */
122 };
123 EXPORT_SYMBOL(node_states);
124
125 /* Protect totalram_pages and zone->managed_pages */
126 static DEFINE_SPINLOCK(managed_page_count_lock);
127
128 unsigned long totalram_pages __read_mostly;
129 unsigned long totalreserve_pages __read_mostly;
130 unsigned long totalcma_pages __read_mostly;
131
132 int percpu_pagelist_fraction;
133 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
134
135 /*
136  * A cached value of the page's pageblock's migratetype, used when the page is
137  * put on a pcplist. Used to avoid the pageblock migratetype lookup when
138  * freeing from pcplists in most cases, at the cost of possibly becoming stale.
139  * Also the migratetype set in the page does not necessarily match the pcplist
140  * index, e.g. page might have MIGRATE_CMA set but be on a pcplist with any
141  * other index - this ensures that it will be put on the correct CMA freelist.
142  */
143 static inline int get_pcppage_migratetype(struct page *page)
144 {
145         return page->index;
146 }
147
148 static inline void set_pcppage_migratetype(struct page *page, int migratetype)
149 {
150         page->index = migratetype;
151 }
152
153 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
154 /*
155  * The following functions are used by the suspend/hibernate code to temporarily
156  * change gfp_allowed_mask in order to avoid using I/O during memory allocations
157  * while devices are suspended.  To avoid races with the suspend/hibernate code,
158  * they should always be called with system_transition_mutex held
159  * (gfp_allowed_mask also should only be modified with system_transition_mutex
160  * held, unless the suspend/hibernate code is guaranteed not to run in parallel
161  * with that modification).
162  */
163
164 static gfp_t saved_gfp_mask;
165
166 void pm_restore_gfp_mask(void)
167 {
168         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
169         if (saved_gfp_mask) {
170                 gfp_allowed_mask = saved_gfp_mask;
171                 saved_gfp_mask = 0;
172         }
173 }
174
175 void pm_restrict_gfp_mask(void)
176 {
177         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
178         WARN_ON(saved_gfp_mask);
179         saved_gfp_mask = gfp_allowed_mask;
180         gfp_allowed_mask &= ~(__GFP_IO | __GFP_FS);
181 }
182
183 bool pm_suspended_storage(void)
184 {
185         if ((gfp_allowed_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
186                 return false;
187         return true;
188 }
189 #endif /* CONFIG_PM_SLEEP */
190
191 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
192 unsigned int pageblock_order __read_mostly;
193 #endif
194
195 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order);
196
197 /*
198  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
199  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
200  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
201  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
202  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
203  *      HIGHMEM allocation will leave (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
204  *
205  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
206  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
207  */
208 int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES] = {
209 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
210         [ZONE_DMA] = 256,
211 #endif
212 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
213         [ZONE_DMA32] = 256,
214 #endif
215         [ZONE_NORMAL] = 32,
216 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
217         [ZONE_HIGHMEM] = 0,
218 #endif
219         [ZONE_MOVABLE] = 0,
220 };
221
222 EXPORT_SYMBOL(totalram_pages);
223
224 static char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
225 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
226          "DMA",
227 #endif
228 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
229          "DMA32",
230 #endif
231          "Normal",
232 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
233          "HighMem",
234 #endif
235          "Movable",
236 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
237          "Device",
238 #endif
239 };
240
241 char * const migratetype_names[MIGRATE_TYPES] = {
242         "Unmovable",
243         "Movable",
244         "Reclaimable",
245         "HighAtomic",
246 #ifdef CONFIG_CMA
247         "CMA",
248 #endif
249 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
250         "Isolate",
251 #endif
252 };
253
254 compound_page_dtor * const compound_page_dtors[] = {
255         NULL,
256         free_compound_page,
257 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
258         free_huge_page,
259 #endif
260 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
261         free_transhuge_page,
262 #endif
263 };
264
265 int min_free_kbytes = 1024;
266 int user_min_free_kbytes = -1;
267 int watermark_scale_factor = 10;
268
269 static unsigned long nr_kernel_pages __meminitdata;
270 static unsigned long nr_all_pages __meminitdata;
271 static unsigned long dma_reserve __meminitdata;
272
273 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
274 static unsigned long arch_zone_lowest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __meminitdata;
275 static unsigned long arch_zone_highest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __meminitdata;
276 static unsigned long required_kernelcore __initdata;
277 static unsigned long required_kernelcore_percent __initdata;
278 static unsigned long required_movablecore __initdata;
279 static unsigned long required_movablecore_percent __initdata;
280 static unsigned long zone_movable_pfn[MAX_NUMNODES] __meminitdata;
281 static bool mirrored_kernelcore __meminitdata;
282
283 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
284 int movable_zone;
285 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
286 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
287
288 #if MAX_NUMNODES > 1
289 int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
290 int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
291 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
292 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
293 #endif
294
295 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
296
297 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
298 /*
299  * During boot we initialize deferred pages on-demand, as needed, but once
300  * page_alloc_init_late() has finished, the deferred pages are all initialized,
301  * and we can permanently disable that path.
302  */
303 static DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(deferred_pages);
304
305 /*
306  * Calling kasan_free_pages() only after deferred memory initialization
307  * has completed. Poisoning pages during deferred memory init will greatly
308  * lengthen the process and cause problem in large memory systems as the
309  * deferred pages initialization is done with interrupt disabled.
310  *
311  * Assuming that there will be no reference to those newly initialized
312  * pages before they are ever allocated, this should have no effect on
313  * KASAN memory tracking as the poison will be properly inserted at page
314  * allocation time. The only corner case is when pages are allocated by
315  * on-demand allocation and then freed again before the deferred pages
316  * initialization is done, but this is not likely to happen.
317  */
318 static inline void kasan_free_nondeferred_pages(struct page *page, int order)
319 {
320         if (!static_branch_unlikely(&deferred_pages))
321                 kasan_free_pages(page, order);
322 }
323
324 /* Returns true if the struct page for the pfn is uninitialised */
325 static inline bool __meminit early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
326 {
327         int nid = early_pfn_to_nid(pfn);
328
329         if (node_online(nid) && pfn >= NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn)
330                 return true;
331
332         return false;
333 }
334
335 /*
336  * Returns false when the remaining initialisation should be deferred until
337  * later in the boot cycle when it can be parallelised.
338  */
339 static inline bool update_defer_init(pg_data_t *pgdat,
340                                 unsigned long pfn, unsigned long zone_end,
341                                 unsigned long *nr_initialised)
342 {
343         /* Always populate low zones for address-constrained allocations */
344         if (zone_end < pgdat_end_pfn(pgdat))
345                 return true;
346         (*nr_initialised)++;
347         if ((*nr_initialised > pgdat->static_init_pgcnt) &&
348             (pfn & (PAGES_PER_SECTION - 1)) == 0) {
349                 pgdat->first_deferred_pfn = pfn;
350                 return false;
351         }
352
353         return true;
354 }
355 #else
356 #define kasan_free_nondeferred_pages(p, o)      kasan_free_pages(p, o)
357
358 static inline bool early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
359 {
360         return false;
361 }
362
363 static inline bool update_defer_init(pg_data_t *pgdat,
364                                 unsigned long pfn, unsigned long zone_end,
365                                 unsigned long *nr_initialised)
366 {
367         return true;
368 }
369 #endif
370
371 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
372 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(struct page *page,
373                                                         unsigned long pfn)
374 {
375 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
376         return __pfn_to_section(pfn)->pageblock_flags;
377 #else
378         return page_zone(page)->pageblock_flags;
379 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
380 }
381
382 static inline int pfn_to_bitidx(struct page *page, unsigned long pfn)
383 {
384 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
385         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
386         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
387 #else
388         pfn = pfn - round_down(page_zone(page)->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
389         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
390 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
391 }
392
393 /**
394  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
395  * @page: The page within the block of interest
396  * @pfn: The target page frame number
397  * @end_bitidx: The last bit of interest to retrieve
398  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
399  *
400  * Return: pageblock_bits flags
401  */
402 static __always_inline unsigned long __get_pfnblock_flags_mask(struct page *page,
403                                         unsigned long pfn,
404                                         unsigned long end_bitidx,
405                                         unsigned long mask)
406 {
407         unsigned long *bitmap;
408         unsigned long bitidx, word_bitidx;
409         unsigned long word;
410
411         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
412         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
413         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
414         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
415
416         word = bitmap[word_bitidx];
417         bitidx += end_bitidx;
418         return (word >> (BITS_PER_LONG - bitidx - 1)) & mask;
419 }
420
421 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long pfn,
422                                         unsigned long end_bitidx,
423                                         unsigned long mask)
424 {
425         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, end_bitidx, mask);
426 }
427
428 static __always_inline int get_pfnblock_migratetype(struct page *page, unsigned long pfn)
429 {
430         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, PB_migrate_end, MIGRATETYPE_MASK);
431 }
432
433 /**
434  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
435  * @page: The page within the block of interest
436  * @flags: The flags to set
437  * @pfn: The target page frame number
438  * @end_bitidx: The last bit of interest
439  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
440  */
441 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
442                                         unsigned long pfn,
443                                         unsigned long end_bitidx,
444                                         unsigned long mask)
445 {
446         unsigned long *bitmap;
447         unsigned long bitidx, word_bitidx;
448         unsigned long old_word, word;
449
450         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
451
452         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
453         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
454         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
455         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
456
457         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(page_zone(page), pfn), page);
458
459         bitidx += end_bitidx;
460         mask <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
461         flags <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
462
463         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
464         for (;;) {
465                 old_word = cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], word, (word & ~mask) | flags);
466                 if (word == old_word)
467                         break;
468                 word = old_word;
469         }
470 }
471
472 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
473 {
474         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
475                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
476                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
477
478         set_pageblock_flags_group(page, (unsigned long)migratetype,
479                                         PB_migrate, PB_migrate_end);
480 }
481
482 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
483 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
484 {
485         int ret = 0;
486         unsigned seq;
487         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
488         unsigned long sp, start_pfn;
489
490         do {
491                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
492                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
493                 sp = zone->spanned_pages;
494                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
495                         ret = 1;
496         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
497
498         if (ret)
499                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
500                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
501                         start_pfn, start_pfn + sp);
502
503         return ret;
504 }
505
506 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
507 {
508         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page)))
509                 return 0;
510         if (zone != page_zone(page))
511                 return 0;
512
513         return 1;
514 }
515 /*
516  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
517  */
518 static int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
519 {
520         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
521                 return 1;
522         if (!page_is_consistent(zone, page))
523                 return 1;
524
525         return 0;
526 }
527 #else
528 static inline int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
529 {
530         return 0;
531 }
532 #endif
533
534 static void bad_page(struct page *page, const char *reason,
535                 unsigned long bad_flags)
536 {
537         static unsigned long resume;
538         static unsigned long nr_shown;
539         static unsigned long nr_unshown;
540
541         /*
542          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
543          * or allow a steady drip of one report per second.
544          */
545         if (nr_shown == 60) {
546                 if (time_before(jiffies, resume)) {
547                         nr_unshown++;
548                         goto out;
549                 }
550                 if (nr_unshown) {
551                         pr_alert(
552                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
553                                 nr_unshown);
554                         nr_unshown = 0;
555                 }
556                 nr_shown = 0;
557         }
558         if (nr_shown++ == 0)
559                 resume = jiffies + 60 * HZ;
560
561         pr_alert("BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
562                 current->comm, page_to_pfn(page));
563         __dump_page(page, reason);
564         bad_flags &= page->flags;
565         if (bad_flags)
566                 pr_alert("bad because of flags: %#lx(%pGp)\n",
567                                                 bad_flags, &bad_flags);
568         dump_page_owner(page);
569
570         print_modules();
571         dump_stack();
572 out:
573         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
574         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
575         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
576 }
577
578 /*
579  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
580  *
581  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page" and have PG_head set.
582  *
583  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages". PageTail() is encoded
584  * in bit 0 of page->compound_head. The rest of bits is pointer to head page.
585  *
586  * The first tail page's ->compound_dtor holds the offset in array of compound
587  * page destructors. See compound_page_dtors.
588  *
589  * The first tail page's ->compound_order holds the order of allocation.
590  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
591  */
592
593 void free_compound_page(struct page *page)
594 {
595         __free_pages_ok(page, compound_order(page));
596 }
597
598 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned int order)
599 {
600         int i;
601         int nr_pages = 1 << order;
602
603         set_compound_page_dtor(page, COMPOUND_PAGE_DTOR);
604         set_compound_order(page, order);
605         __SetPageHead(page);
606         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
607                 struct page *p = page + i;
608                 set_page_count(p, 0);
609                 p->mapping = TAIL_MAPPING;
610                 set_compound_head(p, page);
611         }
612         atomic_set(compound_mapcount_ptr(page), -1);
613 }
614
615 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
616 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
617 bool _debug_pagealloc_enabled __read_mostly
618                         = IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC_ENABLE_DEFAULT);
619 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled);
620 bool _debug_guardpage_enabled __read_mostly;
621
622 static int __init early_debug_pagealloc(char *buf)
623 {
624         if (!buf)
625                 return -EINVAL;
626         return kstrtobool(buf, &_debug_pagealloc_enabled);
627 }
628 early_param("debug_pagealloc", early_debug_pagealloc);
629
630 static bool need_debug_guardpage(void)
631 {
632         /* If we don't use debug_pagealloc, we don't need guard page */
633         if (!debug_pagealloc_enabled())
634                 return false;
635
636         if (!debug_guardpage_minorder())
637                 return false;
638
639         return true;
640 }
641
642 static void init_debug_guardpage(void)
643 {
644         if (!debug_pagealloc_enabled())
645                 return;
646
647         if (!debug_guardpage_minorder())
648                 return;
649
650         _debug_guardpage_enabled = true;
651 }
652
653 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops = {
654         .need = need_debug_guardpage,
655         .init = init_debug_guardpage,
656 };
657
658 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
659 {
660         unsigned long res;
661
662         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
663                 pr_err("Bad debug_guardpage_minorder value\n");
664                 return 0;
665         }
666         _debug_guardpage_minorder = res;
667         pr_info("Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
668         return 0;
669 }
670 early_param("debug_guardpage_minorder", debug_guardpage_minorder_setup);
671
672 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
673                                 unsigned int order, int migratetype)
674 {
675         struct page_ext *page_ext;
676
677         if (!debug_guardpage_enabled())
678                 return false;
679
680         if (order >= debug_guardpage_minorder())
681                 return false;
682
683         page_ext = lookup_page_ext(page);
684         if (unlikely(!page_ext))
685                 return false;
686
687         __set_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
688
689         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
690         set_page_private(page, order);
691         /* Guard pages are not available for any usage */
692         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order), migratetype);
693
694         return true;
695 }
696
697 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
698                                 unsigned int order, int migratetype)
699 {
700         struct page_ext *page_ext;
701
702         if (!debug_guardpage_enabled())
703                 return;
704
705         page_ext = lookup_page_ext(page);
706         if (unlikely(!page_ext))
707                 return;
708
709         __clear_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
710
711         set_page_private(page, 0);
712         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
713                 __mod_zone_freepage_state(zone, (1 << order), migratetype);
714 }
715 #else
716 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops;
717 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
718                         unsigned int order, int migratetype) { return false; }
719 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
720                                 unsigned int order, int migratetype) {}
721 #endif
722
723 static inline void set_page_order(struct page *page, unsigned int order)
724 {
725         set_page_private(page, order);
726         __SetPageBuddy(page);
727 }
728
729 static inline void rmv_page_order(struct page *page)
730 {
731         __ClearPageBuddy(page);
732         set_page_private(page, 0);
733 }
734
735 /*
736  * This function checks whether a page is free && is the buddy
737  * we can coalesce a page and its buddy if
738  * (a) the buddy is not in a hole (check before calling!) &&
739  * (b) the buddy is in the buddy system &&
740  * (c) a page and its buddy have the same order &&
741  * (d) a page and its buddy are in the same zone.
742  *
743  * For recording whether a page is in the buddy system, we set PageBuddy.
744  * Setting, clearing, and testing PageBuddy is serialized by zone->lock.
745  *
746  * For recording page's order, we use page_private(page).
747  */
748 static inline int page_is_buddy(struct page *page, struct page *buddy,
749                                                         unsigned int order)
750 {
751         if (page_is_guard(buddy) && page_order(buddy) == order) {
752                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
753                         return 0;
754
755                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
756
757                 return 1;
758         }
759
760         if (PageBuddy(buddy) && page_order(buddy) == order) {
761                 /*
762                  * zone check is done late to avoid uselessly
763                  * calculating zone/node ids for pages that could
764                  * never merge.
765                  */
766                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
767                         return 0;
768
769                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
770
771                 return 1;
772         }
773         return 0;
774 }
775
776 /*
777  * Freeing function for a buddy system allocator.
778  *
779  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
780  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
781  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
782  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
783  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
784  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
785  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
786  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
787  * parts of the VM system.
788  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
789  * free pages of length of (1 << order) and marked with PageBuddy.
790  * Page's order is recorded in page_private(page) field.
791  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
792  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
793  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
794  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
795  * triggers coalescing into a block of larger size.
796  *
797  * -- nyc
798  */
799
800 static inline void __free_one_page(struct page *page,
801                 unsigned long pfn,
802                 struct zone *zone, unsigned int order,
803                 int migratetype)
804 {
805         unsigned long combined_pfn;
806         unsigned long uninitialized_var(buddy_pfn);
807         struct page *buddy;
808         unsigned int max_order;
809
810         max_order = min_t(unsigned int, MAX_ORDER - 1, pageblock_order);
811
812         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
813         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
814
815         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
816         if (likely(!is_migrate_isolate(migratetype)))
817                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
818
819         VM_BUG_ON_PAGE(pfn & ((1 << order) - 1), page);
820         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
821
822 continue_merging:
823         while (order < max_order) {
824                 buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
825                 buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
826
827                 if (!pfn_valid_within(buddy_pfn))
828                         goto done_merging;
829                 if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
830                         goto done_merging;
831                 /*
832                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
833                  * merge with it and move up one order.
834                  */
835                 if (page_is_guard(buddy)) {
836                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
837                 } else {
838                         list_del(&buddy->lru);
839                         zone->free_area[order].nr_free--;
840                         rmv_page_order(buddy);
841                 }
842                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
843                 page = page + (combined_pfn - pfn);
844                 pfn = combined_pfn;
845                 order++;
846         }
847         if (order < MAX_ORDER - 1) {
848                 /* If we are here, it means order is >= pageblock_order.
849                  * We want to prevent merge between freepages on isolate
850                  * pageblock and normal pageblock. Without this, pageblock
851                  * isolation could cause incorrect freepage or CMA accounting.
852                  *
853                  * We don't want to hit this code for the more frequent
854                  * low-order merging.
855                  */
856                 if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone))) {
857                         int buddy_mt;
858
859                         buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
860                         buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
861                         buddy_mt = get_pageblock_migratetype(buddy);
862
863                         if (migratetype != buddy_mt
864                                         && (is_migrate_isolate(migratetype) ||
865                                                 is_migrate_isolate(buddy_mt)))
866                                 goto done_merging;
867                 }
868                 max_order = order + 1;
869                 goto continue_merging;
870         }
871
872 done_merging:
873         set_page_order(page, order);
874
875         /*
876          * If this is not the largest possible page, check if the buddy
877          * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
878          * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
879          * that is happening, add the free page to the tail of the list
880          * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
881          * as a higher order page
882          */
883         if ((order < MAX_ORDER-2) && pfn_valid_within(buddy_pfn)) {
884                 struct page *higher_page, *higher_buddy;
885                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
886                 higher_page = page + (combined_pfn - pfn);
887                 buddy_pfn = __find_buddy_pfn(combined_pfn, order + 1);
888                 higher_buddy = higher_page + (buddy_pfn - combined_pfn);
889                 if (pfn_valid_within(buddy_pfn) &&
890                     page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1)) {
891                         list_add_tail(&page->lru,
892                                 &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
893                         goto out;
894                 }
895         }
896
897         list_add(&page->lru, &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
898 out:
899         zone->free_area[order].nr_free++;
900 }
901
902 /*
903  * A bad page could be due to a number of fields. Instead of multiple branches,
904  * try and check multiple fields with one check. The caller must do a detailed
905  * check if necessary.
906  */
907 static inline bool page_expected_state(struct page *page,
908                                         unsigned long check_flags)
909 {
910         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
911                 return false;
912
913         if (unlikely((unsigned long)page->mapping |
914                         page_ref_count(page) |
915 #ifdef CONFIG_MEMCG
916                         (unsigned long)page->mem_cgroup |
917 #endif
918                         (page->flags & check_flags)))
919                 return false;
920
921         return true;
922 }
923
924 static void free_pages_check_bad(struct page *page)
925 {
926         const char *bad_reason;
927         unsigned long bad_flags;
928
929         bad_reason = NULL;
930         bad_flags = 0;
931
932         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
933                 bad_reason = "nonzero mapcount";
934         if (unlikely(page->mapping != NULL))
935                 bad_reason = "non-NULL mapping";
936         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
937                 bad_reason = "nonzero _refcount";
938         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)) {
939                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
940                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE;
941         }
942 #ifdef CONFIG_MEMCG
943         if (unlikely(page->mem_cgroup))
944                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
945 #endif
946         bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
947 }
948
949 static inline int free_pages_check(struct page *page)
950 {
951         if (likely(page_expected_state(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)))
952                 return 0;
953
954         /* Something has gone sideways, find it */
955         free_pages_check_bad(page);
956         return 1;
957 }
958
959 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
960 {
961         int ret = 1;
962
963         /*
964          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
965          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
966          */
967         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
968
969         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM)) {
970                 ret = 0;
971                 goto out;
972         }
973         switch (page - head_page) {
974         case 1:
975                 /* the first tail page: ->mapping may be compound_mapcount() */
976                 if (unlikely(compound_mapcount(page))) {
977                         bad_page(page, "nonzero compound_mapcount", 0);
978                         goto out;
979                 }
980                 break;
981         case 2:
982                 /*
983                  * the second tail page: ->mapping is
984                  * deferred_list.next -- ignore value.
985                  */
986                 break;
987         default:
988                 if (page->mapping != TAIL_MAPPING) {
989                         bad_page(page, "corrupted mapping in tail page", 0);
990                         goto out;
991                 }
992                 break;
993         }
994         if (unlikely(!PageTail(page))) {
995                 bad_page(page, "PageTail not set", 0);
996                 goto out;
997         }
998         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
999                 bad_page(page, "compound_head not consistent", 0);
1000                 goto out;
1001         }
1002         ret = 0;
1003 out:
1004         page->mapping = NULL;
1005         clear_compound_head(page);
1006         return ret;
1007 }
1008
1009 static __always_inline bool free_pages_prepare(struct page *page,
1010                                         unsigned int order, bool check_free)
1011 {
1012         int bad = 0;
1013
1014         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
1015
1016         trace_mm_page_free(page, order);
1017
1018         /*
1019          * Check tail pages before head page information is cleared to
1020          * avoid checking PageCompound for order-0 pages.
1021          */
1022         if (unlikely(order)) {
1023                 bool compound = PageCompound(page);
1024                 int i;
1025
1026                 VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
1027
1028                 if (compound)
1029                         ClearPageDoubleMap(page);
1030                 for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1031                         if (compound)
1032                                 bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
1033                         if (unlikely(free_pages_check(page + i))) {
1034                                 bad++;
1035                                 continue;
1036                         }
1037                         (page + i)->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1038                 }
1039         }
1040         if (PageMappingFlags(page))
1041                 page->mapping = NULL;
1042         if (memcg_kmem_enabled() && PageKmemcg(page))
1043                 memcg_kmem_uncharge(page, order);
1044         if (check_free)
1045                 bad += free_pages_check(page);
1046         if (bad)
1047                 return false;
1048
1049         page_cpupid_reset_last(page);
1050         page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1051         reset_page_owner(page, order);
1052
1053         if (!PageHighMem(page)) {
1054                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1055                                            PAGE_SIZE << order);
1056                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1057                                            PAGE_SIZE << order);
1058         }
1059         arch_free_page(page, order);
1060         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 0);
1061         kernel_map_pages(page, 1 << order, 0);
1062         kasan_free_nondeferred_pages(page, order);
1063
1064         return true;
1065 }
1066
1067 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1068 static inline bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1069 {
1070         return free_pages_prepare(page, 0, true);
1071 }
1072
1073 static inline bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1074 {
1075         return false;
1076 }
1077 #else
1078 static bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1079 {
1080         return free_pages_prepare(page, 0, false);
1081 }
1082
1083 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1084 {
1085         return free_pages_check(page);
1086 }
1087 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1088
1089 static inline void prefetch_buddy(struct page *page)
1090 {
1091         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1092         unsigned long buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, 0);
1093         struct page *buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
1094
1095         prefetch(buddy);
1096 }
1097
1098 /*
1099  * Frees a number of pages from the PCP lists
1100  * Assumes all pages on list are in same zone, and of same order.
1101  * count is the number of pages to free.
1102  *
1103  * If the zone was previously in an "all pages pinned" state then look to
1104  * see if this freeing clears that state.
1105  *
1106  * And clear the zone's pages_scanned counter, to hold off the "all pages are
1107  * pinned" detection logic.
1108  */
1109 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
1110                                         struct per_cpu_pages *pcp)
1111 {
1112         int migratetype = 0;
1113         int batch_free = 0;
1114         int prefetch_nr = 0;
1115         bool isolated_pageblocks;
1116         struct page *page, *tmp;
1117         LIST_HEAD(head);
1118
1119         /*
1120          * Ensure proper count is passed which otherwise would stuck in the
1121          * below while (list_empty(list)) loop.
1122          */
1123         count = min(pcp->count, count);
1124         while (count) {
1125                 struct list_head *list;
1126
1127                 /*
1128                  * Remove pages from lists in a round-robin fashion. A
1129                  * batch_free count is maintained that is incremented when an
1130                  * empty list is encountered.  This is so more pages are freed
1131                  * off fuller lists instead of spinning excessively around empty
1132                  * lists
1133                  */
1134                 do {
1135                         batch_free++;
1136                         if (++migratetype == MIGRATE_PCPTYPES)
1137                                 migratetype = 0;
1138                         list = &pcp->lists[migratetype];
1139                 } while (list_empty(list));
1140
1141                 /* This is the only non-empty list. Free them all. */
1142                 if (batch_free == MIGRATE_PCPTYPES)
1143                         batch_free = count;
1144
1145                 do {
1146                         page = list_last_entry(list, struct page, lru);
1147                         /* must delete to avoid corrupting pcp list */
1148                         list_del(&page->lru);
1149                         pcp->count--;
1150
1151                         if (bulkfree_pcp_prepare(page))
1152                                 continue;
1153
1154                         list_add_tail(&page->lru, &head);
1155
1156                         /*
1157                          * We are going to put the page back to the global
1158                          * pool, prefetch its buddy to speed up later access
1159                          * under zone->lock. It is believed the overhead of
1160                          * an additional test and calculating buddy_pfn here
1161                          * can be offset by reduced memory latency later. To
1162                          * avoid excessive prefetching due to large count, only
1163                          * prefetch buddy for the first pcp->batch nr of pages.
1164                          */
1165                         if (prefetch_nr++ < pcp->batch)
1166                                 prefetch_buddy(page);
1167                 } while (--count && --batch_free && !list_empty(list));
1168         }
1169
1170         spin_lock(&zone->lock);
1171         isolated_pageblocks = has_isolate_pageblock(zone);
1172
1173         /*
1174          * Use safe version since after __free_one_page(),
1175          * page->lru.next will not point to original list.
1176          */
1177         list_for_each_entry_safe(page, tmp, &head, lru) {
1178                 int mt = get_pcppage_migratetype(page);
1179                 /* MIGRATE_ISOLATE page should not go to pcplists */
1180                 VM_BUG_ON_PAGE(is_migrate_isolate(mt), page);
1181                 /* Pageblock could have been isolated meanwhile */
1182                 if (unlikely(isolated_pageblocks))
1183                         mt = get_pageblock_migratetype(page);
1184
1185                 __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, 0, mt);
1186                 trace_mm_page_pcpu_drain(page, 0, mt);
1187         }
1188         spin_unlock(&zone->lock);
1189 }
1190
1191 static void free_one_page(struct zone *zone,
1192                                 struct page *page, unsigned long pfn,
1193                                 unsigned int order,
1194                                 int migratetype)
1195 {
1196         spin_lock(&zone->lock);
1197         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1198                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1199                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1200         }
1201         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype);
1202         spin_unlock(&zone->lock);
1203 }
1204
1205 static void __meminit __init_single_page(struct page *page, unsigned long pfn,
1206                                 unsigned long zone, int nid)
1207 {
1208         mm_zero_struct_page(page);
1209         set_page_links(page, zone, nid, pfn);
1210         init_page_count(page);
1211         page_mapcount_reset(page);
1212         page_cpupid_reset_last(page);
1213
1214         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1215 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
1216         /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
1217         if (!is_highmem_idx(zone))
1218                 set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
1219 #endif
1220 }
1221
1222 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1223 static void __meminit init_reserved_page(unsigned long pfn)
1224 {
1225         pg_data_t *pgdat;
1226         int nid, zid;
1227
1228         if (!early_page_uninitialised(pfn))
1229                 return;
1230
1231         nid = early_pfn_to_nid(pfn);
1232         pgdat = NODE_DATA(nid);
1233
1234         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1235                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zid];
1236
1237                 if (pfn >= zone->zone_start_pfn && pfn < zone_end_pfn(zone))
1238                         break;
1239         }
1240         __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zid, nid);
1241 }
1242 #else
1243 static inline void init_reserved_page(unsigned long pfn)
1244 {
1245 }
1246 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1247
1248 /*
1249  * Initialised pages do not have PageReserved set. This function is
1250  * called for each range allocated by the bootmem allocator and
1251  * marks the pages PageReserved. The remaining valid pages are later
1252  * sent to the buddy page allocator.
1253  */
1254 void __meminit reserve_bootmem_region(phys_addr_t start, phys_addr_t end)
1255 {
1256         unsigned long start_pfn = PFN_DOWN(start);
1257         unsigned long end_pfn = PFN_UP(end);
1258
1259         for (; start_pfn < end_pfn; start_pfn++) {
1260                 if (pfn_valid(start_pfn)) {
1261                         struct page *page = pfn_to_page(start_pfn);
1262
1263                         init_reserved_page(start_pfn);
1264
1265                         /* Avoid false-positive PageTail() */
1266                         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1267
1268                         SetPageReserved(page);
1269                 }
1270         }
1271 }
1272
1273 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order)
1274 {
1275         unsigned long flags;
1276         int migratetype;
1277         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1278
1279         if (!free_pages_prepare(page, order, true))
1280                 return;
1281
1282         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1283         local_irq_save(flags);
1284         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1285         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype);
1286         local_irq_restore(flags);
1287 }
1288
1289 static void __init __free_pages_boot_core(struct page *page, unsigned int order)
1290 {
1291         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1292         struct page *p = page;
1293         unsigned int loop;
1294
1295         prefetchw(p);
1296         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1297                 prefetchw(p + 1);
1298                 __ClearPageReserved(p);
1299                 set_page_count(p, 0);
1300         }
1301         __ClearPageReserved(p);
1302         set_page_count(p, 0);
1303
1304         page_zone(page)->managed_pages += nr_pages;
1305         set_page_refcounted(page);
1306         __free_pages(page, order);
1307 }
1308
1309 #if defined(CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID) || \
1310         defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP)
1311
1312 static struct mminit_pfnnid_cache early_pfnnid_cache __meminitdata;
1313
1314 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
1315 {
1316         static DEFINE_SPINLOCK(early_pfn_lock);
1317         int nid;
1318
1319         spin_lock(&early_pfn_lock);
1320         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1321         if (nid < 0)
1322                 nid = first_online_node;
1323         spin_unlock(&early_pfn_lock);
1324
1325         return nid;
1326 }
1327 #endif
1328
1329 #ifdef CONFIG_NODES_SPAN_OTHER_NODES
1330 static inline bool __meminit __maybe_unused
1331 meminit_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node,
1332                    struct mminit_pfnnid_cache *state)
1333 {
1334         int nid;
1335
1336         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, state);
1337         if (nid >= 0 && nid != node)
1338                 return false;
1339         return true;
1340 }
1341
1342 /* Only safe to use early in boot when initialisation is single-threaded */
1343 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1344 {
1345         return meminit_pfn_in_nid(pfn, node, &early_pfnnid_cache);
1346 }
1347
1348 #else
1349
1350 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1351 {
1352         return true;
1353 }
1354 static inline bool __meminit  __maybe_unused
1355 meminit_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node,
1356                    struct mminit_pfnnid_cache *state)
1357 {
1358         return true;
1359 }
1360 #endif
1361
1362
1363 void __init __free_pages_bootmem(struct page *page, unsigned long pfn,
1364                                                         unsigned int order)
1365 {
1366         if (early_page_uninitialised(pfn))
1367                 return;
1368         return __free_pages_boot_core(page, order);
1369 }
1370
1371 /*
1372  * Check that the whole (or subset of) a pageblock given by the interval of
1373  * [start_pfn, end_pfn) is valid and within the same zone, before scanning it
1374  * with the migration of free compaction scanner. The scanners then need to
1375  * use only pfn_valid_within() check for arches that allow holes within
1376  * pageblocks.
1377  *
1378  * Return struct page pointer of start_pfn, or NULL if checks were not passed.
1379  *
1380  * It's possible on some configurations to have a setup like node0 node1 node0
1381  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of pages do not
1382  * belong to a single zone. We assume that a border between node0 and node1
1383  * can occur within a single pageblock, but not a node0 node1 node0
1384  * interleaving within a single pageblock. It is therefore sufficient to check
1385  * the first and last page of a pageblock and avoid checking each individual
1386  * page in a pageblock.
1387  */
1388 struct page *__pageblock_pfn_to_page(unsigned long start_pfn,
1389                                      unsigned long end_pfn, struct zone *zone)
1390 {
1391         struct page *start_page;
1392         struct page *end_page;
1393
1394         /* end_pfn is one past the range we are checking */
1395         end_pfn--;
1396
1397         if (!pfn_valid(start_pfn) || !pfn_valid(end_pfn))
1398                 return NULL;
1399
1400         start_page = pfn_to_online_page(start_pfn);
1401         if (!start_page)
1402                 return NULL;
1403
1404         if (page_zone(start_page) != zone)
1405                 return NULL;
1406
1407         end_page = pfn_to_page(end_pfn);
1408
1409         /* This gives a shorter code than deriving page_zone(end_page) */
1410         if (page_zone_id(start_page) != page_zone_id(end_page))
1411                 return NULL;
1412
1413         return start_page;
1414 }
1415
1416 void set_zone_contiguous(struct zone *zone)
1417 {
1418         unsigned long block_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
1419         unsigned long block_end_pfn;
1420
1421         block_end_pfn = ALIGN(block_start_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
1422         for (; block_start_pfn < zone_end_pfn(zone);
1423                         block_start_pfn = block_end_pfn,
1424                          block_end_pfn += pageblock_nr_pages) {
1425
1426                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, zone_end_pfn(zone));
1427
1428                 if (!__pageblock_pfn_to_page(block_start_pfn,
1429                                              block_end_pfn, zone))
1430                         return;
1431                 cond_resched();
1432         }
1433
1434         /* We confirm that there is no hole */
1435         zone->contiguous = true;
1436 }
1437
1438 void clear_zone_contiguous(struct zone *zone)
1439 {
1440         zone->contiguous = false;
1441 }
1442
1443 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1444 static void __init deferred_free_range(unsigned long pfn,
1445                                        unsigned long nr_pages)
1446 {
1447         struct page *page;
1448         unsigned long i;
1449
1450         if (!nr_pages)
1451                 return;
1452
1453         page = pfn_to_page(pfn);
1454
1455         /* Free a large naturally-aligned chunk if possible */
1456         if (nr_pages == pageblock_nr_pages &&
1457             (pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0) {
1458                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1459                 __free_pages_boot_core(page, pageblock_order);
1460                 return;
1461         }
1462
1463         for (i = 0; i < nr_pages; i++, page++, pfn++) {
1464                 if ((pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0)
1465                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1466                 __free_pages_boot_core(page, 0);
1467         }
1468 }
1469
1470 /* Completion tracking for deferred_init_memmap() threads */
1471 static atomic_t pgdat_init_n_undone __initdata;
1472 static __initdata DECLARE_COMPLETION(pgdat_init_all_done_comp);
1473
1474 static inline void __init pgdat_init_report_one_done(void)
1475 {
1476         if (atomic_dec_and_test(&pgdat_init_n_undone))
1477                 complete(&pgdat_init_all_done_comp);
1478 }
1479
1480 /*
1481  * Returns true if page needs to be initialized or freed to buddy allocator.
1482  *
1483  * First we check if pfn is valid on architectures where it is possible to have
1484  * holes within pageblock_nr_pages. On systems where it is not possible, this
1485  * function is optimized out.
1486  *
1487  * Then, we check if a current large page is valid by only checking the validity
1488  * of the head pfn.
1489  *
1490  * Finally, meminit_pfn_in_nid is checked on systems where pfns can interleave
1491  * within a node: a pfn is between start and end of a node, but does not belong
1492  * to this memory node.
1493  */
1494 static inline bool __init
1495 deferred_pfn_valid(int nid, unsigned long pfn,
1496                    struct mminit_pfnnid_cache *nid_init_state)
1497 {
1498         if (!pfn_valid_within(pfn))
1499                 return false;
1500         if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) && !pfn_valid(pfn))
1501                 return false;
1502         if (!meminit_pfn_in_nid(pfn, nid, nid_init_state))
1503                 return false;
1504         return true;
1505 }
1506
1507 /*
1508  * Free pages to buddy allocator. Try to free aligned pages in
1509  * pageblock_nr_pages sizes.
1510  */
1511 static void __init deferred_free_pages(int nid, int zid, unsigned long pfn,
1512                                        unsigned long end_pfn)
1513 {
1514         struct mminit_pfnnid_cache nid_init_state = { };
1515         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1516         unsigned long nr_free = 0;
1517
1518         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1519                 if (!deferred_pfn_valid(nid, pfn, &nid_init_state)) {
1520                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1521                         nr_free = 0;
1522                 } else if (!(pfn & nr_pgmask)) {
1523                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1524                         nr_free = 1;
1525                         touch_nmi_watchdog();
1526                 } else {
1527                         nr_free++;
1528                 }
1529         }
1530         /* Free the last block of pages to allocator */
1531         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1532 }
1533
1534 /*
1535  * Initialize struct pages.  We minimize pfn page lookups and scheduler checks
1536  * by performing it only once every pageblock_nr_pages.
1537  * Return number of pages initialized.
1538  */
1539 static unsigned long  __init deferred_init_pages(int nid, int zid,
1540                                                  unsigned long pfn,
1541                                                  unsigned long end_pfn)
1542 {
1543         struct mminit_pfnnid_cache nid_init_state = { };
1544         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1545         unsigned long nr_pages = 0;
1546         struct page *page = NULL;
1547
1548         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1549                 if (!deferred_pfn_valid(nid, pfn, &nid_init_state)) {
1550                         page = NULL;
1551                         continue;
1552                 } else if (!page || !(pfn & nr_pgmask)) {
1553                         page = pfn_to_page(pfn);
1554                         touch_nmi_watchdog();
1555                 } else {
1556                         page++;
1557                 }
1558                 __init_single_page(page, pfn, zid, nid);
1559                 nr_pages++;
1560         }
1561         return (nr_pages);
1562 }
1563
1564 /* Initialise remaining memory on a node */
1565 static int __init deferred_init_memmap(void *data)
1566 {
1567         pg_data_t *pgdat = data;
1568         int nid = pgdat->node_id;
1569         unsigned long start = jiffies;
1570         unsigned long nr_pages = 0;
1571         unsigned long spfn, epfn, first_init_pfn, flags;
1572         phys_addr_t spa, epa;
1573         int zid;
1574         struct zone *zone;
1575         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
1576         u64 i;
1577
1578         /* Bind memory initialisation thread to a local node if possible */
1579         if (!cpumask_empty(cpumask))
1580                 set_cpus_allowed_ptr(current, cpumask);
1581
1582         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
1583         first_init_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1584         if (first_init_pfn == ULONG_MAX) {
1585                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1586                 pgdat_init_report_one_done();
1587                 return 0;
1588         }
1589
1590         /* Sanity check boundaries */
1591         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn < pgdat->node_start_pfn);
1592         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn > pgdat_end_pfn(pgdat));
1593         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
1594
1595         /*
1596          * Once we unlock here, the zone cannot be grown anymore, thus if an
1597          * interrupt thread must allocate this early in boot, zone must be
1598          * pre-grown prior to start of deferred page initialization.
1599          */
1600         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1601
1602         /* Only the highest zone is deferred so find it */
1603         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1604                 zone = pgdat->node_zones + zid;
1605                 if (first_init_pfn < zone_end_pfn(zone))
1606                         break;
1607         }
1608         first_init_pfn = max(zone->zone_start_pfn, first_init_pfn);
1609
1610         /*
1611          * Initialize and free pages. We do it in two loops: first we initialize
1612          * struct page, than free to buddy allocator, because while we are
1613          * freeing pages we can access pages that are ahead (computing buddy
1614          * page in __free_one_page()).
1615          */
1616         for_each_free_mem_range(i, nid, MEMBLOCK_NONE, &spa, &epa, NULL) {
1617                 spfn = max_t(unsigned long, first_init_pfn, PFN_UP(spa));
1618                 epfn = min_t(unsigned long, zone_end_pfn(zone), PFN_DOWN(epa));
1619                 nr_pages += deferred_init_pages(nid, zid, spfn, epfn);
1620         }
1621         for_each_free_mem_range(i, nid, MEMBLOCK_NONE, &spa, &epa, NULL) {
1622                 spfn = max_t(unsigned long, first_init_pfn, PFN_UP(spa));
1623                 epfn = min_t(unsigned long, zone_end_pfn(zone), PFN_DOWN(epa));
1624                 deferred_free_pages(nid, zid, spfn, epfn);
1625         }
1626
1627         /* Sanity check that the next zone really is unpopulated */
1628         WARN_ON(++zid < MAX_NR_ZONES && populated_zone(++zone));
1629
1630         pr_info("node %d initialised, %lu pages in %ums\n", nid, nr_pages,
1631                                         jiffies_to_msecs(jiffies - start));
1632
1633         pgdat_init_report_one_done();
1634         return 0;
1635 }
1636
1637 /*
1638  * If this zone has deferred pages, try to grow it by initializing enough
1639  * deferred pages to satisfy the allocation specified by order, rounded up to
1640  * the nearest PAGES_PER_SECTION boundary.  So we're adding memory in increments
1641  * of SECTION_SIZE bytes by initializing struct pages in increments of
1642  * PAGES_PER_SECTION * sizeof(struct page) bytes.
1643  *
1644  * Return true when zone was grown, otherwise return false. We return true even
1645  * when we grow less than requested, to let the caller decide if there are
1646  * enough pages to satisfy the allocation.
1647  *
1648  * Note: We use noinline because this function is needed only during boot, and
1649  * it is called from a __ref function _deferred_grow_zone. This way we are
1650  * making sure that it is not inlined into permanent text section.
1651  */
1652 static noinline bool __init
1653 deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
1654 {
1655         int zid = zone_idx(zone);
1656         int nid = zone_to_nid(zone);
1657         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
1658         unsigned long nr_pages_needed = ALIGN(1 << order, PAGES_PER_SECTION);
1659         unsigned long nr_pages = 0;
1660         unsigned long first_init_pfn, spfn, epfn, t, flags;
1661         unsigned long first_deferred_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1662         phys_addr_t spa, epa;
1663         u64 i;
1664
1665         /* Only the last zone may have deferred pages */
1666         if (zone_end_pfn(zone) != pgdat_end_pfn(pgdat))
1667                 return false;
1668
1669         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
1670
1671         /*
1672          * If someone grew this zone while we were waiting for spinlock, return
1673          * true, as there might be enough pages already.
1674          */
1675         if (first_deferred_pfn != pgdat->first_deferred_pfn) {
1676                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1677                 return true;
1678         }
1679
1680         first_init_pfn = max(zone->zone_start_pfn, first_deferred_pfn);
1681
1682         if (first_init_pfn >= pgdat_end_pfn(pgdat)) {
1683                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1684                 return false;
1685         }
1686
1687         for_each_free_mem_range(i, nid, MEMBLOCK_NONE, &spa, &epa, NULL) {
1688                 spfn = max_t(unsigned long, first_init_pfn, PFN_UP(spa));
1689                 epfn = min_t(unsigned long, zone_end_pfn(zone), PFN_DOWN(epa));
1690
1691                 while (spfn < epfn && nr_pages < nr_pages_needed) {
1692                         t = ALIGN(spfn + PAGES_PER_SECTION, PAGES_PER_SECTION);
1693                         first_deferred_pfn = min(t, epfn);
1694                         nr_pages += deferred_init_pages(nid, zid, spfn,
1695                                                         first_deferred_pfn);
1696                         spfn = first_deferred_pfn;
1697                 }
1698
1699                 if (nr_pages >= nr_pages_needed)
1700                         break;
1701         }
1702
1703         for_each_free_mem_range(i, nid, MEMBLOCK_NONE, &spa, &epa, NULL) {
1704                 spfn = max_t(unsigned long, first_init_pfn, PFN_UP(spa));
1705                 epfn = min_t(unsigned long, first_deferred_pfn, PFN_DOWN(epa));
1706                 deferred_free_pages(nid, zid, spfn, epfn);
1707
1708                 if (first_deferred_pfn == epfn)
1709                         break;
1710         }
1711         pgdat->first_deferred_pfn = first_deferred_pfn;
1712         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1713
1714         return nr_pages > 0;
1715 }
1716
1717 /*
1718  * deferred_grow_zone() is __init, but it is called from
1719  * get_page_from_freelist() during early boot until deferred_pages permanently
1720  * disables this call. This is why we have refdata wrapper to avoid warning,
1721  * and to ensure that the function body gets unloaded.
1722  */
1723 static bool __ref
1724 _deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
1725 {
1726         return deferred_grow_zone(zone, order);
1727 }
1728
1729 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1730
1731 void __init page_alloc_init_late(void)
1732 {
1733         struct zone *zone;
1734
1735 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1736         int nid;
1737
1738         /* There will be num_node_state(N_MEMORY) threads */
1739         atomic_set(&pgdat_init_n_undone, num_node_state(N_MEMORY));
1740         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
1741                 kthread_run(deferred_init_memmap, NODE_DATA(nid), "pgdatinit%d", nid);
1742         }
1743
1744         /* Block until all are initialised */
1745         wait_for_completion(&pgdat_init_all_done_comp);
1746
1747         /*
1748          * The number of managed pages has changed due to the initialisation
1749          * so the pcpu batch and high limits needs to be updated or the limits
1750          * will be artificially small.
1751          */
1752         for_each_populated_zone(zone)
1753                 zone_pcp_update(zone);
1754
1755         /*
1756          * We initialized the rest of the deferred pages.  Permanently disable
1757          * on-demand struct page initialization.
1758          */
1759         static_branch_disable(&deferred_pages);
1760
1761         /* Reinit limits that are based on free pages after the kernel is up */
1762         files_maxfiles_init();
1763 #endif
1764 #ifdef CONFIG_ARCH_DISCARD_MEMBLOCK
1765         /* Discard memblock private memory */
1766         memblock_discard();
1767 #endif
1768
1769         for_each_populated_zone(zone)
1770                 set_zone_contiguous(zone);
1771 }
1772
1773 #ifdef CONFIG_CMA
1774 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
1775 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
1776 {
1777         unsigned i = pageblock_nr_pages;
1778         struct page *p = page;
1779
1780         do {
1781                 __ClearPageReserved(p);
1782                 set_page_count(p, 0);
1783         } while (++p, --i);
1784
1785         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
1786
1787         if (pageblock_order >= MAX_ORDER) {
1788                 i = pageblock_nr_pages;
1789                 p = page;
1790                 do {
1791                         set_page_refcounted(p);
1792                         __free_pages(p, MAX_ORDER - 1);
1793                         p += MAX_ORDER_NR_PAGES;
1794                 } while (i -= MAX_ORDER_NR_PAGES);
1795         } else {
1796                 set_page_refcounted(page);
1797                 __free_pages(page, pageblock_order);
1798         }
1799
1800         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
1801 }
1802 #endif
1803
1804 /*
1805  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
1806  * Please do not alter this order without good reasons and regression
1807  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
1808  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
1809  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
1810  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
1811  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
1812  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
1813  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
1814  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
1815  *
1816  * -- nyc
1817  */
1818 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
1819         int low, int high, struct free_area *area,
1820         int migratetype)
1821 {
1822         unsigned long size = 1 << high;
1823
1824         while (high > low) {
1825                 area--;
1826                 high--;
1827                 size >>= 1;
1828                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
1829
1830                 /*
1831                  * Mark as guard pages (or page), that will allow to
1832                  * merge back to allocator when buddy will be freed.
1833                  * Corresponding page table entries will not be touched,
1834                  * pages will stay not present in virtual address space
1835                  */
1836                 if (set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype))
1837                         continue;
1838
1839                 list_add(&page[size].lru, &area->free_list[migratetype]);
1840                 area->nr_free++;
1841                 set_page_order(&page[size], high);
1842         }
1843 }
1844
1845 static void check_new_page_bad(struct page *page)
1846 {
1847         const char *bad_reason = NULL;
1848         unsigned long bad_flags = 0;
1849
1850         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1851                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1852         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1853                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1854         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
1855                 bad_reason = "nonzero _count";
1856         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
1857                 bad_reason = "HWPoisoned (hardware-corrupted)";
1858                 bad_flags = __PG_HWPOISON;
1859                 /* Don't complain about hwpoisoned pages */
1860                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
1861                 return;
1862         }
1863         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)) {
1864                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag set";
1865                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1866         }
1867 #ifdef CONFIG_MEMCG
1868         if (unlikely(page->mem_cgroup))
1869                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
1870 #endif
1871         bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
1872 }
1873
1874 /*
1875  * This page is about to be returned from the page allocator
1876  */
1877 static inline int check_new_page(struct page *page)
1878 {
1879         if (likely(page_expected_state(page,
1880                                 PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP|__PG_HWPOISON)))
1881                 return 0;
1882
1883         check_new_page_bad(page);
1884         return 1;
1885 }
1886
1887 static inline bool free_pages_prezeroed(void)
1888 {
1889         return IS_ENABLED(CONFIG_PAGE_POISONING_ZERO) &&
1890                 page_poisoning_enabled();
1891 }
1892
1893 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1894 static bool check_pcp_refill(struct page *page)
1895 {
1896         return false;
1897 }
1898
1899 static bool check_new_pcp(struct page *page)
1900 {
1901         return check_new_page(page);
1902 }
1903 #else
1904 static bool check_pcp_refill(struct page *page)
1905 {
1906         return check_new_page(page);
1907 }
1908 static bool check_new_pcp(struct page *page)
1909 {
1910         return false;
1911 }
1912 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1913
1914 static bool check_new_pages(struct page *page, unsigned int order)
1915 {
1916         int i;
1917         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
1918                 struct page *p = page + i;
1919
1920                 if (unlikely(check_new_page(p)))
1921                         return true;
1922         }
1923
1924         return false;
1925 }
1926
1927 inline void post_alloc_hook(struct page *page, unsigned int order,
1928                                 gfp_t gfp_flags)
1929 {
1930         set_page_private(page, 0);
1931         set_page_refcounted(page);
1932
1933         arch_alloc_page(page, order);
1934         kernel_map_pages(page, 1 << order, 1);
1935         kasan_alloc_pages(page, order);
1936         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 1);
1937         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
1938 }
1939
1940 static void prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
1941                                                         unsigned int alloc_flags)
1942 {
1943         int i;
1944
1945         post_alloc_hook(page, order, gfp_flags);
1946
1947         if (!free_pages_prezeroed() && (gfp_flags & __GFP_ZERO))
1948                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
1949                         clear_highpage(page + i);
1950
1951         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
1952                 prep_compound_page(page, order);
1953
1954         /*
1955          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
1956          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
1957          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
1958          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
1959          */
1960         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
1961                 set_page_pfmemalloc(page);
1962         else
1963                 clear_page_pfmemalloc(page);
1964 }
1965
1966 /*
1967  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
1968  * the smallest available page from the freelists
1969  */
1970 static __always_inline
1971 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
1972                                                 int migratetype)
1973 {
1974         unsigned int current_order;
1975         struct free_area *area;
1976         struct page *page;
1977
1978         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
1979         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
1980                 area = &(zone->free_area[current_order]);
1981                 page = list_first_entry_or_null(&area->free_list[migratetype],
1982                                                         struct page, lru);
1983                 if (!page)
1984                         continue;
1985                 list_del(&page->lru);
1986                 rmv_page_order(page);
1987                 area->nr_free--;
1988                 expand(zone, page, order, current_order, area, migratetype);
1989                 set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
1990                 return page;
1991         }
1992
1993         return NULL;
1994 }
1995
1996
1997 /*
1998  * This array describes the order lists are fallen back to when
1999  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
2000  */
2001 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][4] = {
2002         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2003         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2004         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_TYPES },
2005 #ifdef CONFIG_CMA
2006         [MIGRATE_CMA]         = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
2007 #endif
2008 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
2009         [MIGRATE_ISOLATE]     = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
2010 #endif
2011 };
2012
2013 #ifdef CONFIG_CMA
2014 static __always_inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2015                                         unsigned int order)
2016 {
2017         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
2018 }
2019 #else
2020 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2021                                         unsigned int order) { return NULL; }
2022 #endif
2023
2024 /*
2025  * Move the free pages in a range to the free lists of the requested type.
2026  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
2027  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
2028  */
2029 static int move_freepages(struct zone *zone,
2030                           struct page *start_page, struct page *end_page,
2031                           int migratetype, int *num_movable)
2032 {
2033         struct page *page;
2034         unsigned int order;
2035         int pages_moved = 0;
2036
2037 #ifndef CONFIG_HOLES_IN_ZONE
2038         /*
2039          * page_zone is not safe to call in this context when
2040          * CONFIG_HOLES_IN_ZONE is set. This bug check is probably redundant
2041          * anyway as we check zone boundaries in move_freepages_block().
2042          * Remove at a later date when no bug reports exist related to
2043          * grouping pages by mobility
2044          */
2045         VM_BUG_ON(pfn_valid(page_to_pfn(start_page)) &&
2046                   pfn_valid(page_to_pfn(end_page)) &&
2047                   page_zone(start_page) != page_zone(end_page));
2048 #endif
2049
2050         if (num_movable)
2051                 *num_movable = 0;
2052
2053         for (page = start_page; page <= end_page;) {
2054                 if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page))) {
2055                         page++;
2056                         continue;
2057                 }
2058
2059                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
2060                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
2061
2062                 if (!PageBuddy(page)) {
2063                         /*
2064                          * We assume that pages that could be isolated for
2065                          * migration are movable. But we don't actually try
2066                          * isolating, as that would be expensive.
2067                          */
2068                         if (num_movable &&
2069                                         (PageLRU(page) || __PageMovable(page)))
2070                                 (*num_movable)++;
2071
2072                         page++;
2073                         continue;
2074                 }
2075
2076                 order = page_order(page);
2077                 list_move(&page->lru,
2078                           &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
2079                 page += 1 << order;
2080                 pages_moved += 1 << order;
2081         }
2082
2083         return pages_moved;
2084 }
2085
2086 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
2087                                 int migratetype, int *num_movable)
2088 {
2089         unsigned long start_pfn, end_pfn;
2090         struct page *start_page, *end_page;
2091
2092         start_pfn = page_to_pfn(page);
2093         start_pfn = start_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
2094         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
2095         end_page = start_page + pageblock_nr_pages - 1;
2096         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
2097
2098         /* Do not cross zone boundaries */
2099         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
2100                 start_page = page;
2101         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
2102                 return 0;
2103
2104         return move_freepages(zone, start_page, end_page, migratetype,
2105                                                                 num_movable);
2106 }
2107
2108 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
2109                                         int start_order, int migratetype)
2110 {
2111         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
2112
2113         while (nr_pageblocks--) {
2114                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
2115                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
2116         }
2117 }
2118
2119 /*
2120  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
2121  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
2122  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
2123  *
2124  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
2125  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
2126  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
2127  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
2128  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
2129  * pageblocks.
2130  */
2131 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
2132 {
2133         /*
2134          * Leaving this order check is intended, although there is
2135          * relaxed order check in next check. The reason is that
2136          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
2137          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
2138          * so could be changed anytime.
2139          */
2140         if (order >= pageblock_order)
2141                 return true;
2142
2143         if (order >= pageblock_order / 2 ||
2144                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
2145                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
2146                 page_group_by_mobility_disabled)
2147                 return true;
2148
2149         return false;
2150 }
2151
2152 /*
2153  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
2154  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
2155  * pageblock to our migratetype and determine how many already-allocated pages
2156  * are there in the pageblock with a compatible migratetype. If at least half
2157  * of pages are free or compatible, we can change migratetype of the pageblock
2158  * itself, so pages freed in the future will be put on the correct free list.
2159  */
2160 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
2161                                         int start_type, bool whole_block)
2162 {
2163         unsigned int current_order = page_order(page);
2164         struct free_area *area;
2165         int free_pages, movable_pages, alike_pages;
2166         int old_block_type;
2167
2168         old_block_type = get_pageblock_migratetype(page);
2169
2170         /*
2171          * This can happen due to races and we want to prevent broken
2172          * highatomic accounting.
2173          */
2174         if (is_migrate_highatomic(old_block_type))
2175                 goto single_page;
2176
2177         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
2178         if (current_order >= pageblock_order) {
2179                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
2180                 goto single_page;
2181         }
2182
2183         /* We are not allowed to try stealing from the whole block */
2184         if (!whole_block)
2185                 goto single_page;
2186
2187         free_pages = move_freepages_block(zone, page, start_type,
2188                                                 &movable_pages);
2189         /*
2190          * Determine how many pages are compatible with our allocation.
2191          * For movable allocation, it's the number of movable pages which
2192          * we just obtained. For other types it's a bit more tricky.
2193          */
2194         if (start_type == MIGRATE_MOVABLE) {
2195                 alike_pages = movable_pages;
2196         } else {
2197                 /*
2198                  * If we are falling back a RECLAIMABLE or UNMOVABLE allocation
2199                  * to MOVABLE pageblock, consider all non-movable pages as
2200                  * compatible. If it's UNMOVABLE falling back to RECLAIMABLE or
2201                  * vice versa, be conservative since we can't distinguish the
2202                  * exact migratetype of non-movable pages.
2203                  */
2204                 if (old_block_type == MIGRATE_MOVABLE)
2205                         alike_pages = pageblock_nr_pages
2206                                                 - (free_pages + movable_pages);
2207                 else
2208                         alike_pages = 0;
2209         }
2210
2211         /* moving whole block can fail due to zone boundary conditions */
2212         if (!free_pages)
2213                 goto single_page;
2214
2215         /*
2216          * If a sufficient number of pages in the block are either free or of
2217          * comparable migratability as our allocation, claim the whole block.
2218          */
2219         if (free_pages + alike_pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
2220                         page_group_by_mobility_disabled)
2221                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
2222
2223         return;
2224
2225 single_page:
2226         area = &zone->free_area[current_order];
2227         list_move(&page->lru, &area->free_list[start_type]);
2228 }
2229
2230 /*
2231  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
2232  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
2233  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
2234  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
2235  */
2236 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
2237                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
2238 {
2239         int i;
2240         int fallback_mt;
2241
2242         if (area->nr_free == 0)
2243                 return -1;
2244
2245         *can_steal = false;
2246         for (i = 0;; i++) {
2247                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
2248                 if (fallback_mt == MIGRATE_TYPES)
2249                         break;
2250
2251                 if (list_empty(&area->free_list[fallback_mt]))
2252                         continue;
2253
2254                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
2255                         *can_steal = true;
2256
2257                 if (!only_stealable)
2258                         return fallback_mt;
2259
2260                 if (*can_steal)
2261                         return fallback_mt;
2262         }
2263
2264         return -1;
2265 }
2266
2267 /*
2268  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
2269  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
2270  */
2271 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone,
2272                                 unsigned int alloc_order)
2273 {
2274         int mt;
2275         unsigned long max_managed, flags;
2276
2277         /*
2278          * Limit the number reserved to 1 pageblock or roughly 1% of a zone.
2279          * Check is race-prone but harmless.
2280          */
2281         max_managed = (zone->managed_pages / 100) + pageblock_nr_pages;
2282         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2283                 return;
2284
2285         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2286
2287         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
2288         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2289                 goto out_unlock;
2290
2291         /* Yoink! */
2292         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2293         if (!is_migrate_highatomic(mt) && !is_migrate_isolate(mt)
2294             && !is_migrate_cma(mt)) {
2295                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
2296                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2297                 move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_HIGHATOMIC, NULL);
2298         }
2299
2300 out_unlock:
2301         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2302 }
2303
2304 /*
2305  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
2306  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
2307  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
2308  * to recover from than an OOM.
2309  *
2310  * If @force is true, try to unreserve a pageblock even though highatomic
2311  * pageblock is exhausted.
2312  */
2313 static bool unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac,
2314                                                 bool force)
2315 {
2316         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2317         unsigned long flags;
2318         struct zoneref *z;
2319         struct zone *zone;
2320         struct page *page;
2321         int order;
2322         bool ret;
2323
2324         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->high_zoneidx,
2325                                                                 ac->nodemask) {
2326                 /*
2327                  * Preserve at least one pageblock unless memory pressure
2328                  * is really high.
2329                  */
2330                 if (!force && zone->nr_reserved_highatomic <=
2331                                         pageblock_nr_pages)
2332                         continue;
2333
2334                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2335                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
2336                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
2337
2338                         page = list_first_entry_or_null(
2339                                         &area->free_list[MIGRATE_HIGHATOMIC],
2340                                         struct page, lru);
2341                         if (!page)
2342                                 continue;
2343
2344                         /*
2345                          * In page freeing path, migratetype change is racy so
2346                          * we can counter several free pages in a pageblock
2347                          * in this loop althoug we changed the pageblock type
2348                          * from highatomic to ac->migratetype. So we should
2349                          * adjust the count once.
2350                          */
2351                         if (is_migrate_highatomic_page(page)) {
2352                                 /*
2353                                  * It should never happen but changes to
2354                                  * locking could inadvertently allow a per-cpu
2355                                  * drain to add pages to MIGRATE_HIGHATOMIC
2356                                  * while unreserving so be safe and watch for
2357                                  * underflows.
2358                                  */
2359                                 zone->nr_reserved_highatomic -= min(
2360                                                 pageblock_nr_pages,
2361                                                 zone->nr_reserved_highatomic);
2362                         }
2363
2364                         /*
2365                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
2366                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
2367                          * is doing the work and needs the pages. More
2368                          * importantly, if the block was always converted to
2369                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
2370                          * of pageblocks that cannot be completely freed
2371                          * may increase.
2372                          */
2373                         set_pageblock_migratetype(page, ac->migratetype);
2374                         ret = move_freepages_block(zone, page, ac->migratetype,
2375                                                                         NULL);
2376                         if (ret) {
2377                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2378                                 return ret;
2379                         }
2380                 }
2381                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2382         }
2383
2384         return false;
2385 }
2386
2387 /*
2388  * Try finding a free buddy page on the fallback list and put it on the free
2389  * list of requested migratetype, possibly along with other pages from the same
2390  * block, depending on fragmentation avoidance heuristics. Returns true if
2391  * fallback was found so that __rmqueue_smallest() can grab it.
2392  *
2393  * The use of signed ints for order and current_order is a deliberate
2394  * deviation from the rest of this file, to make the for loop
2395  * condition simpler.
2396  */
2397 static __always_inline bool
2398 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, int order, int start_migratetype)
2399 {
2400         struct free_area *area;
2401         int current_order;
2402         struct page *page;
2403         int fallback_mt;
2404         bool can_steal;
2405
2406         /*
2407          * Find the largest available free page in the other list. This roughly
2408          * approximates finding the pageblock with the most free pages, which
2409          * would be too costly to do exactly.
2410          */
2411         for (current_order = MAX_ORDER - 1; current_order >= order;
2412                                 --current_order) {
2413                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2414                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2415                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2416                 if (fallback_mt == -1)
2417                         continue;
2418
2419                 /*
2420                  * We cannot steal all free pages from the pageblock and the
2421                  * requested migratetype is movable. In that case it's better to
2422                  * steal and split the smallest available page instead of the
2423                  * largest available page, because even if the next movable
2424                  * allocation falls back into a different pageblock than this
2425                  * one, it won't cause permanent fragmentation.
2426                  */
2427                 if (!can_steal && start_migratetype == MIGRATE_MOVABLE
2428                                         && current_order > order)
2429                         goto find_smallest;
2430
2431                 goto do_steal;
2432         }
2433
2434         return false;
2435
2436 find_smallest:
2437         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER;
2438                                                         current_order++) {
2439                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2440                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2441                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2442                 if (fallback_mt != -1)
2443                         break;
2444         }
2445
2446         /*
2447          * This should not happen - we already found a suitable fallback
2448          * when looking for the largest page.
2449          */
2450         VM_BUG_ON(current_order == MAX_ORDER);
2451
2452 do_steal:
2453         page = list_first_entry(&area->free_list[fallback_mt],
2454                                                         struct page, lru);
2455
2456         steal_suitable_fallback(zone, page, start_migratetype, can_steal);
2457
2458         trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
2459                 start_migratetype, fallback_mt);
2460
2461         return true;
2462
2463 }
2464
2465 /*
2466  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
2467  * Call me with the zone->lock already held.
2468  */
2469 static __always_inline struct page *
2470 __rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order, int migratetype)
2471 {
2472         struct page *page;
2473
2474 retry:
2475         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
2476         if (unlikely(!page)) {
2477                 if (migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
2478                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2479
2480                 if (!page && __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype))
2481                         goto retry;
2482         }
2483
2484         trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
2485         return page;
2486 }
2487
2488 /*
2489  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
2490  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
2491  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
2492  */
2493 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
2494                         unsigned long count, struct list_head *list,
2495                         int migratetype)
2496 {
2497         int i, alloced = 0;
2498
2499         spin_lock(&zone->lock);
2500         for (i = 0; i < count; ++i) {
2501                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
2502                 if (unlikely(page == NULL))
2503                         break;
2504
2505                 if (unlikely(check_pcp_refill(page)))
2506                         continue;
2507
2508                 /*
2509                  * Split buddy pages returned by expand() are received here in
2510                  * physical page order. The page is added to the tail of
2511                  * caller's list. From the callers perspective, the linked list
2512                  * is ordered by page number under some conditions. This is
2513                  * useful for IO devices that can forward direction from the
2514                  * head, thus also in the physical page order. This is useful
2515                  * for IO devices that can merge IO requests if the physical
2516                  * pages are ordered properly.
2517                  */
2518                 list_add_tail(&page->lru, list);
2519                 alloced++;
2520                 if (is_migrate_cma(get_pcppage_migratetype(page)))
2521                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
2522                                               -(1 << order));
2523         }
2524
2525         /*
2526          * i pages were removed from the buddy list even if some leak due
2527          * to check_pcp_refill failing so adjust NR_FREE_PAGES based
2528          * on i. Do not confuse with 'alloced' which is the number of
2529          * pages added to the pcp list.
2530          */
2531         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
2532         spin_unlock(&zone->lock);
2533         return alloced;
2534 }
2535
2536 #ifdef CONFIG_NUMA
2537 /*
2538  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
2539  * currently executing processor on remote nodes after they have
2540  * expired.
2541  *
2542  * Note that this function must be called with the thread pinned to
2543  * a single processor.
2544  */
2545 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
2546 {
2547         unsigned long flags;
2548         int to_drain, batch;
2549
2550         local_irq_save(flags);
2551         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2552         to_drain = min(pcp->count, batch);
2553         if (to_drain > 0)
2554                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp);
2555         local_irq_restore(flags);
2556 }
2557 #endif
2558
2559 /*
2560  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
2561  *
2562  * The processor must either be the current processor and the
2563  * thread pinned to the current processor or a processor that
2564  * is not online.
2565  */
2566 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
2567 {
2568         unsigned long flags;
2569         struct per_cpu_pageset *pset;
2570         struct per_cpu_pages *pcp;
2571
2572         local_irq_save(flags);
2573         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2574
2575         pcp = &pset->pcp;
2576         if (pcp->count)
2577                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp);
2578         local_irq_restore(flags);
2579 }
2580
2581 /*
2582  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
2583  *
2584  * The processor must either be the current processor and the
2585  * thread pinned to the current processor or a processor that
2586  * is not online.
2587  */
2588 static void drain_pages(unsigned int cpu)
2589 {
2590         struct zone *zone;
2591
2592         for_each_populated_zone(zone) {
2593                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2594         }
2595 }
2596
2597 /*
2598  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
2599  *
2600  * The CPU has to be pinned. When zone parameter is non-NULL, spill just
2601  * the single zone's pages.
2602  */
2603 void drain_local_pages(struct zone *zone)
2604 {
2605         int cpu = smp_processor_id();
2606
2607         if (zone)
2608                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2609         else
2610                 drain_pages(cpu);
2611 }
2612
2613 static void drain_local_pages_wq(struct work_struct *work)
2614 {
2615         /*
2616          * drain_all_pages doesn't use proper cpu hotplug protection so
2617          * we can race with cpu offline when the WQ can move this from
2618          * a cpu pinned worker to an unbound one. We can operate on a different
2619          * cpu which is allright but we also have to make sure to not move to
2620          * a different one.
2621          */
2622         preempt_disable();
2623         drain_local_pages(NULL);
2624         preempt_enable();
2625 }
2626
2627 /*
2628  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
2629  *
2630  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
2631  *
2632  * Note that this can be extremely slow as the draining happens in a workqueue.
2633  */
2634 void drain_all_pages(struct zone *zone)
2635 {
2636         int cpu;
2637
2638         /*
2639          * Allocate in the BSS so we wont require allocation in
2640          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
2641          */
2642         static cpumask_t cpus_with_pcps;
2643
2644         /*
2645          * Make sure nobody triggers this path before mm_percpu_wq is fully
2646          * initialized.
2647          */
2648         if (WARN_ON_ONCE(!mm_percpu_wq))
2649                 return;
2650
2651         /*
2652          * Do not drain if one is already in progress unless it's specific to
2653          * a zone. Such callers are primarily CMA and memory hotplug and need
2654          * the drain to be complete when the call returns.
2655          */
2656         if (unlikely(!mutex_trylock(&pcpu_drain_mutex))) {
2657                 if (!zone)
2658                         return;
2659                 mutex_lock(&pcpu_drain_mutex);
2660         }
2661
2662         /*
2663          * We don't care about racing with CPU hotplug event
2664          * as offline notification will cause the notified
2665          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
2666          * disables preemption as part of its processing
2667          */
2668         for_each_online_cpu(cpu) {
2669                 struct per_cpu_pageset *pcp;
2670                 struct zone *z;
2671                 bool has_pcps = false;
2672
2673                 if (zone) {
2674                         pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2675                         if (pcp->pcp.count)
2676                                 has_pcps = true;
2677                 } else {
2678                         for_each_populated_zone(z) {
2679                                 pcp = per_cpu_ptr(z->pageset, cpu);
2680                                 if (pcp->pcp.count) {
2681                                         has_pcps = true;
2682                                         break;
2683                                 }
2684                         }
2685                 }
2686
2687                 if (has_pcps)
2688                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2689                 else
2690                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2691         }
2692
2693         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps) {
2694                 struct work_struct *work = per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu);
2695                 INIT_WORK(work, drain_local_pages_wq);
2696                 queue_work_on(cpu, mm_percpu_wq, work);
2697         }
2698         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps)
2699                 flush_work(per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu));
2700
2701         mutex_unlock(&pcpu_drain_mutex);
2702 }
2703
2704 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
2705
2706 /*
2707  * Touch the watchdog for every WD_PAGE_COUNT pages.
2708  */
2709 #define WD_PAGE_COUNT   (128*1024)
2710
2711 void mark_free_pages(struct zone *zone)
2712 {
2713         unsigned long pfn, max_zone_pfn, page_count = WD_PAGE_COUNT;
2714         unsigned long flags;
2715         unsigned int order, t;
2716         struct page *page;
2717
2718         if (zone_is_empty(zone))
2719                 return;
2720
2721         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2722
2723         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
2724         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
2725                 if (pfn_valid(pfn)) {
2726                         page = pfn_to_page(pfn);
2727
2728                         if (!--page_count) {
2729                                 touch_nmi_watchdog();
2730                                 page_count = WD_PAGE_COUNT;
2731                         }
2732
2733                         if (page_zone(page) != zone)
2734                                 continue;
2735
2736                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
2737                                 swsusp_unset_page_free(page);
2738                 }
2739
2740         for_each_migratetype_order(order, t) {
2741                 list_for_each_entry(page,
2742                                 &zone->free_area[order].free_list[t], lru) {
2743                         unsigned long i;
2744
2745                         pfn = page_to_pfn(page);
2746                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++) {
2747                                 if (!--page_count) {
2748                                         touch_nmi_watchdog();
2749                                         page_count = WD_PAGE_COUNT;
2750                                 }
2751                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
2752                         }
2753                 }
2754         }
2755         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2756 }
2757 #endif /* CONFIG_PM */
2758
2759 static bool free_unref_page_prepare(struct page *page, unsigned long pfn)
2760 {
2761         int migratetype;
2762
2763         if (!free_pcp_prepare(page))
2764                 return false;
2765
2766         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
2767         set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2768         return true;
2769 }
2770
2771 static void free_unref_page_commit(struct page *page, unsigned long pfn)
2772 {
2773         struct zone *zone = page_zone(page);
2774         struct per_cpu_pages *pcp;
2775         int migratetype;
2776
2777         migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
2778         __count_vm_event(PGFREE);
2779
2780         /*
2781          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
2782          * Free ISOLATE pages back to the allocator because they are being
2783          * offlined but treat HIGHATOMIC as movable pages so we can get those
2784          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
2785          * excessively into the page allocator
2786          */
2787         if (migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES) {
2788                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
2789                         free_one_page(zone, page, pfn, 0, migratetype);
2790                         return;
2791                 }
2792                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
2793         }
2794
2795         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
2796         list_add(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
2797         pcp->count++;
2798         if (pcp->count >= pcp->high) {
2799                 unsigned long batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2800                 free_pcppages_bulk(zone, batch, pcp);
2801         }
2802 }
2803
2804 /*
2805  * Free a 0-order page
2806  */
2807 void free_unref_page(struct page *page)
2808 {
2809         unsigned long flags;
2810         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
2811
2812         if (!free_unref_page_prepare(page, pfn))
2813                 return;
2814
2815         local_irq_save(flags);
2816         free_unref_page_commit(page, pfn);
2817         local_irq_restore(flags);
2818 }
2819
2820 /*
2821  * Free a list of 0-order pages
2822  */
2823 void free_unref_page_list(struct list_head *list)
2824 {
2825         struct page *page, *next;
2826         unsigned long flags, pfn;
2827         int batch_count = 0;
2828
2829         /* Prepare pages for freeing */
2830         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
2831                 pfn = page_to_pfn(page);
2832                 if (!free_unref_page_prepare(page, pfn))
2833                         list_del(&page->lru);
2834                 set_page_private(page, pfn);
2835         }
2836
2837         local_irq_save(flags);
2838         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
2839                 unsigned long pfn = page_private(page);
2840
2841                 set_page_private(page, 0);
2842                 trace_mm_page_free_batched(page);
2843                 free_unref_page_commit(page, pfn);
2844
2845                 /*
2846                  * Guard against excessive IRQ disabled times when we get
2847                  * a large list of pages to free.
2848                  */
2849                 if (++batch_count == SWAP_CLUSTER_MAX) {
2850                         local_irq_restore(flags);
2851                         batch_count = 0;
2852                         local_irq_save(flags);
2853                 }
2854         }
2855         local_irq_restore(flags);
2856 }
2857
2858 /*
2859  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
2860  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
2861  * Each sub-page must be freed individually.
2862  *
2863  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
2864  * Please consult with lkml before using this in your driver.
2865  */
2866 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
2867 {
2868         int i;
2869
2870         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
2871         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
2872
2873         for (i = 1; i < (1 << order); i++)
2874                 set_page_refcounted(page + i);
2875         split_page_owner(page, order);
2876 }
2877 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
2878
2879 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
2880 {
2881         unsigned long watermark;
2882         struct zone *zone;
2883         int mt;
2884
2885         BUG_ON(!PageBuddy(page));
2886
2887         zone = page_zone(page);
2888         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2889
2890         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
2891                 /*
2892                  * Obey watermarks as if the page was being allocated. We can
2893                  * emulate a high-order watermark check with a raised order-0
2894                  * watermark, because we already know our high-order page
2895                  * exists.
2896                  */
2897                 watermark = min_wmark_pages(zone) + (1UL << order);
2898                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, ALLOC_CMA))
2899                         return 0;
2900
2901                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
2902         }
2903
2904         /* Remove page from free list */
2905         list_del(&page->lru);
2906         zone->free_area[order].nr_free--;
2907         rmv_page_order(page);
2908
2909         /*
2910          * Set the pageblock if the isolated page is at least half of a
2911          * pageblock
2912          */
2913         if (order >= pageblock_order - 1) {
2914                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
2915                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
2916                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
2917                         if (!is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt)
2918                             && !is_migrate_highatomic(mt))
2919                                 set_pageblock_migratetype(page,
2920                                                           MIGRATE_MOVABLE);
2921                 }
2922         }
2923
2924
2925         return 1UL << order;
2926 }
2927
2928 /*
2929  * Update NUMA hit/miss statistics
2930  *
2931  * Must be called with interrupts disabled.
2932  */
2933 static inline void zone_statistics(struct zone *preferred_zone, struct zone *z)
2934 {
2935 #ifdef CONFIG_NUMA
2936         enum numa_stat_item local_stat = NUMA_LOCAL;
2937
2938         /* skip numa counters update if numa stats is disabled */
2939         if (!static_branch_likely(&vm_numa_stat_key))
2940                 return;
2941
2942         if (zone_to_nid(z) != numa_node_id())
2943                 local_stat = NUMA_OTHER;
2944
2945         if (zone_to_nid(z) == zone_to_nid(preferred_zone))
2946                 __inc_numa_state(z, NUMA_HIT);
2947         else {
2948                 __inc_numa_state(z, NUMA_MISS);
2949                 __inc_numa_state(preferred_zone, NUMA_FOREIGN);
2950         }
2951         __inc_numa_state(z, local_stat);
2952 #endif
2953 }
2954
2955 /* Remove page from the per-cpu list, caller must protect the list */
2956 static struct page *__rmqueue_pcplist(struct zone *zone, int migratetype,
2957                         struct per_cpu_pages *pcp,
2958                         struct list_head *list)
2959 {
2960         struct page *page;
2961
2962         do {
2963                 if (list_empty(list)) {
2964                         pcp->count += rmqueue_bulk(zone, 0,
2965                                         pcp->batch, list,
2966                                         migratetype);
2967                         if (unlikely(list_empty(list)))
2968                                 return NULL;
2969                 }
2970
2971                 page = list_first_entry(list, struct page, lru);
2972                 list_del(&page->lru);
2973                 pcp->count--;
2974         } while (check_new_pcp(page));
2975
2976         return page;
2977 }
2978
2979 /* Lock and remove page from the per-cpu list */
2980 static struct page *rmqueue_pcplist(struct zone *preferred_zone,
2981                         struct zone *zone, unsigned int order,
2982                         gfp_t gfp_flags, int migratetype)
2983 {
2984         struct per_cpu_pages *pcp;
2985         struct list_head *list;
2986         struct page *page;
2987         unsigned long flags;
2988
2989         local_irq_save(flags);
2990         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
2991         list = &pcp->lists[migratetype];
2992         page = __rmqueue_pcplist(zone,  migratetype, pcp, list);
2993         if (page) {
2994                 __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
2995                 zone_statistics(preferred_zone, zone);
2996         }
2997         local_irq_restore(flags);
2998         return page;
2999 }
3000
3001 /*
3002  * Allocate a page from the given zone. Use pcplists for order-0 allocations.
3003  */
3004 static inline
3005 struct page *rmqueue(struct zone *preferred_zone,
3006                         struct zone *zone, unsigned int order,
3007                         gfp_t gfp_flags, unsigned int alloc_flags,
3008                         int migratetype)
3009 {
3010         unsigned long flags;
3011         struct page *page;
3012
3013         if (likely(order == 0)) {
3014                 page = rmqueue_pcplist(preferred_zone, zone, order,
3015                                 gfp_flags, migratetype);
3016                 goto out;
3017         }
3018
3019         /*
3020          * We most definitely don't want callers attempting to
3021          * allocate greater than order-1 page units with __GFP_NOFAIL.
3022          */
3023         WARN_ON_ONCE((gfp_flags & __GFP_NOFAIL) && (order > 1));
3024         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3025
3026         do {
3027                 page = NULL;
3028                 if (alloc_flags & ALLOC_HARDER) {
3029                         page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
3030                         if (page)
3031                                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
3032                 }
3033                 if (!page)
3034                         page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
3035         } while (page && check_new_pages(page, order));
3036         spin_unlock(&zone->lock);
3037         if (!page)
3038                 goto failed;
3039         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
3040                                   get_pcppage_migratetype(page));
3041
3042         __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
3043         zone_statistics(preferred_zone, zone);
3044         local_irq_restore(flags);
3045
3046 out:
3047         VM_BUG_ON_PAGE(page && bad_range(zone, page), page);
3048         return page;
3049
3050 failed:
3051         local_irq_restore(flags);
3052         return NULL;
3053 }
3054
3055 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
3056
3057 static struct {
3058         struct fault_attr attr;
3059
3060         bool ignore_gfp_highmem;
3061         bool ignore_gfp_reclaim;
3062         u32 min_order;
3063 } fail_page_alloc = {
3064         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
3065         .ignore_gfp_reclaim = true,
3066         .ignore_gfp_highmem = true,
3067         .min_order = 1,
3068 };
3069
3070 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
3071 {
3072         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
3073 }
3074 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
3075
3076 static bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3077 {
3078         if (order < fail_page_alloc.min_order)
3079                 return false;
3080         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3081                 return false;
3082         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
3083                 return false;
3084         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim &&
3085                         (gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3086                 return false;
3087
3088         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
3089 }
3090
3091 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
3092
3093 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
3094 {
3095         umode_t mode = S_IFREG | 0600;
3096         struct dentry *dir;
3097
3098         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
3099                                         &fail_page_alloc.attr);
3100         if (IS_ERR(dir))
3101                 return PTR_ERR(dir);
3102
3103         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
3104                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim))
3105                 goto fail;
3106         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
3107                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem))
3108                 goto fail;
3109         if (!debugfs_create_u32("min-order", mode, dir,
3110                                 &fail_page_alloc.min_order))
3111                 goto fail;
3112
3113         return 0;
3114 fail:
3115         debugfs_remove_recursive(dir);
3116
3117         return -ENOMEM;
3118 }
3119
3120 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
3121
3122 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
3123
3124 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3125
3126 static inline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3127 {
3128         return false;
3129 }
3130
3131 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3132
3133 /*
3134  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
3135  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
3136  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
3137  * to check in the allocation paths if no pages are free.
3138  */
3139 bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3140                          int classzone_idx, unsigned int alloc_flags,
3141                          long free_pages)
3142 {
3143         long min = mark;
3144         int o;
3145         const bool alloc_harder = (alloc_flags & (ALLOC_HARDER|ALLOC_OOM));
3146
3147         /* free_pages may go negative - that's OK */
3148         free_pages -= (1 << order) - 1;
3149
3150         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
3151                 min -= min / 2;
3152
3153         /*
3154          * If the caller does not have rights to ALLOC_HARDER then subtract
3155          * the high-atomic reserves. This will over-estimate the size of the
3156          * atomic reserve but it avoids a search.
3157          */
3158         if (likely(!alloc_harder)) {
3159                 free_pages -= z->nr_reserved_highatomic;
3160         } else {
3161                 /*
3162                  * OOM victims can try even harder than normal ALLOC_HARDER
3163                  * users on the grounds that it's definitely going to be in
3164                  * the exit path shortly and free memory. Any allocation it
3165                  * makes during the free path will be small and short-lived.
3166                  */
3167                 if (alloc_flags & ALLOC_OOM)
3168                         min -= min / 2;
3169                 else
3170                         min -= min / 4;
3171         }
3172
3173
3174 #ifdef CONFIG_CMA
3175         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
3176         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
3177                 free_pages -= zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
3178 #endif
3179
3180         /*
3181          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
3182          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
3183          * even if a suitable page happened to be free.
3184          */
3185         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
3186                 return false;
3187
3188         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
3189         if (!order)
3190                 return true;
3191
3192         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
3193         for (o = order; o < MAX_ORDER; o++) {
3194                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
3195                 int mt;
3196
3197                 if (!area->nr_free)
3198                         continue;
3199
3200                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
3201                         if (!list_empty(&area->free_list[mt]))
3202                                 return true;
3203                 }
3204
3205 #ifdef CONFIG_CMA
3206                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
3207                     !list_empty(&area->free_list[MIGRATE_CMA])) {
3208                         return true;
3209                 }
3210 #endif
3211                 if (alloc_harder &&
3212                         !list_empty(&area->free_list[MIGRATE_HIGHATOMIC]))
3213                         return true;
3214         }
3215         return false;
3216 }
3217
3218 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3219                       int classzone_idx, unsigned int alloc_flags)
3220 {
3221         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
3222                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
3223 }
3224
3225 static inline bool zone_watermark_fast(struct zone *z, unsigned int order,
3226                 unsigned long mark, int classzone_idx, unsigned int alloc_flags)
3227 {
3228         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3229         long cma_pages = 0;
3230
3231 #ifdef CONFIG_CMA
3232         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
3233         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
3234                 cma_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
3235 #endif
3236
3237         /*
3238          * Fast check for order-0 only. If this fails then the reserves
3239          * need to be calculated. There is a corner case where the check
3240          * passes but only the high-order atomic reserve are free. If
3241          * the caller is !atomic then it'll uselessly search the free
3242          * list. That corner case is then slower but it is harmless.
3243          */
3244         if (!order && (free_pages - cma_pages) > mark + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
3245                 return true;
3246
3247         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
3248                                         free_pages);
3249 }
3250
3251 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
3252                         unsigned long mark, int classzone_idx)
3253 {
3254         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3255
3256         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
3257                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
3258
3259         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, 0,
3260                                                                 free_pages);
3261 }
3262
3263 #ifdef CONFIG_NUMA
3264 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3265 {
3266         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <=
3267                                 RECLAIM_DISTANCE;
3268 }
3269 #else   /* CONFIG_NUMA */
3270 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3271 {
3272         return true;
3273 }
3274 #endif  /* CONFIG_NUMA */
3275
3276 /*
3277  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
3278  * a page.
3279  */
3280 static struct page *
3281 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
3282                                                 const struct alloc_context *ac)
3283 {
3284         struct zoneref *z = ac->preferred_zoneref;
3285         struct zone *zone;
3286         struct pglist_data *last_pgdat_dirty_limit = NULL;
3287
3288         /*
3289          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
3290          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
3291          */
3292         for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
3293                                                                 ac->nodemask) {
3294                 struct page *page;
3295                 unsigned long mark;
3296
3297                 if (cpusets_enabled() &&
3298                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
3299                         !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
3300                                 continue;
3301                 /*
3302                  * When allocating a page cache page for writing, we
3303                  * want to get it from a node that is within its dirty
3304                  * limit, such that no single node holds more than its
3305                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
3306                  * The dirty limits take into account the node's
3307                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
3308                  * should be able to balance it without having to
3309                  * write pages from its LRU list.
3310                  *
3311                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
3312                  * exceed the per-node dirty limit in the slowpath
3313                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
3314                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
3315                  * nodes are together not big enough to reach the
3316                  * global limit.  The proper fix for these situations
3317                  * will require awareness of nodes in the
3318                  * dirty-throttling and the flusher threads.
3319                  */
3320                 if (ac->spread_dirty_pages) {
3321                         if (last_pgdat_dirty_limit == zone->zone_pgdat)
3322                                 continue;
3323
3324                         if (!node_dirty_ok(zone->zone_pgdat)) {
3325                                 last_pgdat_dirty_limit = zone->zone_pgdat;
3326                                 continue;
3327                         }
3328                 }
3329
3330                 mark = zone->watermark[alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK];
3331                 if (!zone_watermark_fast(zone, order, mark,
3332                                        ac_classzone_idx(ac), alloc_flags)) {
3333                         int ret;
3334
3335 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
3336                         /*
3337                          * Watermark failed for this zone, but see if we can
3338                          * grow this zone if it contains deferred pages.
3339                          */
3340                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
3341                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
3342                                         goto try_this_zone;
3343                         }
3344 #endif
3345                         /* Checked here to keep the fast path fast */
3346                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
3347                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
3348                                 goto try_this_zone;
3349
3350                         if (node_reclaim_mode == 0 ||
3351                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zoneref->zone, zone))
3352                                 continue;
3353
3354                         ret = node_reclaim(zone->zone_pgdat, gfp_mask, order);
3355                         switch (ret) {
3356                         case NODE_RECLAIM_NOSCAN:
3357                                 /* did not scan */
3358                                 continue;
3359                         case NODE_RECLAIM_FULL:
3360                                 /* scanned but unreclaimable */
3361                                 continue;
3362                         default:
3363                                 /* did we reclaim enough */
3364                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
3365                                                 ac_classzone_idx(ac), alloc_flags))
3366                                         goto try_this_zone;
3367
3368                                 continue;
3369                         }
3370                 }
3371
3372 try_this_zone:
3373                 page = rmqueue(ac->preferred_zoneref->zone, zone, order,
3374                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
3375                 if (page) {
3376                         prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
3377
3378                         /*
3379                          * If this is a high-order atomic allocation then check
3380                          * if the pageblock should be reserved for the future
3381                          */
3382                         if (unlikely(order && (alloc_flags & ALLOC_HARDER)))
3383                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone, order);
3384
3385                         return page;
3386                 } else {
3387 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
3388                         /* Try again if zone has deferred pages */
3389                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
3390                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
3391                                         goto try_this_zone;
3392                         }
3393 #endif
3394                 }
3395         }
3396
3397         return NULL;
3398 }
3399
3400 /*
3401  * Large machines with many possible nodes should not always dump per-node
3402  * meminfo in irq context.
3403  */
3404 static inline bool should_suppress_show_mem(void)
3405 {
3406         bool ret = false;
3407
3408 #if NODES_SHIFT > 8
3409         ret = in_interrupt();
3410 #endif
3411         return ret;
3412 }
3413
3414 static void warn_alloc_show_mem(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
3415 {
3416         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3417         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(show_mem_rs, HZ, 1);
3418
3419         if (should_suppress_show_mem() || !__ratelimit(&show_mem_rs))
3420                 return;
3421
3422         /*
3423          * This documents exceptions given to allocations in certain
3424          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
3425          * of allowed nodes.
3426          */
3427         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3428                 if (tsk_is_oom_victim(current) ||
3429                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
3430                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3431         if (in_interrupt() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3432                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3433
3434         show_mem(filter, nodemask);
3435 }
3436
3437 void warn_alloc(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask, const char *fmt, ...)
3438 {
3439         struct va_format vaf;
3440         va_list args;
3441         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs, DEFAULT_RATELIMIT_INTERVAL,
3442                                       DEFAULT_RATELIMIT_BURST);
3443
3444         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) || !__ratelimit(&nopage_rs))
3445                 return;
3446
3447         va_start(args, fmt);
3448         vaf.fmt = fmt;
3449         vaf.va = &args;
3450         pr_warn("%s: %pV, mode:%#x(%pGg), nodemask=%*pbl\n",
3451                         current->comm, &vaf, gfp_mask, &gfp_mask,
3452                         nodemask_pr_args(nodemask));
3453         va_end(args);
3454
3455         cpuset_print_current_mems_allowed();
3456
3457         dump_stack();
3458         warn_alloc_show_mem(gfp_mask, nodemask);
3459 }
3460
3461 static inline struct page *
3462 __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3463                               unsigned int alloc_flags,
3464                               const struct alloc_context *ac)
3465 {
3466         struct page *page;
3467
3468         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3469                         alloc_flags|ALLOC_CPUSET, ac);
3470         /*
3471          * fallback to ignore cpuset restriction if our nodes
3472          * are depleted
3473          */
3474         if (!page)
3475                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3476                                 alloc_flags, ac);
3477
3478         return page;
3479 }
3480
3481 static inline struct page *
3482 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3483         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
3484 {
3485         struct oom_control oc = {
3486                 .zonelist = ac->zonelist,
3487                 .nodemask = ac->nodemask,
3488                 .memcg = NULL,
3489                 .gfp_mask = gfp_mask,
3490                 .order = order,
3491         };
3492         struct page *page;
3493
3494         *did_some_progress = 0;
3495
3496         /*
3497          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
3498          * making progress for us.
3499          */
3500         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
3501                 *did_some_progress = 1;
3502                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
3503                 return NULL;
3504         }
3505
3506         /*
3507          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
3508          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
3509          * we're still under heavy pressure. But make sure that this reclaim
3510          * attempt shall not depend on __GFP_DIRECT_RECLAIM && !__GFP_NORETRY
3511          * allocation which will never fail due to oom_lock already held.
3512          */
3513         page = get_page_from_freelist((gfp_mask | __GFP_HARDWALL) &
3514                                       ~__GFP_DIRECT_RECLAIM, order,
3515                                       ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
3516         if (page)
3517                 goto out;
3518
3519         /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
3520         if (current->flags & PF_DUMPCORE)
3521                 goto out;
3522         /* The OOM killer will not help higher order allocs */
3523         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3524                 goto out;
3525         /*
3526          * We have already exhausted all our reclaim opportunities without any
3527          * success so it is time to admit defeat. We will skip the OOM killer
3528          * because it is very likely that the caller has a more reasonable
3529          * fallback than shooting a random task.
3530          */
3531         if (gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL)
3532                 goto out;
3533         /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
3534         if (ac->high_zoneidx < ZONE_NORMAL)
3535                 goto out;
3536         if (pm_suspended_storage())
3537                 goto out;
3538         /*
3539          * XXX: GFP_NOFS allocations should rather fail than rely on
3540          * other request to make a forward progress.
3541          * We are in an unfortunate situation where out_of_memory cannot
3542          * do much for this context but let's try it to at least get
3543          * access to memory reserved if the current task is killed (see
3544          * out_of_memory). Once filesystems are ready to handle allocation
3545          * failures more gracefully we should just bail out here.
3546          */
3547
3548         /* The OOM killer may not free memory on a specific node */
3549         if (gfp_mask & __GFP_THISNODE)
3550                 goto out;
3551
3552         /* Exhausted what can be done so it's blame time */
3553         if (out_of_memory(&oc) || WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
3554                 *did_some_progress = 1;
3555
3556                 /*
3557                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
3558                  * reserves
3559                  */
3560                 if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3561                         page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order,
3562                                         ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3563         }
3564 out:
3565         mutex_unlock(&oom_lock);
3566         return page;
3567 }
3568
3569 /*
3570  * Maximum number of compaction retries wit a progress before OOM
3571  * killer is consider as the only way to move forward.
3572  */
3573 #define MAX_COMPACT_RETRIES 16
3574
3575 #ifdef CONFIG_COMPACTION
3576 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
3577 static struct page *
3578 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3579                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3580                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
3581 {
3582         struct page *page;
3583         unsigned int noreclaim_flag;
3584
3585         if (!order)
3586                 return NULL;
3587
3588         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
3589         *compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3590                                                                         prio);
3591         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
3592
3593         if (*compact_result <= COMPACT_INACTIVE)
3594                 return NULL;
3595
3596         /*
3597          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
3598          * count a compaction stall
3599          */
3600         count_vm_event(COMPACTSTALL);
3601
3602         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3603
3604         if (page) {
3605                 struct zone *zone = page_zone(page);
3606
3607                 zone->compact_blockskip_flush = false;
3608                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
3609                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
3610                 return page;
3611         }
3612
3613         /*
3614          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
3615          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
3616          */
3617         count_vm_event(COMPACTFAIL);
3618
3619         cond_resched();
3620
3621         return NULL;
3622 }
3623
3624 static inline bool
3625 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, int order, int alloc_flags,
3626                      enum compact_result compact_result,
3627                      enum compact_priority *compact_priority,
3628                      int *compaction_retries)
3629 {
3630         int max_retries = MAX_COMPACT_RETRIES;
3631         int min_priority;
3632         bool ret = false;
3633         int retries = *compaction_retries;
3634         enum compact_priority priority = *compact_priority;
3635
3636         if (!order)
3637                 return false;
3638
3639         if (compaction_made_progress(compact_result))
3640                 (*compaction_retries)++;
3641
3642         /*
3643          * compaction considers all the zone as desperately out of memory
3644          * so it doesn't really make much sense to retry except when the
3645          * failure could be caused by insufficient priority
3646          */
3647         if (compaction_failed(compact_result))
3648                 goto check_priority;
3649
3650         /*
3651          * make sure the compaction wasn't deferred or didn't bail out early
3652          * due to locks contention before we declare that we should give up.
3653          * But do not retry if the given zonelist is not suitable for
3654          * compaction.
3655          */
3656         if (compaction_withdrawn(compact_result)) {
3657                 ret = compaction_zonelist_suitable(ac, order, alloc_flags);
3658                 goto out;
3659         }
3660
3661         /*
3662          * !costly requests are much more important than __GFP_RETRY_MAYFAIL
3663          * costly ones because they are de facto nofail and invoke OOM
3664          * killer to move on while costly can fail and users are ready
3665          * to cope with that. 1/4 retries is rather arbitrary but we
3666          * would need much more detailed feedback from compaction to
3667          * make a better decision.
3668          */
3669         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3670                 max_retries /= 4;
3671         if (*compaction_retries <= max_retries) {
3672                 ret = true;
3673                 goto out;
3674         }
3675
3676         /*
3677          * Make sure there are attempts at the highest priority if we exhausted
3678          * all retries or failed at the lower priorities.
3679          */
3680 check_priority:
3681         min_priority = (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) ?
3682                         MIN_COMPACT_COSTLY_PRIORITY : MIN_COMPACT_PRIORITY;
3683
3684         if (*compact_priority > min_priority) {
3685                 (*compact_priority)--;
3686                 *compaction_retries = 0;
3687                 ret = true;
3688         }
3689 out:
3690         trace_compact_retry(order, priority, compact_result, retries, max_retries, ret);
3691         return ret;
3692 }
3693 #else
3694 static inline struct page *
3695 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3696                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3697                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
3698 {
3699         *compact_result = COMPACT_SKIPPED;
3700         return NULL;
3701 }
3702
3703 static inline bool
3704 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, unsigned int order, int alloc_flags,
3705                      enum compact_result compact_result,
3706                      enum compact_priority *compact_priority,
3707                      int *compaction_retries)
3708 {
3709         struct zone *zone;
3710         struct zoneref *z;
3711
3712         if (!order || order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3713                 return false;
3714
3715         /*
3716          * There are setups with compaction disabled which would prefer to loop
3717          * inside the allocator rather than hit the oom killer prematurely.
3718          * Let's give them a good hope and keep retrying while the order-0
3719          * watermarks are OK.
3720          */
3721         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
3722                                         ac->nodemask) {
3723                 if (zone_watermark_ok(zone, 0, min_wmark_pages(zone),
3724                                         ac_classzone_idx(ac), alloc_flags))
3725                         return true;
3726         }
3727         return false;
3728 }
3729 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
3730
3731 #ifdef CONFIG_LOCKDEP
3732 static struct lockdep_map __fs_reclaim_map =
3733         STATIC_LOCKDEP_MAP_INIT("fs_reclaim", &__fs_reclaim_map);
3734
3735 static bool __need_fs_reclaim(gfp_t gfp_mask)
3736 {
3737         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
3738
3739         /* no reclaim without waiting on it */
3740         if (!(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3741                 return false;
3742
3743         /* this guy won't enter reclaim */
3744         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
3745                 return false;
3746
3747         /* We're only interested __GFP_FS allocations for now */
3748         if (!(gfp_mask & __GFP_FS))
3749                 return false;
3750
3751         if (gfp_mask & __GFP_NOLOCKDEP)
3752                 return false;
3753
3754         return true;
3755 }
3756
3757 void __fs_reclaim_acquire(void)
3758 {
3759         lock_map_acquire(&__fs_reclaim_map);
3760 }
3761
3762 void __fs_reclaim_release(void)
3763 {
3764         lock_map_release(&__fs_reclaim_map);
3765 }
3766
3767 void fs_reclaim_acquire(gfp_t gfp_mask)
3768 {
3769         if (__need_fs_reclaim(gfp_mask))
3770                 __fs_reclaim_acquire();
3771 }
3772 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_acquire);
3773
3774 void fs_reclaim_release(gfp_t gfp_mask)
3775 {
3776         if (__need_fs_reclaim(gfp_mask))
3777                 __fs_reclaim_release();
3778 }
3779 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_release);
3780 #endif
3781
3782 /*
3783  * Zonelists may change due to hotplug during allocation. Detect when zonelists
3784  * have been rebuilt so allocation retries. Reader side does not lock and
3785  * retries the allocation if zonelist changes. Writer side is protected by the
3786  * embedded spin_lock.
3787  */
3788 static DEFINE_SEQLOCK(zonelist_update_seq);
3789
3790 static unsigned int zonelist_iter_begin(void)
3791 {
3792         if (IS_ENABLED(CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE))
3793                 return read_seqbegin(&zonelist_update_seq);
3794
3795         return 0;
3796 }
3797
3798 static unsigned int check_retry_zonelist(unsigned int seq)
3799 {
3800         if (IS_ENABLED(CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE))
3801                 return read_seqretry(&zonelist_update_seq, seq);
3802
3803         return seq;
3804 }
3805
3806 /* Perform direct synchronous page reclaim */
3807 static int
3808 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3809                                         const struct alloc_context *ac)
3810 {
3811         struct reclaim_state reclaim_state;
3812         int progress;
3813         unsigned int noreclaim_flag;
3814
3815         cond_resched();
3816
3817         /* We now go into synchronous reclaim */
3818         cpuset_memory_pressure_bump();
3819         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
3820         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
3821         reclaim_state.reclaimed_slab = 0;
3822         current->reclaim_state = &reclaim_state;
3823
3824         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
3825                                                                 ac->nodemask);
3826
3827         current->reclaim_state = NULL;
3828         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
3829         fs_reclaim_release(gfp_mask);
3830
3831         cond_resched();
3832
3833         return progress;
3834 }
3835
3836 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
3837 static inline struct page *
3838 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3839                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3840                 unsigned long *did_some_progress)
3841 {
3842         struct page *page = NULL;
3843         bool drained = false;
3844
3845         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
3846         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
3847                 return NULL;
3848
3849 retry:
3850         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3851
3852         /*
3853          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
3854          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
3855          * Shrink them them and try again
3856          */
3857         if (!page && !drained) {
3858                 unreserve_highatomic_pageblock(ac, false);
3859                 drain_all_pages(NULL);
3860                 drained = true;
3861                 goto retry;
3862         }
3863
3864         return page;
3865 }
3866
3867 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, gfp_t gfp_mask,
3868                              const struct alloc_context *ac)
3869 {
3870         struct zoneref *z;
3871         struct zone *zone;
3872         pg_data_t *last_pgdat = NULL;
3873         enum zone_type high_zoneidx = ac->high_zoneidx;
3874
3875         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, high_zoneidx,
3876                                         ac->nodemask) {
3877                 if (last_pgdat != zone->zone_pgdat)
3878                         wakeup_kswapd(zone, gfp_mask, order, high_zoneidx);
3879                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
3880         }
3881 }
3882
3883 static inline unsigned int
3884 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
3885 {
3886         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
3887
3888         /* __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH to save a branch. */
3889         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
3890
3891         /*
3892          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
3893          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
3894          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
3895          * set both ALLOC_HARDER (__GFP_ATOMIC) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
3896          */
3897         alloc_flags |= (__force int) (gfp_mask & __GFP_HIGH);
3898
3899         if (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) {
3900                 /*
3901                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
3902                  * if it can't schedule.
3903                  */
3904                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3905                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
3906                 /*
3907                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
3908                  * comment for __cpuset_node_allowed().
3909                  */
3910                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
3911         } else if (unlikely(rt_task(current)) && !in_interrupt())
3912                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
3913
3914 #ifdef CONFIG_CMA
3915         if (gfpflags_to_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
3916                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3917 #endif
3918         return alloc_flags;
3919 }
3920
3921 static bool oom_reserves_allowed(struct task_struct *tsk)
3922 {
3923         if (!tsk_is_oom_victim(tsk))
3924                 return false;
3925
3926         /*
3927          * !MMU doesn't have oom reaper so give access to memory reserves
3928          * only to the thread with TIF_MEMDIE set
3929          */
3930         if (!IS_ENABLED(CONFIG_MMU) && !test_thread_flag(TIF_MEMDIE))
3931                 return false;
3932
3933         return true;
3934 }
3935
3936 /*
3937  * Distinguish requests which really need access to full memory
3938  * reserves from oom victims which can live with a portion of it
3939  */
3940 static inline int __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_t gfp_mask)
3941 {
3942         if (unlikely(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3943                 return 0;
3944         if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
3945                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
3946         if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
3947                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
3948         if (!in_interrupt()) {
3949                 if (current->flags & PF_MEMALLOC)
3950                         return ALLOC_NO_WATERMARKS;
3951                 else if (oom_reserves_allowed(current))
3952                         return ALLOC_OOM;
3953         }
3954
3955         return 0;
3956 }
3957
3958 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
3959 {
3960         return !!__gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
3961 }
3962
3963 /*
3964  * Checks whether it makes sense to retry the reclaim to make a forward progress
3965  * for the given allocation request.
3966  *
3967  * We give up when we either have tried MAX_RECLAIM_RETRIES in a row
3968  * without success, or when we couldn't even meet the watermark if we
3969  * reclaimed all remaining pages on the LRU lists.
3970  *
3971  * Returns true if a retry is viable or false to enter the oom path.
3972  */
3973 static inline bool
3974 should_reclaim_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned order,
3975                      struct alloc_context *ac, int alloc_flags,
3976                      bool did_some_progress, int *no_progress_loops)
3977 {
3978         struct zone *zone;
3979         struct zoneref *z;
3980
3981         /*
3982          * Costly allocations might have made a progress but this doesn't mean
3983          * their order will become available due to high fragmentation so
3984          * always increment the no progress counter for them
3985          */
3986         if (did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3987                 *no_progress_loops = 0;
3988         else
3989                 (*no_progress_loops)++;
3990
3991         /*
3992          * Make sure we converge to OOM if we cannot make any progress
3993          * several times in the row.
3994          */
3995         if (*no_progress_loops > MAX_RECLAIM_RETRIES) {
3996                 /* Before OOM, exhaust highatomic_reserve */
3997                 return unreserve_highatomic_pageblock(ac, true);
3998         }
3999
4000         /*
4001          * Keep reclaiming pages while there is a chance this will lead
4002          * somewhere.  If none of the target zones can satisfy our allocation
4003          * request even if all reclaimable pages are considered then we are
4004          * screwed and have to go OOM.
4005          */
4006         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
4007                                         ac->nodemask) {
4008                 unsigned long available;
4009                 unsigned long reclaimable;
4010                 unsigned long min_wmark = min_wmark_pages(zone);
4011                 bool wmark;
4012
4013                 available = reclaimable = zone_reclaimable_pages(zone);
4014                 available += zone_page_state_snapshot(zone, NR_FREE_PAGES);
4015
4016                 /*
4017                  * Would the allocation succeed if we reclaimed all
4018                  * reclaimable pages?
4019                  */
4020                 wmark = __zone_watermark_ok(zone, order, min_wmark,
4021                                 ac_classzone_idx(ac), alloc_flags, available);
4022                 trace_reclaim_retry_zone(z, order, reclaimable,
4023                                 available, min_wmark, *no_progress_loops, wmark);
4024                 if (wmark) {
4025                         /*
4026                          * If we didn't make any progress and have a lot of
4027                          * dirty + writeback pages then we should wait for
4028                          * an IO to complete to slow down the reclaim and
4029                          * prevent from pre mature OOM
4030                          */
4031                         if (!did_some_progress) {
4032                                 unsigned long write_pending;
4033
4034                                 write_pending = zone_page_state_snapshot(zone,
4035                                                         NR_ZONE_WRITE_PENDING);
4036
4037                                 if (2 * write_pending > reclaimable) {
4038                                         congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
4039                                         return true;
4040                                 }
4041                         }
4042
4043                         /*
4044                          * Memory allocation/reclaim might be called from a WQ
4045                          * context and the current implementation of the WQ
4046                          * concurrency control doesn't recognize that
4047                          * a particular WQ is congested if the worker thread is
4048                          * looping without ever sleeping. Therefore we have to
4049                          * do a short sleep here rather than calling
4050                          * cond_resched().
4051                          */
4052                         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
4053                                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
4054                         else
4055                                 cond_resched();
4056
4057                         return true;
4058                 }
4059         }
4060
4061         return false;
4062 }
4063
4064 static inline bool
4065 check_retry_cpuset(int cpuset_mems_cookie, struct alloc_context *ac)
4066 {
4067         /*
4068          * It's possible that cpuset's mems_allowed and the nodemask from
4069          * mempolicy don't intersect. This should be normally dealt with by
4070          * policy_nodemask(), but it's possible to race with cpuset update in
4071          * such a way the check therein was true, and then it became false
4072          * before we got our cpuset_mems_cookie here.
4073          * This assumes that for all allocations, ac->nodemask can come only
4074          * from MPOL_BIND mempolicy (whose documented semantics is to be ignored
4075          * when it does not intersect with the cpuset restrictions) or the
4076          * caller can deal with a violated nodemask.
4077          */
4078         if (cpusets_enabled() && ac->nodemask &&
4079                         !cpuset_nodemask_valid_mems_allowed(ac->nodemask)) {
4080                 ac->nodemask = NULL;
4081                 return true;
4082         }
4083
4084         /*
4085          * When updating a task's mems_allowed or mempolicy nodemask, it is
4086          * possible to race with parallel threads in such a way that our
4087          * allocation can fail while the mask is being updated. If we are about
4088          * to fail, check if the cpuset changed during allocation and if so,
4089          * retry.
4090          */
4091         if (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))
4092                 return true;
4093
4094         return false;
4095 }
4096
4097 static inline struct page *
4098 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4099                                                 struct alloc_context *ac)
4100 {
4101         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
4102         bool can_compact = gfp_compaction_allowed(gfp_mask);
4103         const bool costly_order = order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER;
4104         struct page *page = NULL;
4105         unsigned int alloc_flags;
4106         unsigned long did_some_progress;
4107         enum compact_priority compact_priority;
4108         enum compact_result compact_result;
4109         int compaction_retries;
4110         int no_progress_loops;
4111         unsigned int cpuset_mems_cookie;
4112         unsigned int zonelist_iter_cookie;
4113         int reserve_flags;
4114
4115         /*
4116          * We also sanity check to catch abuse of atomic reserves being used by
4117          * callers that are not in atomic context.
4118          */
4119         if (WARN_ON_ONCE((gfp_mask & (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)) ==
4120                                 (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)))
4121                 gfp_mask &= ~__GFP_ATOMIC;
4122
4123 restart:
4124         compaction_retries = 0;
4125         no_progress_loops = 0;
4126         compact_priority = DEF_COMPACT_PRIORITY;
4127         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
4128         zonelist_iter_cookie = zonelist_iter_begin();
4129
4130         /*
4131          * The fast path uses conservative alloc_flags to succeed only until
4132          * kswapd needs to be woken up, and to avoid the cost of setting up
4133          * alloc_flags precisely. So we do that now.
4134          */
4135         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
4136
4137         /*
4138          * We need to recalculate the starting point for the zonelist iterator
4139          * because we might have used different nodemask in the fast path, or
4140          * there was a cpuset modification and we are retrying - otherwise we
4141          * could end up iterating over non-eligible zones endlessly.
4142          */
4143         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4144                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
4145         if (!ac->preferred_zoneref->zone)
4146                 goto nopage;
4147
4148         if (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM)
4149                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4150
4151         /*
4152          * The adjusted alloc_flags might result in immediate success, so try
4153          * that first
4154          */
4155         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4156         if (page)
4157                 goto got_pg;
4158
4159         /*
4160          * For costly allocations, try direct compaction first, as it's likely
4161          * that we have enough base pages and don't need to reclaim. For non-
4162          * movable high-order allocations, do that as well, as compaction will
4163          * try prevent permanent fragmentation by migrating from blocks of the
4164          * same migratetype.
4165          * Don't try this for allocations that are allowed to ignore
4166          * watermarks, as the ALLOC_NO_WATERMARKS attempt didn't yet happen.
4167          */
4168         if (can_direct_reclaim && can_compact &&
4169                         (costly_order ||
4170                            (order > 0 && ac->migratetype != MIGRATE_MOVABLE))
4171                         && !gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_mask)) {
4172                 page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order,
4173                                                 alloc_flags, ac,
4174                                                 INIT_COMPACT_PRIORITY,
4175                                                 &compact_result);
4176                 if (page)
4177                         goto got_pg;
4178
4179                 /*
4180                  * Checks for costly allocations with __GFP_NORETRY, which
4181                  * includes THP page fault allocations
4182                  */
4183                 if (costly_order && (gfp_mask & __GFP_NORETRY)) {
4184                         /*
4185                          * If compaction is deferred for high-order allocations,
4186                          * it is because sync compaction recently failed. If
4187                          * this is the case and the caller requested a THP
4188                          * allocation, we do not want to heavily disrupt the
4189                          * system, so we fail the allocation instead of entering
4190                          * direct reclaim.
4191                          */
4192                         if (compact_result == COMPACT_DEFERRED)
4193                                 goto nopage;
4194
4195                         /*
4196                          * Looks like reclaim/compaction is worth trying, but
4197                          * sync compaction could be very expensive, so keep
4198                          * using async compaction.
4199                          */
4200                         compact_priority = INIT_COMPACT_PRIORITY;
4201                 }
4202         }
4203
4204 retry:
4205         /* Ensure kswapd doesn't accidentally go to sleep as long as we loop */
4206         if (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM)
4207                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4208
4209         reserve_flags = __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4210         if (reserve_flags)
4211                 alloc_flags = reserve_flags;
4212
4213         /*
4214          * Reset the nodemask and zonelist iterators if memory policies can be
4215          * ignored. These allocations are high priority and system rather than
4216          * user oriented.
4217          */
4218         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) || reserve_flags) {
4219                 ac->nodemask = NULL;
4220                 ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4221                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
4222         }
4223
4224         /* Attempt with potentially adjusted zonelist and alloc_flags */
4225         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4226         if (page)
4227                 goto got_pg;
4228
4229         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
4230         if (!can_direct_reclaim)
4231                 goto nopage;
4232
4233         /* Avoid recursion of direct reclaim */
4234         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4235                 goto nopage;
4236
4237         /* Try direct reclaim and then allocating */
4238         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4239                                                         &did_some_progress);
4240         if (page)
4241                 goto got_pg;
4242
4243         /* Try direct compaction and then allocating */
4244         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4245                                         compact_priority, &compact_result);
4246         if (page)
4247                 goto got_pg;
4248
4249         /* Do not loop if specifically requested */
4250         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
4251                 goto nopage;
4252
4253         /*
4254          * Do not retry costly high order allocations unless they are
4255          * __GFP_RETRY_MAYFAIL and we can compact
4256          */
4257         if (costly_order && (!can_compact ||
4258                              !(gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL)))
4259                 goto nopage;
4260
4261         if (should_reclaim_retry(gfp_mask, order, ac, alloc_flags,
4262                                  did_some_progress > 0, &no_progress_loops))
4263                 goto retry;
4264
4265         /*
4266          * It doesn't make any sense to retry for the compaction if the order-0
4267          * reclaim is not able to make any progress because the current
4268          * implementation of the compaction depends on the sufficient amount
4269          * of free memory (see __compaction_suitable)
4270          */
4271         if (did_some_progress > 0 && can_compact &&
4272                         should_compact_retry(ac, order, alloc_flags,
4273                                 compact_result, &compact_priority,
4274                                 &compaction_retries))
4275                 goto retry;
4276
4277
4278         /*
4279          * Deal with possible cpuset update races or zonelist updates to avoid
4280          * a unnecessary OOM kill.
4281          */
4282         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac) ||
4283             check_retry_zonelist(zonelist_iter_cookie))
4284                 goto restart;
4285
4286         /* Reclaim has failed us, start killing things */
4287         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
4288         if (page)
4289                 goto got_pg;
4290
4291         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
4292         if (tsk_is_oom_victim(current) &&
4293             (alloc_flags == ALLOC_OOM ||
4294              (gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC)))
4295                 goto nopage;
4296
4297         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
4298         if (did_some_progress) {
4299                 no_progress_loops = 0;
4300                 goto retry;
4301         }
4302
4303 nopage:
4304         /*
4305          * Deal with possible cpuset update races or zonelist updates to avoid
4306          * a unnecessary OOM kill.
4307          */
4308         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac) ||
4309             check_retry_zonelist(zonelist_iter_cookie))
4310                 goto restart;
4311
4312         /*
4313          * Make sure that __GFP_NOFAIL request doesn't leak out and make sure
4314          * we always retry
4315          */
4316         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL) {
4317                 /*
4318                  * All existing users of the __GFP_NOFAIL are blockable, so warn
4319                  * of any new users that actually require GFP_NOWAIT
4320                  */
4321                 if (WARN_ON_ONCE(!can_direct_reclaim))
4322                         goto fail;
4323
4324                 /*
4325                  * PF_MEMALLOC request from this context is rather bizarre
4326                  * because we cannot reclaim anything and only can loop waiting
4327                  * for somebody to do a work for us
4328                  */
4329                 WARN_ON_ONCE(current->flags & PF_MEMALLOC);
4330
4331                 /*
4332                  * non failing costly orders are a hard requirement which we
4333                  * are not prepared for much so let's warn about these users
4334                  * so that we can identify them and convert them to something
4335                  * else.
4336                  */
4337                 WARN_ON_ONCE(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
4338
4339                 /*
4340                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
4341                  * reserves but do not use ALLOC_NO_WATERMARKS because this
4342                  * could deplete whole memory reserves which would just make
4343                  * the situation worse
4344                  */
4345                 page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order, ALLOC_HARDER, ac);
4346                 if (page)
4347                         goto got_pg;
4348
4349                 cond_resched();
4350                 goto retry;
4351         }
4352 fail:
4353         warn_alloc(gfp_mask, ac->nodemask,
4354                         "page allocation failure: order:%u", order);
4355 got_pg:
4356         return page;
4357 }
4358
4359 static inline bool prepare_alloc_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4360                 int preferred_nid, nodemask_t *nodemask,
4361                 struct alloc_context *ac, gfp_t *alloc_mask,
4362                 unsigned int *alloc_flags)
4363 {
4364         ac->high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
4365         ac->zonelist = node_zonelist(preferred_nid, gfp_mask);
4366         ac->nodemask = nodemask;
4367         ac->migratetype = gfpflags_to_migratetype(gfp_mask);
4368
4369         if (cpusets_enabled()) {
4370                 *alloc_mask |= __GFP_HARDWALL;
4371                 if (!ac->nodemask)
4372                         ac->nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
4373                 else
4374                         *alloc_flags |= ALLOC_CPUSET;
4375         }
4376
4377         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
4378         fs_reclaim_release(gfp_mask);
4379
4380         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM);
4381
4382         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
4383                 return false;
4384
4385         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA) && ac->migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
4386                 *alloc_flags |= ALLOC_CMA;
4387
4388         return true;
4389 }
4390
4391 /* Determine whether to spread dirty pages and what the first usable zone */
4392 static inline void finalise_ac(gfp_t gfp_mask, struct alloc_context *ac)
4393 {
4394         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
4395         ac->spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
4396
4397         /*
4398          * The preferred zone is used for statistics but crucially it is
4399          * also used as the starting point for the zonelist iterator. It
4400          * may get reset for allocations that ignore memory policies.
4401          */
4402         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4403                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
4404 }
4405
4406 /*
4407  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
4408  */
4409 struct page *
4410 __alloc_pages_nodemask(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int preferred_nid,
4411                                                         nodemask_t *nodemask)
4412 {
4413         struct page *page;
4414         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
4415         gfp_t alloc_mask; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
4416         struct alloc_context ac = { };
4417
4418         /*
4419          * There are several places where we assume that the order value is sane
4420          * so bail out early if the request is out of bound.
4421          */
4422         if (unlikely(order >= MAX_ORDER)) {
4423                 WARN_ON_ONCE(!(gfp_mask & __GFP_NOWARN));
4424                 return NULL;
4425         }
4426
4427         gfp_mask &= gfp_allowed_mask;
4428         alloc_mask = gfp_mask;
4429         if (!prepare_alloc_pages(gfp_mask, order, preferred_nid, nodemask, &ac, &alloc_mask, &alloc_flags))
4430                 return NULL;
4431
4432         finalise_ac(gfp_mask, &ac);
4433
4434         /* First allocation attempt */
4435         page = get_page_from_freelist(alloc_mask, order, alloc_flags, &ac);
4436         if (likely(page))
4437                 goto out;
4438
4439         /*
4440          * Apply scoped allocation constraints. This is mainly about GFP_NOFS
4441          * resp. GFP_NOIO which has to be inherited for all allocation requests
4442          * from a particular context which has been marked by
4443          * memalloc_no{fs,io}_{save,restore}.
4444          */
4445         alloc_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4446         ac.spread_dirty_pages = false;
4447
4448         /*
4449          * Restore the original nodemask if it was potentially replaced with
4450          * &cpuset_current_mems_allowed to optimize the fast-path attempt.
4451          */
4452         if (unlikely(ac.nodemask != nodemask))
4453                 ac.nodemask = nodemask;
4454
4455         page = __alloc_pages_slowpath(alloc_mask, order, &ac);
4456
4457 out:
4458         if (memcg_kmem_enabled() && (gfp_mask & __GFP_ACCOUNT) && page &&
4459             unlikely(memcg_kmem_charge(page, gfp_mask, order) != 0)) {
4460                 __free_pages(page, order);
4461                 page = NULL;
4462         }
4463
4464         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_mask, ac.migratetype);
4465
4466         return page;
4467 }
4468 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages_nodemask);
4469
4470 /*
4471  * Common helper functions. Never use with __GFP_HIGHMEM because the returned
4472  * address cannot represent highmem pages. Use alloc_pages and then kmap if
4473  * you need to access high mem.
4474  */
4475 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
4476 {
4477         struct page *page;
4478
4479         page = alloc_pages(gfp_mask & ~__GFP_HIGHMEM, order);
4480         if (!page)
4481                 return 0;
4482         return (unsigned long) page_address(page);
4483 }
4484 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
4485
4486 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
4487 {
4488         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
4489 }
4490 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
4491
4492 static inline void free_the_page(struct page *page, unsigned int order)
4493 {
4494         if (order == 0)         /* Via pcp? */
4495                 free_unref_page(page);
4496         else
4497                 __free_pages_ok(page, order);
4498 }
4499
4500 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
4501 {
4502         if (put_page_testzero(page))
4503                 free_the_page(page, order);
4504 }
4505 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
4506
4507 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
4508 {
4509         if (addr != 0) {
4510                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
4511                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
4512         }
4513 }
4514
4515 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
4516
4517 /*
4518  * Page Fragment:
4519  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
4520  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
4521  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
4522  *
4523  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
4524  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
4525  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
4526  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
4527  */
4528 static struct page *__page_frag_cache_refill(struct page_frag_cache *nc,
4529                                              gfp_t gfp_mask)
4530 {
4531         struct page *page = NULL;
4532         gfp_t gfp = gfp_mask;
4533
4534 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4535         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
4536                     __GFP_NOMEMALLOC;
4537         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
4538                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
4539         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
4540 #endif
4541         if (unlikely(!page))
4542                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
4543
4544         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
4545
4546         return page;
4547 }
4548
4549 void __page_frag_cache_drain(struct page *page, unsigned int count)
4550 {
4551         VM_BUG_ON_PAGE(page_ref_count(page) == 0, page);
4552
4553         if (page_ref_sub_and_test(page, count))
4554                 free_the_page(page, compound_order(page));
4555 }
4556 EXPORT_SYMBOL(__page_frag_cache_drain);
4557
4558 void *page_frag_alloc(struct page_frag_cache *nc,
4559                       unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask)
4560 {
4561         unsigned int size = PAGE_SIZE;
4562         struct page *page;
4563         int offset;
4564
4565         if (unlikely(!nc->va)) {
4566 refill:
4567                 page = __page_frag_cache_refill(nc, gfp_mask);
4568                 if (!page)
4569                         return NULL;
4570
4571 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4572                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
4573                 size = nc->size;
4574 #endif
4575                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
4576                  * This would break get_page_unless_zero() users.
4577                  */
4578                 page_ref_add(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE);
4579
4580                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
4581                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
4582                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
4583                 nc->offset = size;
4584         }
4585
4586         offset = nc->offset - fragsz;
4587         if (unlikely(offset < 0)) {
4588                 page = virt_to_page(nc->va);
4589
4590                 if (!page_ref_sub_and_test(page, nc->pagecnt_bias))
4591                         goto refill;
4592
4593                 if (unlikely(nc->pfmemalloc)) {
4594                         free_the_page(page, compound_order(page));
4595                         goto refill;
4596                 }
4597
4598 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4599                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
4600                 size = nc->size;
4601 #endif
4602                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
4603                 set_page_count(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1);
4604
4605                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
4606                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
4607                 offset = size - fragsz;
4608                 if (unlikely(offset < 0)) {
4609                         /*
4610                          * The caller is trying to allocate a fragment
4611                          * with fragsz > PAGE_SIZE but the cache isn't big
4612                          * enough to satisfy the request, this may
4613                          * happen in low memory conditions.
4614                          * We don't release the cache page because
4615                          * it could make memory pressure worse
4616                          * so we simply return NULL here.
4617                          */
4618                         return NULL;
4619                 }
4620         }
4621
4622         nc->pagecnt_bias--;
4623         nc->offset = offset;
4624
4625         return nc->va + offset;
4626 }
4627 EXPORT_SYMBOL(page_frag_alloc);
4628
4629 /*
4630  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
4631  */
4632 void page_frag_free(void *addr)
4633 {
4634         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
4635
4636         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
4637                 free_the_page(page, compound_order(page));
4638 }
4639 EXPORT_SYMBOL(page_frag_free);
4640
4641 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
4642                 size_t size)
4643 {
4644         if (addr) {
4645                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
4646                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
4647
4648                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
4649                 while (used < alloc_end) {
4650                         free_page(used);
4651                         used += PAGE_SIZE;
4652                 }
4653         }
4654         return (void *)addr;
4655 }
4656
4657 /**
4658  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
4659  * @size: the number of bytes to allocate
4660  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
4661  *
4662  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
4663  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
4664  * allocate memory in power-of-two pages.
4665  *
4666  * This function is also limited by MAX_ORDER.
4667  *
4668  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
4669  */
4670 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
4671 {
4672         unsigned int order = get_order(size);
4673         unsigned long addr;
4674
4675         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
4676         return make_alloc_exact(addr, order, size);
4677 }
4678 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
4679
4680 /**
4681  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
4682  *                         pages on a node.
4683  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
4684  * @size: the number of bytes to allocate
4685  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
4686  *
4687  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
4688  * back.
4689  */
4690 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
4691 {
4692         unsigned int order = get_order(size);
4693         struct page *p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
4694         if (!p)
4695                 return NULL;
4696         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
4697 }
4698
4699 /**
4700  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
4701  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
4702  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
4703  *
4704  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
4705  */
4706 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
4707 {
4708         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
4709         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
4710
4711         while (addr < end) {
4712                 free_page(addr);
4713                 addr += PAGE_SIZE;
4714         }
4715 }
4716 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
4717
4718 /**
4719  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
4720  * @offset: The zone index of the highest zone
4721  *
4722  * nr_free_zone_pages() counts the number of counts pages which are beyond the
4723  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
4724  * zone, the number of pages is calculated as:
4725  *
4726  *     nr_free_zone_pages = managed_pages - high_pages
4727  */
4728 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
4729 {
4730         struct zoneref *z;
4731         struct zone *zone;
4732
4733         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
4734         unsigned long sum = 0;
4735
4736         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
4737
4738         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
4739                 unsigned long size = zone->managed_pages;
4740                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
4741                 if (size > high)
4742                         sum += size - high;
4743         }
4744
4745         return sum;
4746 }
4747
4748 /**
4749  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
4750  *
4751  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
4752  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
4753  */
4754 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
4755 {
4756         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
4757 }
4758 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
4759
4760 /**
4761  * nr_free_pagecache_pages - count number of pages beyond high watermark
4762  *
4763  * nr_free_pagecache_pages() counts the number of pages which are beyond the
4764  * high watermark within all zones.
4765  */
4766 unsigned long nr_free_pagecache_pages(void)
4767 {
4768         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
4769 }
4770
4771 static inline void show_node(struct zone *zone)
4772 {
4773         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
4774                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
4775 }
4776
4777 long si_mem_available(void)
4778 {
4779         long available;
4780         unsigned long pagecache;
4781         unsigned long wmark_low = 0;
4782         unsigned long pages[NR_LRU_LISTS];
4783         struct zone *zone;
4784         int lru;
4785
4786         for (lru = LRU_BASE; lru < NR_LRU_LISTS; lru++)
4787                 pages[lru] = global_node_page_state(NR_LRU_BASE + lru);
4788
4789         for_each_zone(zone)
4790                 wmark_low += zone->watermark[WMARK_LOW];
4791
4792         /*
4793          * Estimate the amount of memory available for userspace allocations,
4794          * without causing swapping.
4795          */
4796         available = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES) - totalreserve_pages;
4797
4798         /*
4799          * Not all the page cache can be freed, otherwise the system will
4800          * start swapping. Assume at least half of the page cache, or the
4801          * low watermark worth of cache, needs to stay.
4802          */
4803         pagecache = pages[LRU_ACTIVE_FILE] + pages[LRU_INACTIVE_FILE];
4804         pagecache -= min(pagecache / 2, wmark_low);
4805         available += pagecache;
4806
4807         /*
4808          * Part of the reclaimable slab consists of items that are in use,
4809          * and cannot be freed. Cap this estimate at the low watermark.
4810          */
4811         available += global_node_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE) -
4812                      min(global_node_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE) / 2,
4813                          wmark_low);
4814
4815         /*
4816          * Part of the kernel memory, which can be released under memory
4817          * pressure.
4818          */
4819         available += global_node_page_state(NR_INDIRECTLY_RECLAIMABLE_BYTES) >>
4820                 PAGE_SHIFT;
4821
4822         if (available < 0)
4823                 available = 0;
4824         return available;
4825 }
4826 EXPORT_SYMBOL_GPL(si_mem_available);
4827
4828 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
4829 {
4830         val->totalram = totalram_pages;
4831         val->sharedram = global_node_page_state(NR_SHMEM);
4832         val->freeram = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES);
4833         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
4834         val->totalhigh = totalhigh_pages;
4835         val->freehigh = nr_free_highpages();
4836         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
4837 }
4838
4839 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
4840
4841 #ifdef CONFIG_NUMA
4842 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
4843 {
4844         int zone_type;          /* needs to be signed */
4845         unsigned long managed_pages = 0;
4846         unsigned long managed_highpages = 0;
4847         unsigned long free_highpages = 0;
4848         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4849
4850         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
4851                 managed_pages += pgdat->node_zones[zone_type].managed_pages;
4852         val->totalram = managed_pages;
4853         val->sharedram = node_page_state(pgdat, NR_SHMEM);
4854         val->freeram = sum_zone_node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
4855 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
4856         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++) {
4857                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
4858
4859                 if (is_highmem(zone)) {
4860                         managed_highpages += zone->managed_pages;
4861                         free_highpages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
4862                 }
4863         }
4864         val->totalhigh = managed_highpages;
4865         val->freehigh = free_highpages;
4866 #else
4867         val->totalhigh = managed_highpages;
4868         val->freehigh = free_highpages;
4869 #endif
4870         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
4871 }
4872 #endif
4873
4874 /*
4875  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
4876  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
4877  */
4878 static bool show_mem_node_skip(unsigned int flags, int nid, nodemask_t *nodemask)
4879 {
4880         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
4881                 return false;
4882
4883         /*
4884          * no node mask - aka implicit memory numa policy. Do not bother with
4885          * the synchronization - read_mems_allowed_begin - because we do not
4886          * have to be precise here.
4887          */
4888         if (!nodemask)
4889                 nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
4890
4891         return !node_isset(nid, *nodemask);
4892 }
4893
4894 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
4895
4896 static void show_migration_types(unsigned char type)
4897 {
4898         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
4899                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
4900                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
4901                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
4902                 [MIGRATE_HIGHATOMIC]    = 'H',
4903 #ifdef CONFIG_CMA
4904                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
4905 #endif
4906 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
4907                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
4908 #endif
4909         };
4910         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
4911         char *p = tmp;
4912         int i;
4913
4914         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
4915                 if (type & (1 << i))
4916                         *p++ = types[i];
4917         }
4918
4919         *p = '\0';
4920         printk(KERN_CONT "(%s) ", tmp);
4921 }
4922
4923 /*
4924  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
4925  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
4926  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
4927  *
4928  * Bits in @filter:
4929  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
4930  *   cpuset.
4931  */
4932 void show_free_areas(unsigned int filter, nodemask_t *nodemask)
4933 {
4934         unsigned long free_pcp = 0;
4935         int cpu;
4936         struct zone *zone;
4937         pg_data_t *pgdat;
4938
4939         for_each_populated_zone(zone) {
4940                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
4941                         continue;
4942
4943                 for_each_online_cpu(cpu)
4944                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
4945         }
4946
4947         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
4948                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
4949                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu unstable:%lu\n"
4950                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
4951                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
4952                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
4953                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
4954                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
4955                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
4956                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
4957                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
4958                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
4959                 global_node_page_state(NR_UNEVICTABLE),
4960                 global_node_page_state(NR_FILE_DIRTY),
4961                 global_node_page_state(NR_WRITEBACK),
4962                 global_node_page_state(NR_UNSTABLE_NFS),
4963                 global_node_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE),
4964                 global_node_page_state(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE),
4965                 global_node_page_state(NR_FILE_MAPPED),
4966                 global_node_page_state(NR_SHMEM),
4967                 global_zone_page_state(NR_PAGETABLE),
4968                 global_zone_page_state(NR_BOUNCE),
4969                 global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES),
4970                 free_pcp,
4971                 global_zone_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
4972
4973         for_each_online_pgdat(pgdat) {
4974                 if (show_mem_node_skip(filter, pgdat->node_id, nodemask))
4975                         continue;
4976
4977                 printk("Node %d"
4978                         " active_anon:%lukB"
4979                         " inactive_anon:%lukB"
4980                         " active_file:%lukB"
4981                         " inactive_file:%lukB"
4982                         " unevictable:%lukB"
4983                         " isolated(anon):%lukB"
4984                         " isolated(file):%lukB"
4985                         " mapped:%lukB"
4986                         " dirty:%lukB"
4987                         " writeback:%lukB"
4988                         " shmem:%lukB"
4989 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
4990                         " shmem_thp: %lukB"
4991                         " shmem_pmdmapped: %lukB"
4992                         " anon_thp: %lukB"
4993 #endif
4994                         " writeback_tmp:%lukB"
4995                         " unstable:%lukB"
4996                         " all_unreclaimable? %s"
4997                         "\n",
4998                         pgdat->node_id,
4999                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_ANON)),
5000                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON)),
5001                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE)),
5002                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE)),
5003                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNEVICTABLE)),
5004                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON)),
5005                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_FILE)),
5006                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_MAPPED)),
5007                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_DIRTY)),
5008                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK)),
5009                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM)),
5010 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5011                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
5012                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_PMDMAPPED)
5013                                         * HPAGE_PMD_NR),
5014                         K(node_page_state(pgdat, NR_ANON_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
5015 #endif
5016                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK_TEMP)),
5017                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNSTABLE_NFS)),
5018                         pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES ?
5019                                 "yes" : "no");
5020         }
5021
5022         for_each_populated_zone(zone) {
5023                 int i;
5024
5025                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5026                         continue;
5027
5028                 free_pcp = 0;
5029                 for_each_online_cpu(cpu)
5030                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
5031
5032                 show_node(zone);
5033                 printk(KERN_CONT
5034                         "%s"
5035                         " free:%lukB"
5036                         " min:%lukB"
5037                         " low:%lukB"
5038                         " high:%lukB"
5039                         " active_anon:%lukB"
5040                         " inactive_anon:%lukB"
5041                         " active_file:%lukB"
5042                         " inactive_file:%lukB"
5043                         " unevictable:%lukB"
5044                         " writepending:%lukB"
5045                         " present:%lukB"
5046                         " managed:%lukB"
5047                         " mlocked:%lukB"
5048                         " kernel_stack:%lukB"
5049                         " pagetables:%lukB"
5050                         " bounce:%lukB"
5051                         " free_pcp:%lukB"
5052                         " local_pcp:%ukB"
5053                         " free_cma:%lukB"
5054                         "\n",
5055                         zone->name,
5056                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
5057                         K(min_wmark_pages(zone)),
5058                         K(low_wmark_pages(zone)),
5059                         K(high_wmark_pages(zone)),
5060                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_ANON)),
5061                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_ANON)),
5062                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_FILE)),
5063                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_FILE)),
5064                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_UNEVICTABLE)),
5065                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_WRITE_PENDING)),
5066                         K(zone->present_pages),
5067                         K(zone->managed_pages),
5068                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
5069                         zone_page_state(zone, NR_KERNEL_STACK_KB),
5070                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGETABLE)),
5071                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
5072                         K(free_pcp),
5073                         K(this_cpu_read(zone->pageset->pcp.count)),
5074                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)));
5075                 printk("lowmem_reserve[]:");
5076                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
5077                         printk(KERN_CONT " %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
5078                 printk(KERN_CONT "\n");
5079         }
5080
5081         for_each_populated_zone(zone) {
5082                 unsigned int order;
5083                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, total = 0;
5084                 unsigned char types[MAX_ORDER];
5085
5086                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5087                         continue;
5088                 show_node(zone);
5089                 printk(KERN_CONT "%s: ", zone->name);
5090
5091                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
5092                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
5093                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
5094                         int type;
5095
5096                         nr[order] = area->nr_free;
5097                         total += nr[order] << order;
5098
5099                         types[order] = 0;
5100                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
5101                                 if (!list_empty(&area->free_list[type]))
5102                                         types[order] |= 1 << type;
5103                         }
5104                 }
5105                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
5106                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
5107                         printk(KERN_CONT "%lu*%lukB ",
5108                                nr[order], K(1UL) << order);
5109                         if (nr[order])
5110                                 show_migration_types(types[order]);
5111                 }
5112                 printk(KERN_CONT "= %lukB\n", K(total));
5113         }
5114
5115         hugetlb_show_meminfo();
5116
5117         printk("%ld total pagecache pages\n", global_node_page_state(NR_FILE_PAGES));
5118
5119         show_swap_cache_info();
5120 }
5121
5122 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
5123 {
5124         zoneref->zone = zone;
5125         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
5126 }
5127
5128 /*
5129  * Builds allocation fallback zone lists.
5130  *
5131  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
5132  */
5133 static int build_zonerefs_node(pg_data_t *pgdat, struct zoneref *zonerefs)
5134 {
5135         struct zone *zone;
5136         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
5137         int nr_zones = 0;
5138
5139         do {
5140                 zone_type--;
5141                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
5142                 if (populated_zone(zone)) {
5143                         zoneref_set_zone(zone, &zonerefs[nr_zones++]);
5144                         check_highest_zone(zone_type);
5145                 }
5146         } while (zone_type);
5147
5148         return nr_zones;
5149 }
5150
5151 #ifdef CONFIG_NUMA
5152
5153 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
5154 {
5155         /*
5156          * We used to support different zonlists modes but they turned
5157          * out to be just not useful. Let's keep the warning in place
5158          * if somebody still use the cmd line parameter so that we do
5159          * not fail it silently
5160          */
5161         if (!(*s == 'd' || *s == 'D' || *s == 'n' || *s == 'N')) {
5162                 pr_warn("Ignoring unsupported numa_zonelist_order value:  %s\n", s);
5163                 return -EINVAL;
5164         }
5165         return 0;
5166 }
5167
5168 static __init int setup_numa_zonelist_order(char *s)
5169 {
5170         if (!s)
5171                 return 0;
5172
5173         return __parse_numa_zonelist_order(s);
5174 }
5175 early_param("numa_zonelist_order", setup_numa_zonelist_order);
5176
5177 char numa_zonelist_order[] = "Node";
5178
5179 /*
5180  * sysctl handler for numa_zonelist_order
5181  */
5182 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
5183                 void __user *buffer, size_t *length,
5184                 loff_t *ppos)
5185 {
5186         char *str;
5187         int ret;
5188
5189         if (!write)
5190                 return proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
5191         str = memdup_user_nul(buffer, 16);
5192         if (IS_ERR(str))
5193                 return PTR_ERR(str);
5194
5195         ret = __parse_numa_zonelist_order(str);
5196         kfree(str);
5197         return ret;
5198 }
5199
5200
5201 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
5202 static int node_load[MAX_NUMNODES];
5203
5204 /**
5205  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
5206  * @node: node whose fallback list we're appending
5207  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
5208  *
5209  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
5210  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
5211  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
5212  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
5213  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
5214  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
5215  * on them otherwise.
5216  * It returns -1 if no node is found.
5217  */
5218 static int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
5219 {
5220         int n, val;
5221         int min_val = INT_MAX;
5222         int best_node = NUMA_NO_NODE;
5223         const struct cpumask *tmp = cpumask_of_node(0);
5224
5225         /* Use the local node if we haven't already */
5226         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
5227                 node_set(node, *used_node_mask);
5228                 return node;
5229         }
5230
5231         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
5232
5233                 /* Don't want a node to appear more than once */
5234                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
5235                         continue;
5236
5237                 /* Use the distance array to find the distance */
5238                 val = node_distance(node, n);
5239
5240                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
5241                 val += (n < node);
5242
5243                 /* Give preference to headless and unused nodes */
5244                 tmp = cpumask_of_node(n);
5245                 if (!cpumask_empty(tmp))
5246                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
5247
5248                 /* Slight preference for less loaded node */
5249                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
5250                 val += node_load[n];
5251
5252                 if (val < min_val) {
5253                         min_val = val;
5254                         best_node = n;
5255                 }
5256         }
5257
5258         if (best_node >= 0)
5259                 node_set(best_node, *used_node_mask);
5260
5261         return best_node;
5262 }
5263
5264
5265 /*
5266  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
5267  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
5268  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
5269  */
5270 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int *node_order,
5271                 unsigned nr_nodes)
5272 {
5273         struct zoneref *zonerefs;
5274         int i;
5275
5276         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
5277
5278         for (i = 0; i < nr_nodes; i++) {
5279                 int nr_zones;
5280
5281                 pg_data_t *node = NODE_DATA(node_order[i]);
5282
5283                 nr_zones = build_zonerefs_node(node, zonerefs);
5284                 zonerefs += nr_zones;
5285         }
5286         zonerefs->zone = NULL;
5287         zonerefs->zone_idx = 0;
5288 }
5289
5290 /*
5291  * Build gfp_thisnode zonelists
5292  */
5293 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5294 {
5295         struct zoneref *zonerefs;
5296         int nr_zones;
5297
5298         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_NOFALLBACK]._zonerefs;
5299         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
5300         zonerefs += nr_zones;
5301         zonerefs->zone = NULL;
5302         zonerefs->zone_idx = 0;
5303 }
5304
5305 /*
5306  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
5307  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
5308  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
5309  * may still exist in local DMA zone.
5310  */
5311
5312 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5313 {
5314         static int node_order[MAX_NUMNODES];
5315         int node, load, nr_nodes = 0;
5316         nodemask_t used_mask;
5317         int local_node, prev_node;
5318
5319         /* NUMA-aware ordering of nodes */
5320         local_node = pgdat->node_id;
5321         load = nr_online_nodes;
5322         prev_node = local_node;
5323         nodes_clear(used_mask);
5324
5325         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
5326         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
5327                 /*
5328                  * We don't want to pressure a particular node.
5329                  * So adding penalty to the first node in same
5330                  * distance group to make it round-robin.
5331                  */
5332                 if (node_distance(local_node, node) !=
5333                     node_distance(local_node, prev_node))
5334                         node_load[node] = load;
5335
5336                 node_order[nr_nodes++] = node;
5337                 prev_node = node;
5338                 load--;
5339         }
5340
5341         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node_order, nr_nodes);
5342         build_thisnode_zonelists(pgdat);
5343 }
5344
5345 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5346 /*
5347  * Return node id of node used for "local" allocations.
5348  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
5349  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
5350  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
5351  */
5352 int local_memory_node(int node)
5353 {
5354         struct zoneref *z;
5355
5356         z = first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
5357                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
5358                                    NULL);
5359         return zone_to_nid(z->zone);
5360 }
5361 #endif
5362
5363 static void setup_min_unmapped_ratio(void);
5364 static void setup_min_slab_ratio(void);
5365 #else   /* CONFIG_NUMA */
5366
5367 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5368 {
5369         int node, local_node;
5370         struct zoneref *zonerefs;
5371         int nr_zones;
5372
5373         local_node = pgdat->node_id;
5374
5375         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
5376         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
5377         zonerefs += nr_zones;
5378
5379         /*
5380          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
5381          * of all the other nodes.
5382          * We don't want to pressure a particular node, so when
5383          * building the zones for node N, we make sure that the
5384          * zones coming right after the local ones are those from
5385          * node N+1 (modulo N)
5386          */
5387         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
5388                 if (!node_online(node))
5389                         continue;
5390                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
5391                 zonerefs += nr_zones;
5392         }
5393         for (node = 0; node < local_node; node++) {
5394                 if (!node_online(node))
5395                         continue;
5396                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
5397                 zonerefs += nr_zones;
5398         }
5399
5400         zonerefs->zone = NULL;
5401         zonerefs->zone_idx = 0;
5402 }
5403
5404 #endif  /* CONFIG_NUMA */
5405
5406 /*
5407  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
5408  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
5409  * that an item put on a list will immediately be handed over to
5410  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
5411  * with interrupts disabled.
5412  *
5413  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
5414  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
5415  * hotplugged processors.
5416  *
5417  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
5418  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
5419  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
5420  */
5421 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch);
5422 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pageset, boot_pageset);
5423 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_nodestat, boot_nodestats);
5424
5425 static void __build_all_zonelists(void *data)
5426 {
5427         int nid;
5428         int __maybe_unused cpu;
5429         pg_data_t *self = data;
5430         unsigned long flags;
5431
5432         /*
5433          * Explicitly disable this CPU's interrupts before taking seqlock
5434          * to prevent any IRQ handler from calling into the page allocator
5435          * (e.g. GFP_ATOMIC) that could hit zonelist_iter_begin and livelock.
5436          */
5437         local_irq_save(flags);
5438         /*
5439          * Explicitly disable this CPU's synchronous printk() before taking
5440          * seqlock to prevent any printk() from trying to hold port->lock, for
5441          * tty_insert_flip_string_and_push_buffer() on other CPU might be
5442          * calling kmalloc(GFP_ATOMIC | __GFP_NOWARN) with port->lock held.
5443          */
5444         printk_deferred_enter();
5445         write_seqlock(&zonelist_update_seq);
5446
5447 #ifdef CONFIG_NUMA
5448         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
5449 #endif
5450
5451         /*
5452          * This node is hotadded and no memory is yet present.   So just
5453          * building zonelists is fine - no need to touch other nodes.
5454          */
5455         if (self && !node_online(self->node_id)) {
5456                 build_zonelists(self);
5457         } else {
5458                 for_each_online_node(nid) {
5459                         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5460
5461                         build_zonelists(pgdat);
5462                 }
5463
5464 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5465                 /*
5466                  * We now know the "local memory node" for each node--
5467                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
5468                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
5469                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
5470                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
5471                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
5472                  */
5473                 for_each_online_cpu(cpu)
5474                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
5475 #endif
5476         }
5477
5478         write_sequnlock(&zonelist_update_seq);
5479         printk_deferred_exit();
5480         local_irq_restore(flags);
5481 }
5482
5483 static noinline void __init
5484 build_all_zonelists_init(void)
5485 {
5486         int cpu;
5487
5488         __build_all_zonelists(NULL);
5489
5490         /*
5491          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
5492          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
5493          * each zone will be allocated later when the per cpu
5494          * allocator is available.
5495          *
5496          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
5497          * cpus if the system is already booted because the pagesets
5498          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
5499          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
5500          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
5501          * (a chicken-egg dilemma).
5502          */
5503         for_each_possible_cpu(cpu)
5504                 setup_pageset(&per_cpu(boot_pageset, cpu), 0);
5505
5506         mminit_verify_zonelist();
5507         cpuset_init_current_mems_allowed();
5508 }
5509
5510 /*
5511  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
5512  *
5513  * __ref due to call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
5514  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
5515  */
5516 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5517 {
5518         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
5519                 build_all_zonelists_init();
5520         } else {
5521                 __build_all_zonelists(pgdat);
5522                 /* cpuset refresh routine should be here */
5523         }
5524         vm_total_pages = nr_free_pagecache_pages();
5525         /*
5526          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
5527          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
5528          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
5529          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
5530          * disabled and enable it later
5531          */
5532         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
5533                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
5534         else
5535                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
5536
5537         pr_info("Built %i zonelists, mobility grouping %s.  Total pages: %ld\n",
5538                 nr_online_nodes,
5539                 page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
5540                 vm_total_pages);
5541 #ifdef CONFIG_NUMA
5542         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
5543 #endif
5544 }
5545
5546 /*
5547  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
5548  * up by free_all_bootmem() once the early boot process is
5549  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
5550  */
5551 void __meminit memmap_init_zone(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
5552                 unsigned long start_pfn, enum meminit_context context,
5553                 struct vmem_altmap *altmap)
5554 {
5555         unsigned long end_pfn = start_pfn + size;
5556         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5557         unsigned long pfn;
5558         unsigned long nr_initialised = 0;
5559         struct page *page;
5560 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5561         struct memblock_region *r = NULL, *tmp;
5562 #endif
5563
5564         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
5565                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
5566
5567         /*
5568          * Honor reservation requested by the driver for this ZONE_DEVICE
5569          * memory
5570          */
5571         if (altmap && start_pfn == altmap->base_pfn)
5572                 start_pfn += altmap->reserve;
5573
5574         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
5575                 /*
5576                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s handed to this
5577                  * function.  They do not exist on hotplugged memory.
5578                  */
5579                 if (context != MEMINIT_EARLY)
5580                         goto not_early;
5581
5582                 if (!early_pfn_valid(pfn))
5583                         continue;
5584                 if (!early_pfn_in_nid(pfn, nid))
5585                         continue;
5586                 if (!update_defer_init(pgdat, pfn, end_pfn, &nr_initialised))
5587                         break;
5588
5589 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5590                 /*
5591                  * Check given memblock attribute by firmware which can affect
5592                  * kernel memory layout.  If zone==ZONE_MOVABLE but memory is
5593                  * mirrored, it's an overlapped memmap init. skip it.
5594                  */
5595                 if (mirrored_kernelcore && zone == ZONE_MOVABLE) {
5596                         if (!r || pfn >= memblock_region_memory_end_pfn(r)) {
5597                                 for_each_memblock(memory, tmp)
5598                                         if (pfn < memblock_region_memory_end_pfn(tmp))
5599                                                 break;
5600                                 r = tmp;
5601                         }
5602                         if (pfn >= memblock_region_memory_base_pfn(r) &&
5603                             memblock_is_mirror(r)) {
5604                                 /* already initialized as NORMAL */
5605                                 pfn = memblock_region_memory_end_pfn(r);
5606                                 continue;
5607                         }
5608                 }
5609 #endif
5610
5611 not_early:
5612                 page = pfn_to_page(pfn);
5613                 __init_single_page(page, pfn, zone, nid);
5614                 if (context == MEMINIT_HOTPLUG)
5615                         SetPageReserved(page);
5616
5617                 /*
5618                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
5619                  * movable at startup. This will force kernel allocations
5620                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
5621                  * the address space during boot when many long-lived
5622                  * kernel allocations are made.
5623                  *
5624                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
5625                  * can be created for invalid pages (for alignment)
5626                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
5627                  * pfn out of zone.
5628                  *
5629                  * Please note that MEMINIT_HOTPLUG path doesn't clear memmap
5630                  * because this is done early in sparse_add_one_section
5631                  */
5632                 if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1))) {
5633                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
5634                         cond_resched();
5635                 }
5636         }
5637 }
5638
5639 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
5640 {
5641         unsigned int order, t;
5642         for_each_migratetype_order(order, t) {
5643                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
5644                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
5645         }
5646 }
5647
5648 #ifndef __HAVE_ARCH_MEMMAP_INIT
5649 #define memmap_init(size, nid, zone, start_pfn) \
5650         memmap_init_zone((size), (nid), (zone), (start_pfn), \
5651                          MEMINIT_EARLY, NULL)
5652 #endif
5653
5654 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
5655 {
5656 #ifdef CONFIG_MMU
5657         int batch;
5658
5659         /*
5660          * The per-cpu-pages pools are set to around 1000th of the
5661          * size of the zone.
5662          */
5663         batch = zone->managed_pages / 1024;
5664         /* But no more than a meg. */
5665         if (batch * PAGE_SIZE > 1024 * 1024)
5666                 batch = (1024 * 1024) / PAGE_SIZE;
5667         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
5668         if (batch < 1)
5669                 batch = 1;
5670
5671         /*
5672          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
5673          * of 2 value was found to be more likely to have
5674          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
5675          *
5676          * For example if 2 tasks are alternately allocating
5677          * batches of pages, one task can end up with a lot
5678          * of pages of one half of the possible page colors
5679          * and the other with pages of the other colors.
5680          */
5681         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
5682
5683         return batch;
5684
5685 #else
5686         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
5687          * conditions.
5688          *
5689          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
5690          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
5691          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
5692          *
5693          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
5694          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
5695          * can be a significant delay between the individual batches being
5696          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
5697          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
5698          */
5699         return 0;
5700 #endif
5701 }
5702
5703 /*
5704  * pcp->high and pcp->batch values are related and dependent on one another:
5705  * ->batch must never be higher then ->high.
5706  * The following function updates them in a safe manner without read side
5707  * locking.
5708  *
5709  * Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they can cope with
5710  * those fields changing asynchronously (acording the the above rule).
5711  *
5712  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
5713  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
5714  * exist).
5715  */
5716 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
5717                 unsigned long batch)
5718 {
5719        /* start with a fail safe value for batch */
5720         pcp->batch = 1;
5721         smp_wmb();
5722
5723        /* Update high, then batch, in order */
5724         pcp->high = high;
5725         smp_wmb();
5726
5727         pcp->batch = batch;
5728 }
5729
5730 /* a companion to pageset_set_high() */
5731 static void pageset_set_batch(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
5732 {
5733         pageset_update(&p->pcp, 6 * batch, max(1UL, 1 * batch));
5734 }
5735
5736 static void pageset_init(struct per_cpu_pageset *p)
5737 {
5738         struct per_cpu_pages *pcp;
5739         int migratetype;
5740
5741         memset(p, 0, sizeof(*p));
5742
5743         pcp = &p->pcp;
5744         pcp->count = 0;
5745         for (migratetype = 0; migratetype < MIGRATE_PCPTYPES; migratetype++)
5746                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[migratetype]);
5747 }
5748
5749 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
5750 {
5751         pageset_init(p);
5752         pageset_set_batch(p, batch);
5753 }
5754
5755 /*
5756  * pageset_set_high() sets the high water mark for hot per_cpu_pagelist
5757  * to the value high for the pageset p.
5758  */
5759 static void pageset_set_high(struct per_cpu_pageset *p,
5760                                 unsigned long high)
5761 {
5762         unsigned long batch = max(1UL, high / 4);
5763         if ((high / 4) > (PAGE_SHIFT * 8))
5764                 batch = PAGE_SHIFT * 8;
5765
5766         pageset_update(&p->pcp, high, batch);
5767 }
5768
5769 static void pageset_set_high_and_batch(struct zone *zone,
5770                                        struct per_cpu_pageset *pcp)
5771 {
5772         if (percpu_pagelist_fraction)
5773                 pageset_set_high(pcp,
5774                         (zone->managed_pages /
5775                                 percpu_pagelist_fraction));
5776         else
5777                 pageset_set_batch(pcp, zone_batchsize(zone));
5778 }
5779
5780 static void __meminit zone_pageset_init(struct zone *zone, int cpu)
5781 {
5782         struct per_cpu_pageset *pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
5783
5784         pageset_init(pcp);
5785         pageset_set_high_and_batch(zone, pcp);
5786 }
5787
5788 void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
5789 {
5790         int cpu;
5791         zone->pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pageset);
5792         for_each_possible_cpu(cpu)
5793                 zone_pageset_init(zone, cpu);
5794 }
5795
5796 /*
5797  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
5798  * Before this call only boot pagesets were available.
5799  */
5800 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
5801 {
5802         struct pglist_data *pgdat;
5803         struct zone *zone;
5804
5805         for_each_populated_zone(zone)
5806                 setup_zone_pageset(zone);
5807
5808         for_each_online_pgdat(pgdat)
5809                 pgdat->per_cpu_nodestats =
5810                         alloc_percpu(struct per_cpu_nodestat);
5811 }
5812
5813 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
5814 {
5815         /*
5816          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
5817          * relies on the ability of the linker to provide the
5818          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
5819          */
5820         zone->pageset = &boot_pageset;
5821
5822         if (populated_zone(zone))
5823                 printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n",
5824                         zone->name, zone->present_pages,
5825                                          zone_batchsize(zone));
5826 }
5827
5828 void __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
5829                                         unsigned long zone_start_pfn,
5830                                         unsigned long size)
5831 {
5832         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
5833         int zone_idx = zone_idx(zone) + 1;
5834
5835         if (zone_idx > pgdat->nr_zones)
5836                 pgdat->nr_zones = zone_idx;
5837
5838         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
5839
5840         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
5841                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
5842                         pgdat->node_id,
5843                         (unsigned long)zone_idx(zone),
5844                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
5845
5846         zone_init_free_lists(zone);
5847         zone->initialized = 1;
5848 }
5849
5850 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5851 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID
5852
5853 /*
5854  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
5855  */
5856 int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn,
5857                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
5858 {
5859         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5860         int nid;
5861
5862         if (state->last_start <= pfn && pfn < state->last_end)
5863                 return state->last_nid;
5864
5865         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
5866         if (nid != -1) {
5867                 state->last_start = start_pfn;
5868                 state->last_end = end_pfn;
5869                 state->last_nid = nid;
5870         }
5871
5872         return nid;
5873 }
5874 #endif /* CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID */
5875
5876 /**
5877  * free_bootmem_with_active_regions - Call memblock_free_early_nid for each active range
5878  * @nid: The node to free memory on. If MAX_NUMNODES, all nodes are freed.
5879  * @max_low_pfn: The highest PFN that will be passed to memblock_free_early_nid
5880  *
5881  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes
5882  * and may be freed, this this function may be used instead of calling
5883  * memblock_free_early_nid() manually.
5884  */
5885 void __init free_bootmem_with_active_regions(int nid, unsigned long max_low_pfn)
5886 {
5887         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5888         int i, this_nid;
5889
5890         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid) {
5891                 start_pfn = min(start_pfn, max_low_pfn);
5892                 end_pfn = min(end_pfn, max_low_pfn);
5893
5894                 if (start_pfn < end_pfn)
5895                         memblock_free_early_nid(PFN_PHYS(start_pfn),
5896                                         (end_pfn - start_pfn) << PAGE_SHIFT,
5897                                         this_nid);
5898         }
5899 }
5900
5901 /**
5902  * sparse_memory_present_with_active_regions - Call memory_present for each active range
5903  * @nid: The node to call memory_present for. If MAX_NUMNODES, all nodes will be used.
5904  *
5905  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes and may
5906  * be freed, this function may be used instead of calling memory_present() manually.
5907  */
5908 void __init sparse_memory_present_with_active_regions(int nid)
5909 {
5910         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5911         int i, this_nid;
5912
5913         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid)
5914                 memory_present(this_nid, start_pfn, end_pfn);
5915 }
5916
5917 /**
5918  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
5919  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
5920  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
5921  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
5922  *
5923  * It returns the start and end page frame of a node based on information
5924  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
5925  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
5926  * PFNs will be 0.
5927  */
5928 void __meminit get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
5929                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
5930 {
5931         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
5932         int i;
5933
5934         *start_pfn = -1UL;
5935         *end_pfn = 0;
5936
5937         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
5938                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
5939                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
5940         }
5941
5942         if (*start_pfn == -1UL)
5943                 *start_pfn = 0;
5944 }
5945
5946 /*
5947  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
5948  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
5949  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
5950  */
5951 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
5952 {
5953         int zone_index;
5954         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
5955                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
5956                         continue;
5957
5958                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
5959                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
5960                         break;
5961         }
5962
5963         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
5964         movable_zone = zone_index;
5965 }
5966
5967 /*
5968  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
5969  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
5970  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
5971  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
5972  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
5973  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
5974  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
5975  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
5976  */
5977 static void __meminit adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
5978                                         unsigned long zone_type,
5979                                         unsigned long node_start_pfn,
5980                                         unsigned long node_end_pfn,
5981                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5982                                         unsigned long *zone_end_pfn)
5983 {
5984         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
5985         if (zone_movable_pfn[nid]) {
5986                 /* Size ZONE_MOVABLE */
5987                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
5988                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
5989                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
5990                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
5991
5992                 /* Adjust for ZONE_MOVABLE starting within this range */
5993                 } else if (!mirrored_kernelcore &&
5994                         *zone_start_pfn < zone_movable_pfn[nid] &&
5995                         *zone_end_pfn > zone_movable_pfn[nid]) {
5996                         *zone_end_pfn = zone_movable_pfn[nid];
5997
5998                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
5999                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
6000                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
6001         }
6002 }
6003
6004 /*
6005  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
6006  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
6007  */
6008 static unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
6009                                         unsigned long zone_type,
6010                                         unsigned long node_start_pfn,
6011                                         unsigned long node_end_pfn,
6012                                         unsigned long *zone_start_pfn,
6013                                         unsigned long *zone_end_pfn,
6014                                         unsigned long *ignored)
6015 {
6016         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
6017         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
6018         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
6019         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
6020                 return 0;
6021
6022         /* Get the start and end of the zone */
6023         *zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
6024         *zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
6025         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
6026                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
6027                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6028
6029         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
6030         if (*zone_end_pfn < node_start_pfn || *zone_start_pfn > node_end_pfn)
6031                 return 0;
6032
6033         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
6034         *zone_end_pfn = min(*zone_end_pfn, node_end_pfn);
6035         *zone_start_pfn = max(*zone_start_pfn, node_start_pfn);
6036
6037         /* Return the spanned pages */
6038         return *zone_end_pfn - *zone_start_pfn;
6039 }
6040
6041 /*
6042  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
6043  * then all holes in the requested range will be accounted for.
6044  */
6045 unsigned long __meminit __absent_pages_in_range(int nid,
6046                                 unsigned long range_start_pfn,
6047                                 unsigned long range_end_pfn)
6048 {
6049         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
6050         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6051         int i;
6052
6053         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
6054                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
6055                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
6056                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
6057         }
6058         return nr_absent;
6059 }
6060
6061 /**
6062  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
6063  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
6064  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
6065  *
6066  * It returns the number of pages frames in memory holes within a range.
6067  */
6068 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
6069                                                         unsigned long end_pfn)
6070 {
6071         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
6072 }
6073
6074 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
6075 static unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
6076                                         unsigned long zone_type,
6077                                         unsigned long node_start_pfn,
6078                                         unsigned long node_end_pfn,
6079                                         unsigned long *ignored)
6080 {
6081         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
6082         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
6083         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
6084         unsigned long nr_absent;
6085
6086         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
6087         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
6088                 return 0;
6089
6090         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
6091         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
6092
6093         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
6094                         node_start_pfn, node_end_pfn,
6095                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
6096         nr_absent = __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6097
6098         /*
6099          * ZONE_MOVABLE handling.
6100          * Treat pages to be ZONE_MOVABLE in ZONE_NORMAL as absent pages
6101          * and vice versa.
6102          */
6103         if (mirrored_kernelcore && zone_movable_pfn[nid]) {
6104                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
6105                 struct memblock_region *r;
6106
6107                 for_each_memblock(memory, r) {
6108                         start_pfn = clamp(memblock_region_memory_base_pfn(r),
6109                                           zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6110                         end_pfn = clamp(memblock_region_memory_end_pfn(r),
6111                                         zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6112
6113                         if (zone_type == ZONE_MOVABLE &&
6114                             memblock_is_mirror(r))
6115                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
6116
6117                         if (zone_type == ZONE_NORMAL &&
6118                             !memblock_is_mirror(r))
6119                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
6120                 }
6121         }
6122
6123         return nr_absent;
6124 }
6125
6126 #else /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6127 static inline unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
6128                                         unsigned long zone_type,
6129                                         unsigned long node_start_pfn,
6130                                         unsigned long node_end_pfn,
6131                                         unsigned long *zone_start_pfn,
6132                                         unsigned long *zone_end_pfn,
6133                                         unsigned long *zones_size)
6134 {
6135         unsigned int zone;
6136
6137         *zone_start_pfn = node_start_pfn;
6138         for (zone = 0; zone < zone_type; zone++)
6139                 *zone_start_pfn += zones_size[zone];
6140
6141         *zone_end_pfn = *zone_start_pfn + zones_size[zone_type];
6142
6143         return zones_size[zone_type];
6144 }
6145
6146 static inline unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
6147                                                 unsigned long zone_type,
6148                                                 unsigned long node_start_pfn,
6149                                                 unsigned long node_end_pfn,
6150                                                 unsigned long *zholes_size)
6151 {
6152         if (!zholes_size)
6153                 return 0;
6154
6155         return zholes_size[zone_type];
6156 }
6157
6158 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6159
6160 static void __meminit calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
6161                                                 unsigned long node_start_pfn,
6162                                                 unsigned long node_end_pfn,
6163                                                 unsigned long *zones_size,
6164                                                 unsigned long *zholes_size)
6165 {
6166         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
6167         enum zone_type i;
6168
6169         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6170                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
6171                 unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
6172                 unsigned long size, real_size;
6173
6174                 size = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
6175                                                   node_start_pfn,
6176                                                   node_end_pfn,
6177                                                   &zone_start_pfn,
6178                                                   &zone_end_pfn,
6179                                                   zones_size);
6180                 real_size = size - zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
6181                                                   node_start_pfn, node_end_pfn,
6182                                                   zholes_size);
6183                 if (size)
6184                         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
6185                 else
6186                         zone->zone_start_pfn = 0;
6187                 zone->spanned_pages = size;
6188                 zone->present_pages = real_size;
6189
6190                 totalpages += size;
6191                 realtotalpages += real_size;
6192         }
6193
6194         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
6195         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
6196         printk(KERN_DEBUG "On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id,
6197                                                         realtotalpages);
6198 }
6199
6200 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
6201 /*
6202  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
6203  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
6204  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
6205  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
6206  * bytes.
6207  */
6208 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
6209 {
6210         unsigned long usemapsize;
6211
6212         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
6213         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
6214         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
6215         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
6216         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
6217
6218         return usemapsize / 8;
6219 }
6220
6221 static void __ref setup_usemap(struct pglist_data *pgdat,
6222                                 struct zone *zone,
6223                                 unsigned long zone_start_pfn,
6224                                 unsigned long zonesize)
6225 {
6226         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone_start_pfn, zonesize);
6227         zone->pageblock_flags = NULL;
6228         if (usemapsize)
6229                 zone->pageblock_flags =
6230                         memblock_virt_alloc_node_nopanic(usemapsize,
6231                                                          pgdat->node_id);
6232 }
6233 #else
6234 static inline void setup_usemap(struct pglist_data *pgdat, struct zone *zone,
6235                                 unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize) {}
6236 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
6237
6238 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
6239
6240 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
6241 void __init set_pageblock_order(void)
6242 {
6243         unsigned int order;
6244
6245         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
6246         if (pageblock_order)
6247                 return;
6248
6249         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT)
6250                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
6251         else
6252                 order = MAX_ORDER - 1;
6253
6254         /*
6255          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
6256          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
6257          * powerpc.
6258          */
6259         pageblock_order = order;
6260 }
6261 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
6262
6263 /*
6264  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
6265  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
6266  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
6267  * the kernel config
6268  */
6269 void __init set_pageblock_order(void)
6270 {
6271 }
6272
6273 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
6274
6275 static unsigned long __init calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
6276                                                 unsigned long present_pages)
6277 {
6278         unsigned long pages = spanned_pages;
6279
6280         /*
6281          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
6282          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
6283          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
6284          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
6285          * populated regions may not be naturally aligned on page boundary.
6286          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
6287          */
6288         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
6289             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
6290                 pages = present_pages;
6291
6292         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
6293 }
6294
6295 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
6296 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat)
6297 {
6298         spin_lock_init(&pgdat->split_queue_lock);
6299         INIT_LIST_HEAD(&pgdat->split_queue);
6300         pgdat->split_queue_len = 0;
6301 }
6302 #else
6303 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat) {}
6304 #endif
6305
6306 #ifdef CONFIG_COMPACTION
6307 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat)
6308 {
6309         init_waitqueue_head(&pgdat->kcompactd_wait);
6310 }
6311 #else
6312 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat) {}
6313 #endif
6314
6315 static void __meminit pgdat_init_internals(struct pglist_data *pgdat)
6316 {
6317         pgdat_resize_init(pgdat);
6318
6319         pgdat_init_split_queue(pgdat);
6320         pgdat_init_kcompactd(pgdat);
6321
6322         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
6323         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
6324
6325         pgdat_page_ext_init(pgdat);
6326         spin_lock_init(&pgdat->lru_lock);
6327         lruvec_init(node_lruvec(pgdat));
6328 }
6329
6330 static void __meminit zone_init_internals(struct zone *zone, enum zone_type idx, int nid,
6331                                                         unsigned long remaining_pages)
6332 {
6333         zone->managed_pages = remaining_pages;
6334         zone_set_nid(zone, nid);
6335         zone->name = zone_names[idx];
6336         zone->zone_pgdat = NODE_DATA(nid);
6337         spin_lock_init(&zone->lock);
6338         zone_seqlock_init(zone);
6339         zone_pcp_init(zone);
6340 }
6341
6342 /*
6343  * Set up the zone data structures
6344  * - init pgdat internals
6345  * - init all zones belonging to this node
6346  *
6347  * NOTE: this function is only called during memory hotplug
6348  */
6349 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
6350 void __ref free_area_init_core_hotplug(int nid)
6351 {
6352         enum zone_type z;
6353         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6354
6355         pgdat_init_internals(pgdat);
6356         for (z = 0; z < MAX_NR_ZONES; z++)
6357                 zone_init_internals(&pgdat->node_zones[z], z, nid, 0);
6358 }
6359 #endif
6360
6361 /*
6362  * Set up the zone data structures:
6363  *   - mark all pages reserved
6364  *   - mark all memory queues empty
6365  *   - clear the memory bitmaps
6366  *
6367  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
6368  * NOTE: this function is only called during early init.
6369  */
6370 static void __init free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat)
6371 {
6372         enum zone_type j;
6373         int nid = pgdat->node_id;
6374
6375         pgdat_init_internals(pgdat);
6376         pgdat->per_cpu_nodestats = &boot_nodestats;
6377
6378         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6379                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
6380                 unsigned long size, freesize, memmap_pages;
6381                 unsigned long zone_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
6382
6383                 size = zone->spanned_pages;
6384                 freesize = zone->present_pages;
6385
6386                 /*
6387                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
6388                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
6389                  * and per-cpu initialisations
6390                  */
6391                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, freesize);
6392                 if (!is_highmem_idx(j)) {
6393                         if (freesize >= memmap_pages) {
6394                                 freesize -= memmap_pages;
6395                                 if (memmap_pages)
6396                                         printk(KERN_DEBUG
6397                                                "  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
6398                                                zone_names[j], memmap_pages);
6399                         } else
6400                                 pr_warn("  %s zone: %lu pages exceeds freesize %lu\n",
6401                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
6402                 }
6403
6404                 /* Account for reserved pages */
6405                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
6406                         freesize -= dma_reserve;
6407                         printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages reserved\n",
6408                                         zone_names[0], dma_reserve);
6409                 }
6410
6411                 if (!is_highmem_idx(j))
6412                         nr_kernel_pages += freesize;
6413                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
6414                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
6415                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
6416                 nr_all_pages += freesize;
6417
6418                 /*
6419                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
6420                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
6421                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
6422                  */
6423                 zone_init_internals(zone, j, nid, freesize);
6424
6425                 if (!size)
6426                         continue;
6427
6428                 set_pageblock_order();
6429                 setup_usemap(pgdat, zone, zone_start_pfn, size);
6430                 init_currently_empty_zone(zone, zone_start_pfn, size);
6431                 memmap_init(size, nid, j, zone_start_pfn);
6432         }
6433 }
6434
6435 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
6436 static void __ref alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
6437 {
6438         unsigned long __maybe_unused start = 0;
6439         unsigned long __maybe_unused offset = 0;
6440
6441         /* Skip empty nodes */
6442         if (!pgdat->node_spanned_pages)
6443                 return;
6444
6445         start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
6446         offset = pgdat->node_start_pfn - start;
6447         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
6448         if (!pgdat->node_mem_map) {
6449                 unsigned long size, end;
6450                 struct page *map;
6451
6452                 /*
6453                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
6454                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
6455                  * for the buddy allocator to function correctly.
6456                  */
6457                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
6458                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
6459                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
6460                 map = memblock_virt_alloc_node_nopanic(size, pgdat->node_id);
6461                 pgdat->node_mem_map = map + offset;
6462         }
6463         pr_debug("%s: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
6464                                 __func__, pgdat->node_id, (unsigned long)pgdat,
6465                                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
6466 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
6467         /*
6468          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
6469          */
6470         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
6471                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
6472 #if defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP) || defined(CONFIG_FLATMEM)
6473                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
6474                         mem_map -= offset;
6475 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6476         }
6477 #endif
6478 }
6479 #else
6480 static void __ref alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat) { }
6481 #endif /* CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
6482
6483 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
6484 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat)
6485 {
6486         /*
6487          * We start only with one section of pages, more pages are added as
6488          * needed until the rest of deferred pages are initialized.
6489          */
6490         pgdat->static_init_pgcnt = min_t(unsigned long, PAGES_PER_SECTION,
6491                                                 pgdat->node_spanned_pages);
6492         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
6493 }
6494 #else
6495 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat) {}
6496 #endif
6497
6498 void __init free_area_init_node(int nid, unsigned long *zones_size,
6499                                    unsigned long node_start_pfn,
6500                                    unsigned long *zholes_size)
6501 {
6502         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6503         unsigned long start_pfn = 0;
6504         unsigned long end_pfn = 0;
6505
6506         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
6507         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->kswapd_classzone_idx);
6508
6509         pgdat->node_id = nid;
6510         pgdat->node_start_pfn = node_start_pfn;
6511         pgdat->per_cpu_nodestats = NULL;
6512 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
6513         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
6514         pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
6515                 (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
6516                 end_pfn ? ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1 : 0);
6517 #else
6518         start_pfn = node_start_pfn;
6519 #endif
6520         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn,
6521                                   zones_size, zholes_size);
6522
6523         alloc_node_mem_map(pgdat);
6524         pgdat_set_deferred_range(pgdat);
6525
6526         free_area_init_core(pgdat);
6527 }
6528
6529 #if defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK) && !defined(CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP)
6530
6531 /*
6532  * Zero all valid struct pages in range [spfn, epfn), return number of struct
6533  * pages zeroed
6534  */
6535 static u64 zero_pfn_range(unsigned long spfn, unsigned long epfn)
6536 {
6537         unsigned long pfn;
6538         u64 pgcnt = 0;
6539
6540         for (pfn = spfn; pfn < epfn; pfn++) {
6541                 if (!pfn_valid(ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages))) {
6542                         pfn = ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages)
6543                                 + pageblock_nr_pages - 1;
6544                         continue;
6545                 }
6546                 mm_zero_struct_page(pfn_to_page(pfn));
6547                 pgcnt++;
6548         }
6549
6550         return pgcnt;
6551 }
6552
6553 /*
6554  * Only struct pages that are backed by physical memory are zeroed and
6555  * initialized by going through __init_single_page(). But, there are some
6556  * struct pages which are reserved in memblock allocator and their fields
6557  * may be accessed (for example page_to_pfn() on some configuration accesses
6558  * flags). We must explicitly zero those struct pages.
6559  *
6560  * This function also addresses a similar issue where struct pages are left
6561  * uninitialized because the physical address range is not covered by
6562  * memblock.memory or memblock.reserved. That could happen when memblock
6563  * layout is manually configured via memmap=, or when the highest physical
6564  * address (max_pfn) does not end on a section boundary.
6565  */
6566 void __init zero_resv_unavail(void)
6567 {
6568         phys_addr_t start, end;
6569         u64 i, pgcnt;
6570         phys_addr_t next = 0;
6571
6572         /*
6573          * Loop through unavailable ranges not covered by memblock.memory.
6574          */
6575         pgcnt = 0;
6576         for_each_mem_range(i, &memblock.memory, NULL,
6577                         NUMA_NO_NODE, MEMBLOCK_NONE, &start, &end, NULL) {
6578                 if (next < start)
6579                         pgcnt += zero_pfn_range(PFN_DOWN(next), PFN_UP(start));
6580                 next = end;
6581         }
6582
6583         /*
6584          * Early sections always have a fully populated memmap for the whole
6585          * section - see pfn_valid(). If the last section has holes at the
6586          * end and that section is marked "online", the memmap will be
6587          * considered initialized. Make sure that memmap has a well defined
6588          * state.
6589          */
6590         pgcnt += zero_pfn_range(PFN_DOWN(next),
6591                                 round_up(max_pfn, PAGES_PER_SECTION));
6592
6593         /*
6594          * Struct pages that do not have backing memory. This could be because
6595          * firmware is using some of this memory, or for some other reasons.
6596          */
6597         if (pgcnt)
6598                 pr_info("Zeroed struct page in unavailable ranges: %lld pages", pgcnt);
6599 }
6600 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK && !CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
6601
6602 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
6603
6604 #if MAX_NUMNODES > 1
6605 /*
6606  * Figure out the number of possible node ids.
6607  */
6608 void __init setup_nr_node_ids(void)
6609 {
6610         unsigned int highest;
6611
6612         highest = find_last_bit(node_possible_map.bits, MAX_NUMNODES);
6613         nr_node_ids = highest + 1;
6614 }
6615 #endif
6616
6617 /**
6618  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
6619  *
6620  * This function should be called after node map is populated and sorted.
6621  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
6622  * all the nodes.
6623  *
6624  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
6625  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
6626  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
6627  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
6628  *
6629  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
6630  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
6631  * populated node map.
6632  *
6633  * Returns the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
6634  * requirement (single node).
6635  */
6636 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
6637 {
6638         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
6639         unsigned long start, end, mask;
6640         int last_nid = -1;
6641         int i, nid;
6642
6643         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
6644                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
6645                         last_nid = nid;
6646                         last_end = end;
6647                         continue;
6648                 }
6649
6650                 /*
6651                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
6652                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
6653                  * too coarse to separate the current node from the last.
6654                  */
6655                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
6656                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
6657                         mask <<= 1;
6658
6659                 /* accumulate all internode masks */
6660                 accl_mask |= mask;
6661         }
6662
6663         /* convert mask to number of pages */
6664         return ~accl_mask + 1;
6665 }
6666
6667 /* Find the lowest pfn for a node */
6668 static unsigned long __init find_min_pfn_for_node(int nid)
6669 {
6670         unsigned long min_pfn = ULONG_MAX;
6671         unsigned long start_pfn;
6672         int i;
6673
6674         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, NULL, NULL)
6675                 min_pfn = min(min_pfn, start_pfn);
6676
6677         if (min_pfn == ULONG_MAX) {
6678                 pr_warn("Could not find start_pfn for node %d\n", nid);
6679                 return 0;
6680         }
6681
6682         return min_pfn;
6683 }
6684
6685 /**
6686  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
6687  *
6688  * It returns the minimum PFN based on information provided via
6689  * memblock_set_node().
6690  */
6691 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
6692 {
6693         return find_min_pfn_for_node(MAX_NUMNODES);
6694 }
6695
6696 /*
6697  * early_calculate_totalpages()
6698  * Sum pages in active regions for movable zone.
6699  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
6700  */
6701 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
6702 {
6703         unsigned long totalpages = 0;
6704         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6705         int i, nid;
6706
6707         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
6708                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
6709
6710                 totalpages += pages;
6711                 if (pages)
6712                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
6713         }
6714         return totalpages;
6715 }
6716
6717 /*
6718  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
6719  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
6720  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
6721  * others
6722  */
6723 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
6724 {
6725         int i, nid;
6726         unsigned long usable_startpfn;
6727         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
6728         /* save the state before borrow the nodemask */
6729         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
6730         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
6731         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
6732         struct memblock_region *r;
6733
6734         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
6735         find_usable_zone_for_movable();
6736
6737         /*
6738          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
6739          * options.
6740          */
6741         if (movable_node_is_enabled()) {
6742                 for_each_memblock(memory, r) {
6743                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
6744                                 continue;
6745
6746                         nid = r->nid;
6747
6748                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
6749                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
6750                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
6751                                 usable_startpfn;
6752                 }
6753
6754                 goto out2;
6755         }
6756
6757         /*
6758          * If kernelcore=mirror is specified, ignore movablecore option
6759          */
6760         if (mirrored_kernelcore) {
6761                 bool mem_below_4gb_not_mirrored = false;
6762
6763                 for_each_memblock(memory, r) {
6764                         if (memblock_is_mirror(r))
6765                                 continue;
6766
6767                         nid = r->nid;
6768
6769                         usable_startpfn = memblock_region_memory_base_pfn(r);
6770
6771                         if (usable_startpfn < 0x100000) {
6772                                 mem_below_4gb_not_mirrored = true;
6773                                 continue;
6774                         }
6775
6776                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
6777                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
6778                                 usable_startpfn;
6779                 }
6780
6781                 if (mem_below_4gb_not_mirrored)
6782                         pr_warn("This configuration results in unmirrored kernel memory.");
6783
6784                 goto out2;
6785         }
6786
6787         /*
6788          * If kernelcore=nn% or movablecore=nn% was specified, calculate the
6789          * amount of necessary memory.
6790          */
6791         if (required_kernelcore_percent)
6792                 required_kernelcore = (totalpages * 100 * required_kernelcore_percent) /
6793                                        10000UL;
6794         if (required_movablecore_percent)
6795                 required_movablecore = (totalpages * 100 * required_movablecore_percent) /
6796                                         10000UL;
6797
6798         /*
6799          * If movablecore= was specified, calculate what size of
6800          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
6801          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
6802          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
6803          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
6804          * what movablecore would have allowed.
6805          */
6806         if (required_movablecore) {
6807                 unsigned long corepages;
6808
6809                 /*
6810                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
6811                  * was requested by the user
6812                  */
6813                 required_movablecore =
6814                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
6815                 required_movablecore = min(totalpages, required_movablecore);
6816                 corepages = totalpages - required_movablecore;
6817
6818                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
6819         }
6820
6821         /*
6822          * If kernelcore was not specified or kernelcore size is larger
6823          * than totalpages, there is no ZONE_MOVABLE.
6824          */
6825         if (!required_kernelcore || required_kernelcore >= totalpages)
6826                 goto out;
6827
6828         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
6829         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
6830
6831 restart:
6832         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
6833         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
6834         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
6835                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
6836
6837                 /*
6838                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
6839                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
6840                  * amount of memory for the kernel
6841                  */
6842                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
6843                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
6844
6845                 /*
6846                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
6847                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
6848                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
6849                  */
6850                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
6851
6852                 /* Go through each range of PFNs within this node */
6853                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
6854                         unsigned long size_pages;
6855
6856                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
6857                         if (start_pfn >= end_pfn)
6858                                 continue;
6859
6860                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
6861                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
6862                                 unsigned long kernel_pages;
6863                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
6864                                                                 - start_pfn;
6865
6866                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
6867                                                         kernelcore_remaining);
6868                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
6869                                                         required_kernelcore);
6870
6871                                 /* Continue if range is now fully accounted */
6872                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
6873
6874                                         /*
6875                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
6876                                          * that if we have to rebalance
6877                                          * kernelcore across nodes, we will
6878                                          * not double account here
6879                                          */
6880                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
6881                                         continue;
6882                                 }
6883                                 start_pfn = usable_startpfn;
6884                         }
6885
6886                         /*
6887                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
6888                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
6889                          * number of pages used as kernelcore
6890                          */
6891                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
6892                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
6893                                 size_pages = kernelcore_remaining;
6894                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
6895
6896                         /*
6897                          * Some kernelcore has been met, update counts and
6898                          * break if the kernelcore for this node has been
6899                          * satisfied
6900                          */
6901                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
6902                                                                 size_pages);
6903                         kernelcore_remaining -= size_pages;
6904                         if (!kernelcore_remaining)
6905                                 break;
6906                 }
6907         }
6908
6909         /*
6910          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
6911          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
6912          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
6913          * satisfied
6914          */
6915         usable_nodes--;
6916         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
6917                 goto restart;
6918
6919 out2:
6920         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
6921         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++) {
6922                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
6923
6924                 zone_movable_pfn[nid] =
6925                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
6926
6927                 get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
6928                 if (zone_movable_pfn[nid] >= end_pfn)
6929                         zone_movable_pfn[nid] = 0;
6930         }
6931
6932 out:
6933         /* restore the node_state */
6934         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
6935 }
6936
6937 /* Any regular or high memory on that node ? */
6938 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
6939 {
6940         enum zone_type zone_type;
6941
6942         if (N_MEMORY == N_NORMAL_MEMORY)
6943                 return;
6944
6945         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
6946                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
6947                 if (populated_zone(zone)) {
6948                         node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
6949                         if (N_NORMAL_MEMORY != N_HIGH_MEMORY &&
6950                             zone_type <= ZONE_NORMAL)
6951                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
6952                         break;
6953                 }
6954         }
6955 }
6956
6957 /**
6958  * free_area_init_nodes - Initialise all pg_data_t and zone data
6959  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
6960  *
6961  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
6962  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
6963  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
6964  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
6965  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
6966  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
6967  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
6968  * at arch_max_dma_pfn.
6969  */
6970 void __init free_area_init_nodes(unsigned long *max_zone_pfn)
6971 {
6972         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6973         int i, nid;
6974
6975         /* Record where the zone boundaries are */
6976         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
6977                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
6978         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
6979                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
6980
6981         start_pfn = find_min_pfn_with_active_regions();
6982
6983         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6984                 if (i == ZONE_MOVABLE)
6985                         continue;
6986
6987                 end_pfn = max(max_zone_pfn[i], start_pfn);
6988                 arch_zone_lowest_possible_pfn[i] = start_pfn;
6989                 arch_zone_highest_possible_pfn[i] = end_pfn;
6990
6991                 start_pfn = end_pfn;
6992         }
6993
6994         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
6995         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
6996         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
6997
6998         /* Print out the zone ranges */
6999         pr_info("Zone ranges:\n");
7000         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7001                 if (i == ZONE_MOVABLE)
7002                         continue;
7003                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
7004                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
7005                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
7006                         pr_cont("empty\n");
7007                 else
7008                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
7009                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
7010                                         << PAGE_SHIFT,
7011                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
7012                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
7013         }
7014
7015         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
7016         pr_info("Movable zone start for each node\n");
7017         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
7018                 if (zone_movable_pfn[i])
7019                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
7020                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
7021         }
7022
7023         /* Print out the early node map */
7024         pr_info("Early memory node ranges\n");
7025         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid)
7026                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
7027                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
7028                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
7029
7030         /* Initialise every node */
7031         mminit_verify_pageflags_layout();
7032         setup_nr_node_ids();
7033         zero_resv_unavail();
7034         for_each_online_node(nid) {
7035                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
7036                 free_area_init_node(nid, NULL,
7037                                 find_min_pfn_for_node(nid), NULL);
7038
7039                 /* Any memory on that node */
7040                 if (pgdat->node_present_pages)
7041                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
7042                 check_for_memory(pgdat, nid);
7043         }
7044 }
7045
7046 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core,
7047                                      unsigned long *percent)
7048 {
7049         unsigned long long coremem;
7050         char *endptr;
7051
7052         if (!p)
7053                 return -EINVAL;
7054
7055         /* Value may be a percentage of total memory, otherwise bytes */
7056         coremem = simple_strtoull(p, &endptr, 0);
7057         if (*endptr == '%') {
7058                 /* Paranoid check for percent values greater than 100 */
7059                 WARN_ON(coremem > 100);
7060
7061                 *percent = coremem;
7062         } else {
7063                 coremem = memparse(p, &p);
7064                 /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
7065                 WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
7066
7067                 *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
7068                 *percent = 0UL;
7069         }
7070         return 0;
7071 }
7072
7073 /*
7074  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
7075  * cannot be reclaimed or migrated.
7076  */
7077 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
7078 {
7079         /* parse kernelcore=mirror */
7080         if (parse_option_str(p, "mirror")) {
7081                 mirrored_kernelcore = true;
7082                 return 0;
7083         }
7084
7085         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore,
7086                                   &required_kernelcore_percent);
7087 }
7088
7089 /*
7090  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
7091  * can be reclaimed or migrated.
7092  */
7093 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
7094 {
7095         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore,
7096                                   &required_movablecore_percent);
7097 }
7098
7099 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
7100 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
7101
7102 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
7103
7104 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
7105 {
7106         spin_lock(&managed_page_count_lock);
7107         page_zone(page)->managed_pages += count;
7108         totalram_pages += count;
7109 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
7110         if (PageHighMem(page))
7111                 totalhigh_pages += count;
7112 #endif
7113         spin_unlock(&managed_page_count_lock);
7114 }
7115 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
7116
7117 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, char *s)
7118 {
7119         void *pos;
7120         unsigned long pages = 0;
7121
7122         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
7123         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
7124         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
7125                 struct page *page = virt_to_page(pos);
7126                 void *direct_map_addr;
7127
7128                 /*
7129                  * 'direct_map_addr' might be different from 'pos'
7130                  * because some architectures' virt_to_page()
7131                  * work with aliases.  Getting the direct map
7132                  * address ensures that we get a _writeable_
7133                  * alias for the memset().
7134                  */
7135                 direct_map_addr = page_address(page);
7136                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
7137                         memset(direct_map_addr, poison, PAGE_SIZE);
7138
7139                 free_reserved_page(page);
7140         }
7141
7142         if (pages && s)
7143                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK\n",
7144                         s, pages << (PAGE_SHIFT - 10));
7145
7146         return pages;
7147 }
7148 EXPORT_SYMBOL(free_reserved_area);
7149
7150 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7151 void free_highmem_page(struct page *page)
7152 {
7153         __free_reserved_page(page);
7154         totalram_pages++;
7155         page_zone(page)->managed_pages++;
7156         totalhigh_pages++;
7157 }
7158 #endif
7159
7160
7161 void __init mem_init_print_info(const char *str)
7162 {
7163         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
7164         unsigned long init_code_size, init_data_size;
7165
7166         physpages = get_num_physpages();
7167         codesize = _etext - _stext;
7168         datasize = _edata - _sdata;
7169         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
7170         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
7171         init_data_size = __init_end - __init_begin;
7172         init_code_size = _einittext - _sinittext;
7173
7174         /*
7175          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
7176          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
7177          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
7178          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
7179          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
7180          */
7181 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
7182         do { \
7183                 if (&start[0] <= &pos[0] && &pos[0] < &end[0] && size > adj) \
7184                         size -= adj; \
7185         } while (0)
7186
7187         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
7188                      _sinittext, init_code_size);
7189         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
7190         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
7191         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
7192         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
7193
7194 #undef  adj_init_size
7195
7196         pr_info("Memory: %luK/%luK available (%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, %luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
7197 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7198                 ", %luK highmem"
7199 #endif
7200                 "%s%s)\n",
7201                 nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
7202                 physpages << (PAGE_SHIFT - 10),
7203                 codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
7204                 (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
7205                 (physpages - totalram_pages - totalcma_pages) << (PAGE_SHIFT - 10),
7206                 totalcma_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
7207 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7208                 totalhigh_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
7209 #endif
7210                 str ? ", " : "", str ? str : "");
7211 }
7212
7213 /**
7214  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
7215  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
7216  *
7217  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by managed_pages.
7218  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
7219  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
7220  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
7221  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
7222  * smaller per-cpu batchsize.
7223  */
7224 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
7225 {
7226         dma_reserve = new_dma_reserve;
7227 }
7228
7229 void __init free_area_init(unsigned long *zones_size)
7230 {
7231         zero_resv_unavail();
7232         free_area_init_node(0, zones_size,
7233                         __pa(PAGE_OFFSET) >> PAGE_SHIFT, NULL);
7234 }
7235
7236 static int page_alloc_cpu_dead(unsigned int cpu)
7237 {
7238
7239         lru_add_drain_cpu(cpu);
7240         drain_pages(cpu);
7241
7242         /*
7243          * Spill the event counters of the dead processor
7244          * into the current processors event counters.
7245          * This artificially elevates the count of the current
7246          * processor.
7247          */
7248         vm_events_fold_cpu(cpu);
7249
7250         /*
7251          * Zero the differential counters of the dead processor
7252          * so that the vm statistics are consistent.
7253          *
7254          * This is only okay since the processor is dead and cannot
7255          * race with what we are doing.
7256          */
7257         cpu_vm_stats_fold(cpu);
7258         return 0;
7259 }
7260
7261 void __init page_alloc_init(void)
7262 {
7263         int ret;
7264
7265         ret = cpuhp_setup_state_nocalls(CPUHP_PAGE_ALLOC_DEAD,
7266                                         "mm/page_alloc:dead", NULL,
7267                                         page_alloc_cpu_dead);
7268         WARN_ON(ret < 0);
7269 }
7270
7271 /*
7272  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
7273  *      or min_free_kbytes changes.
7274  */
7275 static void calculate_totalreserve_pages(void)
7276 {
7277         struct pglist_data *pgdat;
7278         unsigned long reserve_pages = 0;
7279         enum zone_type i, j;
7280
7281         for_each_online_pgdat(pgdat) {
7282
7283                 pgdat->totalreserve_pages = 0;
7284
7285                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7286                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
7287                         long max = 0;
7288
7289                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
7290                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
7291                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
7292                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
7293                         }
7294
7295                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
7296                         max += high_wmark_pages(zone);
7297
7298                         if (max > zone->managed_pages)
7299                                 max = zone->managed_pages;
7300
7301                         pgdat->totalreserve_pages += max;
7302
7303                         reserve_pages += max;
7304                 }
7305         }
7306         totalreserve_pages = reserve_pages;
7307 }
7308
7309 /*
7310  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
7311  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
7312  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
7313  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
7314  */
7315 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
7316 {
7317         struct pglist_data *pgdat;
7318         enum zone_type j, idx;
7319
7320         for_each_online_pgdat(pgdat) {
7321                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
7322                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
7323                         unsigned long managed_pages = zone->managed_pages;
7324
7325                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
7326
7327                         idx = j;
7328                         while (idx) {
7329                                 struct zone *lower_zone;
7330
7331                                 idx--;
7332                                 lower_zone = pgdat->node_zones + idx;
7333
7334                                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] < 1) {
7335                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] = 0;
7336                                         lower_zone->lowmem_reserve[j] = 0;
7337                                 } else {
7338                                         lower_zone->lowmem_reserve[j] =
7339                                                 managed_pages / sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx];
7340                                 }
7341                                 managed_pages += lower_zone->managed_pages;
7342                         }
7343                 }
7344         }
7345
7346         /* update totalreserve_pages */
7347         calculate_totalreserve_pages();
7348 }
7349
7350 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
7351 {
7352         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
7353         unsigned long lowmem_pages = 0;
7354         struct zone *zone;
7355         unsigned long flags;
7356
7357         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
7358         for_each_zone(zone) {
7359                 if (!is_highmem(zone))
7360                         lowmem_pages += zone->managed_pages;
7361         }
7362
7363         for_each_zone(zone) {
7364                 u64 tmp;
7365
7366                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7367                 tmp = (u64)pages_min * zone->managed_pages;
7368                 do_div(tmp, lowmem_pages);
7369                 if (is_highmem(zone)) {
7370                         /*
7371                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
7372                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
7373                          * value here.
7374                          *
7375                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
7376                          * deltas control asynch page reclaim, and so should
7377                          * not be capped for highmem.
7378                          */
7379                         unsigned long min_pages;
7380
7381                         min_pages = zone->managed_pages / 1024;
7382                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
7383                         zone->watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
7384                 } else {
7385                         /*
7386                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
7387                          * proportionate to the zone's size.
7388                          */
7389                         zone->watermark[WMARK_MIN] = tmp;
7390                 }
7391
7392                 /*
7393                  * Set the kswapd watermarks distance according to the
7394                  * scale factor in proportion to available memory, but
7395                  * ensure a minimum size on small systems.
7396                  */
7397                 tmp = max_t(u64, tmp >> 2,
7398                             mult_frac(zone->managed_pages,
7399                                       watermark_scale_factor, 10000));
7400
7401                 zone->watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + tmp;
7402                 zone->watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) + tmp * 2;
7403
7404                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7405         }
7406
7407         /* update totalreserve_pages */
7408         calculate_totalreserve_pages();
7409 }
7410
7411 /**
7412  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
7413  * or when memory is hot-{added|removed}
7414  *
7415  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
7416  * correctly with respect to min_free_kbytes.
7417  */
7418 void setup_per_zone_wmarks(void)
7419 {
7420         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
7421
7422         spin_lock(&lock);
7423         __setup_per_zone_wmarks();
7424         spin_unlock(&lock);
7425 }
7426
7427 /*
7428  * Initialise min_free_kbytes.
7429  *
7430  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
7431  * we want it large (64MB max).  But it is not linear, because network
7432  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
7433  *
7434  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
7435  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
7436  *
7437  * which yields
7438  *
7439  * 16MB:        512k
7440  * 32MB:        724k
7441  * 64MB:        1024k
7442  * 128MB:       1448k
7443  * 256MB:       2048k
7444  * 512MB:       2896k
7445  * 1024MB:      4096k
7446  * 2048MB:      5792k
7447  * 4096MB:      8192k
7448  * 8192MB:      11584k
7449  * 16384MB:     16384k
7450  */
7451 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
7452 {
7453         unsigned long lowmem_kbytes;
7454         int new_min_free_kbytes;
7455
7456         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
7457         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
7458
7459         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes) {
7460                 min_free_kbytes = new_min_free_kbytes;
7461                 if (min_free_kbytes < 128)
7462                         min_free_kbytes = 128;
7463                 if (min_free_kbytes > 65536)
7464                         min_free_kbytes = 65536;
7465         } else {
7466                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
7467                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
7468         }
7469         setup_per_zone_wmarks();
7470         refresh_zone_stat_thresholds();
7471         setup_per_zone_lowmem_reserve();
7472
7473 #ifdef CONFIG_NUMA
7474         setup_min_unmapped_ratio();
7475         setup_min_slab_ratio();
7476 #endif
7477
7478         khugepaged_min_free_kbytes_update();
7479
7480         return 0;
7481 }
7482 postcore_initcall(init_per_zone_wmark_min)
7483
7484 /*
7485  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
7486  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
7487  *      changes.
7488  */
7489 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7490         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7491 {
7492         int rc;
7493
7494         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7495         if (rc)
7496                 return rc;
7497
7498         if (write) {
7499                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
7500                 setup_per_zone_wmarks();
7501         }
7502         return 0;
7503 }
7504
7505 int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7506         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7507 {
7508         int rc;
7509
7510         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7511         if (rc)
7512                 return rc;
7513
7514         if (write)
7515                 setup_per_zone_wmarks();
7516
7517         return 0;
7518 }
7519
7520 #ifdef CONFIG_NUMA
7521 static void setup_min_unmapped_ratio(void)
7522 {
7523         pg_data_t *pgdat;
7524         struct zone *zone;
7525
7526         for_each_online_pgdat(pgdat)
7527                 pgdat->min_unmapped_pages = 0;
7528
7529         for_each_zone(zone)
7530                 zone->zone_pgdat->min_unmapped_pages += (zone->managed_pages *
7531                                 sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
7532 }
7533
7534
7535 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7536         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7537 {
7538         int rc;
7539
7540         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7541         if (rc)
7542                 return rc;
7543
7544         setup_min_unmapped_ratio();
7545
7546         return 0;
7547 }
7548
7549 static void setup_min_slab_ratio(void)
7550 {
7551         pg_data_t *pgdat;
7552         struct zone *zone;
7553
7554         for_each_online_pgdat(pgdat)
7555                 pgdat->min_slab_pages = 0;
7556
7557         for_each_zone(zone)
7558                 zone->zone_pgdat->min_slab_pages += (zone->managed_pages *
7559                                 sysctl_min_slab_ratio) / 100;
7560 }
7561
7562 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7563         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7564 {
7565         int rc;
7566
7567         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7568         if (rc)
7569                 return rc;
7570
7571         setup_min_slab_ratio();
7572
7573         return 0;
7574 }
7575 #endif
7576
7577 /*
7578  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
7579  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
7580  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
7581  *
7582  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
7583  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
7584  * if in function of the boot time zone sizes.
7585  */
7586 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7587         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7588 {
7589         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7590         setup_per_zone_lowmem_reserve();
7591         return 0;
7592 }
7593
7594 /*
7595  * percpu_pagelist_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
7596  * cpu.  It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
7597  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
7598  */
7599 int percpu_pagelist_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7600         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7601 {
7602         struct zone *zone;
7603         int old_percpu_pagelist_fraction;
7604         int ret;
7605
7606         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
7607         old_percpu_pagelist_fraction = percpu_pagelist_fraction;
7608
7609         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7610         if (!write || ret < 0)
7611                 goto out;
7612
7613         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
7614         if (percpu_pagelist_fraction &&
7615             percpu_pagelist_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION) {
7616                 percpu_pagelist_fraction = old_percpu_pagelist_fraction;
7617                 ret = -EINVAL;
7618                 goto out;
7619         }
7620
7621         /* No change? */
7622         if (percpu_pagelist_fraction == old_percpu_pagelist_fraction)
7623                 goto out;
7624
7625         for_each_populated_zone(zone) {
7626                 unsigned int cpu;
7627
7628                 for_each_possible_cpu(cpu)
7629                         pageset_set_high_and_batch(zone,
7630                                         per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
7631         }
7632 out:
7633         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
7634         return ret;
7635 }
7636
7637 #ifdef CONFIG_NUMA
7638 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
7639
7640 static int __init set_hashdist(char *str)
7641 {
7642         if (!str)
7643                 return 0;
7644         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
7645         return 1;
7646 }
7647 __setup("hashdist=", set_hashdist);
7648 #endif
7649
7650 #ifndef __HAVE_ARCH_RESERVED_KERNEL_PAGES
7651 /*
7652  * Returns the number of pages that arch has reserved but
7653  * is not known to alloc_large_system_hash().
7654  */
7655 static unsigned long __init arch_reserved_kernel_pages(void)
7656 {
7657         return 0;
7658 }
7659 #endif
7660
7661 /*
7662  * Adaptive scale is meant to reduce sizes of hash tables on large memory
7663  * machines. As memory size is increased the scale is also increased but at
7664  * slower pace.  Starting from ADAPT_SCALE_BASE (64G), every time memory
7665  * quadruples the scale is increased by one, which means the size of hash table
7666  * only doubles, instead of quadrupling as well.
7667  * Because 32-bit systems cannot have large physical memory, where this scaling
7668  * makes sense, it is disabled on such platforms.
7669  */
7670 #if __BITS_PER_LONG > 32
7671 #define ADAPT_SCALE_BASE        (64ul << 30)
7672 #define ADAPT_SCALE_SHIFT       2
7673 #define ADAPT_SCALE_NPAGES      (ADAPT_SCALE_BASE >> PAGE_SHIFT)
7674 #endif
7675
7676 /*
7677  * allocate a large system hash table from bootmem
7678  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
7679  *   quantity of entries
7680  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
7681  */
7682 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
7683                                      unsigned long bucketsize,
7684                                      unsigned long numentries,
7685                                      int scale,
7686                                      int flags,
7687                                      unsigned int *_hash_shift,
7688                                      unsigned int *_hash_mask,
7689                                      unsigned long low_limit,
7690                                      unsigned long high_limit)
7691 {
7692         unsigned long long max = high_limit;
7693         unsigned long log2qty, size;
7694         void *table = NULL;
7695         gfp_t gfp_flags;
7696
7697         /* allow the kernel cmdline to have a say */
7698         if (!numentries) {
7699                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
7700                 numentries = nr_kernel_pages;
7701                 numentries -= arch_reserved_kernel_pages();
7702
7703                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
7704                 if (PAGE_SHIFT < 20)
7705                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
7706
7707 #if __BITS_PER_LONG > 32
7708                 if (!high_limit) {
7709                         unsigned long adapt;
7710
7711                         for (adapt = ADAPT_SCALE_NPAGES; adapt < numentries;
7712                              adapt <<= ADAPT_SCALE_SHIFT)
7713                                 scale++;
7714                 }
7715 #endif
7716
7717                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
7718                 if (scale > PAGE_SHIFT)
7719                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
7720                 else
7721                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
7722
7723                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
7724                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
7725                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
7726                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
7727                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
7728                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
7729                                 BUG_ON(!numentries);
7730                         }
7731                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
7732                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
7733         }
7734         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
7735
7736         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
7737         if (max == 0) {
7738                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
7739                 do_div(max, bucketsize);
7740         }
7741         max = min(max, 0x80000000ULL);
7742
7743         if (numentries < low_limit)
7744                 numentries = low_limit;
7745         if (numentries > max)
7746                 numentries = max;
7747
7748         log2qty = ilog2(numentries);
7749
7750         gfp_flags = (flags & HASH_ZERO) ? GFP_ATOMIC | __GFP_ZERO : GFP_ATOMIC;
7751         do {
7752                 size = bucketsize << log2qty;
7753                 if (flags & HASH_EARLY) {
7754                         if (flags & HASH_ZERO)
7755                                 table = memblock_virt_alloc_nopanic(size, 0);
7756                         else
7757                                 table = memblock_virt_alloc_raw(size, 0);
7758                 } else if (hashdist) {
7759                         table = __vmalloc(size, gfp_flags, PAGE_KERNEL);
7760                 } else {
7761                         /*
7762                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
7763                          * some pages at the end of hash table which
7764                          * alloc_pages_exact() automatically does
7765                          */
7766                         if (get_order(size) < MAX_ORDER) {
7767                                 table = alloc_pages_exact(size, gfp_flags);
7768                                 kmemleak_alloc(table, size, 1, gfp_flags);
7769                         }
7770                 }
7771         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
7772
7773         if (!table)
7774                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
7775
7776         pr_info("%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes)\n",
7777                 tablename, 1UL << log2qty, ilog2(size) - PAGE_SHIFT, size);
7778
7779         if (_hash_shift)
7780                 *_hash_shift = log2qty;
7781         if (_hash_mask)
7782                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
7783
7784         return table;
7785 }
7786
7787 /*
7788  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
7789  * If @count is not zero, it is okay to include less @count unmovable pages
7790  *
7791  * PageLRU check without isolation or lru_lock could race so that
7792  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. And __PageMovable
7793  * check without lock_page also may miss some movable non-lru pages at
7794  * race condition. So you can't expect this function should be exact.
7795  */
7796 bool has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page, int count,
7797                          int migratetype,
7798                          bool skip_hwpoisoned_pages)
7799 {
7800         unsigned long pfn, iter, found;
7801
7802         /*
7803          * TODO we could make this much more efficient by not checking every
7804          * page in the range if we know all of them are in MOVABLE_ZONE and
7805          * that the movable zone guarantees that pages are migratable but
7806          * the later is not the case right now unfortunatelly. E.g. movablecore
7807          * can still lead to having bootmem allocations in zone_movable.
7808          */
7809
7810         /*
7811          * CMA allocations (alloc_contig_range) really need to mark isolate
7812          * CMA pageblocks even when they are not movable in fact so consider
7813          * them movable here.
7814          */
7815         if (is_migrate_cma(migratetype) &&
7816                         is_migrate_cma(get_pageblock_migratetype(page)))
7817                 return false;
7818
7819         pfn = page_to_pfn(page);
7820         for (found = 0, iter = 0; iter < pageblock_nr_pages; iter++) {
7821                 unsigned long check = pfn + iter;
7822
7823                 if (!pfn_valid_within(check))
7824                         continue;
7825
7826                 page = pfn_to_page(check);
7827
7828                 if (PageReserved(page))
7829                         goto unmovable;
7830
7831                 /*
7832                  * If the zone is movable and we have ruled out all reserved
7833                  * pages then it should be reasonably safe to assume the rest
7834                  * is movable.
7835                  */
7836                 if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
7837                         continue;
7838
7839                 /*
7840                  * Hugepages are not in LRU lists, but they're movable.
7841                  * We need not scan over tail pages bacause we don't
7842                  * handle each tail page individually in migration.
7843                  */
7844                 if (PageHuge(page)) {
7845                         struct page *head = compound_head(page);
7846                         unsigned int skip_pages;
7847
7848                         if (!hugepage_migration_supported(page_hstate(head)))
7849                                 goto unmovable;
7850
7851                         skip_pages = (1 << compound_order(head)) - (page - head);
7852                         iter += skip_pages - 1;
7853                         continue;
7854                 }
7855
7856                 /*
7857                  * We can't use page_count without pin a page
7858                  * because another CPU can free compound page.
7859                  * This check already skips compound tails of THP
7860                  * because their page->_refcount is zero at all time.
7861                  */
7862                 if (!page_ref_count(page)) {
7863                         if (PageBuddy(page))
7864                                 iter += (1 << page_order(page)) - 1;
7865                         continue;
7866                 }
7867
7868                 /*
7869                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
7870                  * page_count() is not 0.
7871                  */
7872                 if (skip_hwpoisoned_pages && PageHWPoison(page))
7873                         continue;
7874
7875                 if (__PageMovable(page))
7876                         continue;
7877
7878                 if (!PageLRU(page))
7879                         found++;
7880                 /*
7881                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check
7882                  * it.  But now, memory offline itself doesn't call
7883                  * shrink_node_slabs() and it still to be fixed.
7884                  */
7885                 /*
7886                  * If the page is not RAM, page_count()should be 0.
7887                  * we don't need more check. This is an _used_ not-movable page.
7888                  *
7889                  * The problematic thing here is PG_reserved pages. PG_reserved
7890                  * is set to both of a memory hole page and a _used_ kernel
7891                  * page at boot.
7892                  */
7893                 if (found > count)
7894                         goto unmovable;
7895         }
7896         return false;
7897 unmovable:
7898         WARN_ON_ONCE(zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE);
7899         return true;
7900 }
7901
7902 #if (defined(CONFIG_MEMORY_ISOLATION) && defined(CONFIG_COMPACTION)) || defined(CONFIG_CMA)
7903
7904 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
7905 {
7906         return pfn & ~(max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
7907                              pageblock_nr_pages) - 1);
7908 }
7909
7910 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
7911 {
7912         return ALIGN(pfn, max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
7913                                 pageblock_nr_pages));
7914 }
7915
7916 /* [start, end) must belong to a single zone. */
7917 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
7918                                         unsigned long start, unsigned long end)
7919 {
7920         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
7921         unsigned long nr_reclaimed;
7922         unsigned long pfn = start;
7923         unsigned int tries = 0;
7924         int ret = 0;
7925
7926         migrate_prep();
7927
7928         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
7929                 if (fatal_signal_pending(current)) {
7930                         ret = -EINTR;
7931                         break;
7932                 }
7933
7934                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
7935                         cc->nr_migratepages = 0;
7936                         pfn = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
7937                         if (!pfn) {
7938                                 ret = -EINTR;
7939                                 break;
7940                         }
7941                         tries = 0;
7942                 } else if (++tries == 5) {
7943                         ret = ret < 0 ? ret : -EBUSY;
7944                         break;
7945                 }
7946
7947                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
7948                                                         &cc->migratepages);
7949                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
7950
7951                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migrate_target,
7952                                     NULL, 0, cc->mode, MR_CONTIG_RANGE);
7953         }
7954         if (ret < 0) {
7955                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
7956                 return ret;
7957         }
7958         return 0;
7959 }
7960
7961 /**
7962  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
7963  * @start:      start PFN to allocate
7964  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
7965  * @migratetype:        migratetype of the underlaying pageblocks (either
7966  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
7967  *                      in range must have the same migratetype and it must
7968  *                      be either of the two.
7969  * @gfp_mask:   GFP mask to use during compaction
7970  *
7971  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
7972  * aligned.  The PFN range must belong to a single zone.
7973  *
7974  * The first thing this routine does is attempt to MIGRATE_ISOLATE all
7975  * pageblocks in the range.  Once isolated, the pageblocks should not
7976  * be modified by others.
7977  *
7978  * Returns zero on success or negative error code.  On success all
7979  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
7980  * need to be freed with free_contig_range().
7981  */
7982 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
7983                        unsigned migratetype, gfp_t gfp_mask)
7984 {
7985         unsigned long outer_start, outer_end;
7986         unsigned int order;
7987         int ret = 0;
7988
7989         struct compact_control cc = {
7990                 .nr_migratepages = 0,
7991                 .order = -1,
7992                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
7993                 .mode = MIGRATE_SYNC,
7994                 .ignore_skip_hint = true,
7995                 .no_set_skip_hint = true,
7996                 .gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask),
7997         };
7998         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
7999
8000         /*
8001          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
8002          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
8003          * have different sizes, and due to the way page allocator
8004          * work, we align the range to biggest of the two pages so
8005          * that page allocator won't try to merge buddies from
8006          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
8007          * other migration type.
8008          *
8009          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
8010          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
8011          * we are interested in).  This will put all the pages in
8012          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
8013          *
8014          * When this is done, we take the pages in range from page
8015          * allocator removing them from the buddy system.  This way
8016          * page allocator will never consider using them.
8017          *
8018          * This lets us mark the pageblocks back as
8019          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
8020          * aligned range but not in the unaligned, original range are
8021          * put back to page allocator so that buddy can use them.
8022          */
8023
8024         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
8025                                        pfn_max_align_up(end), migratetype,
8026                                        false);
8027         if (ret)
8028                 return ret;
8029
8030         /*
8031          * In case of -EBUSY, we'd like to know which page causes problem.
8032          * So, just fall through. test_pages_isolated() has a tracepoint
8033          * which will report the busy page.
8034          *
8035          * It is possible that busy pages could become available before
8036          * the call to test_pages_isolated, and the range will actually be
8037          * allocated.  So, if we fall through be sure to clear ret so that
8038          * -EBUSY is not accidentally used or returned to caller.
8039          */
8040         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
8041         if (ret && ret != -EBUSY)
8042                 goto done;
8043         ret =0;
8044
8045         /*
8046          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
8047          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
8048          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
8049          * What we are going to do is to allocate all pages from
8050          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
8051          *
8052          * The only problem is that pages at the beginning and at the
8053          * end of interesting range may be not aligned with pages that
8054          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
8055          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
8056          * once this is done free the pages we are not interested in.
8057          *
8058          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
8059          * isolated thus they won't get removed from buddy.
8060          */
8061
8062         lru_add_drain_all();
8063         drain_all_pages(cc.zone);
8064
8065         order = 0;
8066         outer_start = start;
8067         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
8068                 if (++order >= MAX_ORDER) {
8069                         outer_start = start;
8070                         break;
8071                 }
8072                 outer_start &= ~0UL << order;
8073         }
8074
8075         if (outer_start != start) {
8076                 order = page_order(pfn_to_page(outer_start));
8077
8078                 /*
8079                  * outer_start page could be small order buddy page and
8080                  * it doesn't include start page. Adjust outer_start
8081                  * in this case to report failed page properly
8082                  * on tracepoint in test_pages_isolated()
8083                  */
8084                 if (outer_start + (1UL << order) <= start)
8085                         outer_start = start;
8086         }
8087
8088         /* Make sure the range is really isolated. */
8089         if (test_pages_isolated(outer_start, end, false)) {
8090                 pr_info_ratelimited("%s: [%lx, %lx) PFNs busy\n",
8091                         __func__, outer_start, end);
8092                 ret = -EBUSY;
8093                 goto done;
8094         }
8095
8096         /* Grab isolated pages from freelists. */
8097         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
8098         if (!outer_end) {
8099                 ret = -EBUSY;
8100                 goto done;
8101         }
8102
8103         /* Free head and tail (if any) */
8104         if (start != outer_start)
8105                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
8106         if (end != outer_end)
8107                 free_contig_range(end, outer_end - end);
8108
8109 done:
8110         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
8111                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
8112         return ret;
8113 }
8114
8115 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned nr_pages)
8116 {
8117         unsigned int count = 0;
8118
8119         for (; nr_pages--; pfn++) {
8120                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
8121
8122                 count += page_count(page) != 1;
8123                 __free_page(page);
8124         }
8125         WARN(count != 0, "%d pages are still in use!\n", count);
8126 }
8127 #endif
8128
8129 /*
8130  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
8131  * page high values need to be recalulated.
8132  */
8133 void __meminit zone_pcp_update(struct zone *zone)
8134 {
8135         unsigned cpu;
8136         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
8137         for_each_possible_cpu(cpu)
8138                 pageset_set_high_and_batch(zone,
8139                                 per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
8140         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
8141 }
8142
8143 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
8144 {
8145         unsigned long flags;
8146         int cpu;
8147         struct per_cpu_pageset *pset;
8148
8149         /* avoid races with drain_pages()  */
8150         local_irq_save(flags);
8151         if (zone->pageset != &boot_pageset) {
8152                 for_each_online_cpu(cpu) {
8153                         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
8154                         drain_zonestat(zone, pset);
8155                 }
8156                 free_percpu(zone->pageset);
8157                 zone->pageset = &boot_pageset;
8158         }
8159         local_irq_restore(flags);
8160 }
8161
8162 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
8163 /*
8164  * All pages in the range must be in a single zone and isolated
8165  * before calling this.
8166  */
8167 void
8168 __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
8169 {
8170         struct page *page;
8171         struct zone *zone;
8172         unsigned int order, i;
8173         unsigned long pfn;
8174         unsigned long flags;
8175         /* find the first valid pfn */
8176         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++)
8177                 if (pfn_valid(pfn))
8178                         break;
8179         if (pfn == end_pfn)
8180                 return;
8181         offline_mem_sections(pfn, end_pfn);
8182         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
8183         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8184         pfn = start_pfn;
8185         while (pfn < end_pfn) {
8186                 if (!pfn_valid(pfn)) {
8187                         pfn++;
8188                         continue;
8189                 }
8190                 page = pfn_to_page(pfn);
8191                 /*
8192                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
8193                  * page_count() is not 0.
8194                  */
8195                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
8196                         pfn++;
8197                         SetPageReserved(page);
8198                         continue;
8199                 }
8200
8201                 BUG_ON(page_count(page));
8202                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
8203                 order = page_order(page);
8204 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
8205                 pr_info("remove from free list %lx %d %lx\n",
8206                         pfn, 1 << order, end_pfn);
8207 #endif
8208                 list_del(&page->lru);
8209                 rmv_page_order(page);
8210                 zone->free_area[order].nr_free--;
8211                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
8212                         SetPageReserved((page+i));
8213                 pfn += (1 << order);
8214         }
8215         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8216 }
8217 #endif
8218
8219 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
8220 {
8221         struct zone *zone = page_zone(page);
8222         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8223         unsigned long flags;
8224         unsigned int order;
8225
8226         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8227         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
8228                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
8229
8230                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order)
8231                         break;
8232         }
8233         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8234
8235         return order < MAX_ORDER;
8236 }
8237
8238 #ifdef CONFIG_MEMORY_FAILURE
8239 /*
8240  * Set PG_hwpoison flag if a given page is confirmed to be a free page.  This
8241  * test is performed under the zone lock to prevent a race against page
8242  * allocation.
8243  */
8244 bool set_hwpoison_free_buddy_page(struct page *page)
8245 {
8246         struct zone *zone = page_zone(page);
8247         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8248         unsigned long flags;
8249         unsigned int order;
8250         bool hwpoisoned = false;
8251
8252         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8253         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
8254                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
8255
8256                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order) {
8257                         if (!TestSetPageHWPoison(page))
8258                                 hwpoisoned = true;
8259                         break;
8260                 }
8261         }
8262         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8263
8264         return hwpoisoned;
8265 }
8266 #endif