GNU Linux-libre 5.15.54-gnu
[releases.git] / mm / page_alloc.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
2 /*
3  *  linux/mm/page_alloc.c
4  *
5  *  Manages the free list, the system allocates free pages here.
6  *  Note that kmalloc() lives in slab.c
7  *
8  *  Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
9  *  Swap reorganised 29.12.95, Stephen Tweedie
10  *  Support of BIGMEM added by Gerhard Wichert, Siemens AG, July 1999
11  *  Reshaped it to be a zoned allocator, Ingo Molnar, Red Hat, 1999
12  *  Discontiguous memory support, Kanoj Sarcar, SGI, Nov 1999
13  *  Zone balancing, Kanoj Sarcar, SGI, Jan 2000
14  *  Per cpu hot/cold page lists, bulk allocation, Martin J. Bligh, Sept 2002
15  *          (lots of bits borrowed from Ingo Molnar & Andrew Morton)
16  */
17
18 #include <linux/stddef.h>
19 #include <linux/mm.h>
20 #include <linux/highmem.h>
21 #include <linux/swap.h>
22 #include <linux/interrupt.h>
23 #include <linux/pagemap.h>
24 #include <linux/jiffies.h>
25 #include <linux/memblock.h>
26 #include <linux/compiler.h>
27 #include <linux/kernel.h>
28 #include <linux/kasan.h>
29 #include <linux/module.h>
30 #include <linux/suspend.h>
31 #include <linux/pagevec.h>
32 #include <linux/blkdev.h>
33 #include <linux/slab.h>
34 #include <linux/ratelimit.h>
35 #include <linux/oom.h>
36 #include <linux/topology.h>
37 #include <linux/sysctl.h>
38 #include <linux/cpu.h>
39 #include <linux/cpuset.h>
40 #include <linux/memory_hotplug.h>
41 #include <linux/nodemask.h>
42 #include <linux/vmalloc.h>
43 #include <linux/vmstat.h>
44 #include <linux/mempolicy.h>
45 #include <linux/memremap.h>
46 #include <linux/stop_machine.h>
47 #include <linux/random.h>
48 #include <linux/sort.h>
49 #include <linux/pfn.h>
50 #include <linux/backing-dev.h>
51 #include <linux/fault-inject.h>
52 #include <linux/page-isolation.h>
53 #include <linux/debugobjects.h>
54 #include <linux/kmemleak.h>
55 #include <linux/compaction.h>
56 #include <trace/events/kmem.h>
57 #include <trace/events/oom.h>
58 #include <linux/prefetch.h>
59 #include <linux/mm_inline.h>
60 #include <linux/mmu_notifier.h>
61 #include <linux/migrate.h>
62 #include <linux/hugetlb.h>
63 #include <linux/sched/rt.h>
64 #include <linux/sched/mm.h>
65 #include <linux/page_owner.h>
66 #include <linux/kthread.h>
67 #include <linux/memcontrol.h>
68 #include <linux/ftrace.h>
69 #include <linux/lockdep.h>
70 #include <linux/nmi.h>
71 #include <linux/psi.h>
72 #include <linux/padata.h>
73 #include <linux/khugepaged.h>
74 #include <linux/buffer_head.h>
75 #include <asm/sections.h>
76 #include <asm/tlbflush.h>
77 #include <asm/div64.h>
78 #include "internal.h"
79 #include "shuffle.h"
80 #include "page_reporting.h"
81
82 /* Free Page Internal flags: for internal, non-pcp variants of free_pages(). */
83 typedef int __bitwise fpi_t;
84
85 /* No special request */
86 #define FPI_NONE                ((__force fpi_t)0)
87
88 /*
89  * Skip free page reporting notification for the (possibly merged) page.
90  * This does not hinder free page reporting from grabbing the page,
91  * reporting it and marking it "reported" -  it only skips notifying
92  * the free page reporting infrastructure about a newly freed page. For
93  * example, used when temporarily pulling a page from a freelist and
94  * putting it back unmodified.
95  */
96 #define FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY  ((__force fpi_t)BIT(0))
97
98 /*
99  * Place the (possibly merged) page to the tail of the freelist. Will ignore
100  * page shuffling (relevant code - e.g., memory onlining - is expected to
101  * shuffle the whole zone).
102  *
103  * Note: No code should rely on this flag for correctness - it's purely
104  *       to allow for optimizations when handing back either fresh pages
105  *       (memory onlining) or untouched pages (page isolation, free page
106  *       reporting).
107  */
108 #define FPI_TO_TAIL             ((__force fpi_t)BIT(1))
109
110 /*
111  * Don't poison memory with KASAN (only for the tag-based modes).
112  * During boot, all non-reserved memblock memory is exposed to page_alloc.
113  * Poisoning all that memory lengthens boot time, especially on systems with
114  * large amount of RAM. This flag is used to skip that poisoning.
115  * This is only done for the tag-based KASAN modes, as those are able to
116  * detect memory corruptions with the memory tags assigned by default.
117  * All memory allocated normally after boot gets poisoned as usual.
118  */
119 #define FPI_SKIP_KASAN_POISON   ((__force fpi_t)BIT(2))
120
121 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
122 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
123 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_HIGH_FRACTION (8)
124
125 struct pagesets {
126         local_lock_t lock;
127 };
128 static DEFINE_PER_CPU(struct pagesets, pagesets) = {
129         .lock = INIT_LOCAL_LOCK(lock),
130 };
131
132 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
133 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
134 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
135 #endif
136
137 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(vm_numa_stat_key);
138
139 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
140 /*
141  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
142  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
143  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
144  * defined in <linux/topology.h>.
145  */
146 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
147 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
148 #endif
149
150 /* work_structs for global per-cpu drains */
151 struct pcpu_drain {
152         struct zone *zone;
153         struct work_struct work;
154 };
155 static DEFINE_MUTEX(pcpu_drain_mutex);
156 static DEFINE_PER_CPU(struct pcpu_drain, pcpu_drain);
157
158 #ifdef CONFIG_GCC_PLUGIN_LATENT_ENTROPY
159 volatile unsigned long latent_entropy __latent_entropy;
160 EXPORT_SYMBOL(latent_entropy);
161 #endif
162
163 /*
164  * Array of node states.
165  */
166 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
167         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
168         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
169 #ifndef CONFIG_NUMA
170         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
171 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
172         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
173 #endif
174         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
175         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
176 #endif  /* NUMA */
177 };
178 EXPORT_SYMBOL(node_states);
179
180 atomic_long_t _totalram_pages __read_mostly;
181 EXPORT_SYMBOL(_totalram_pages);
182 unsigned long totalreserve_pages __read_mostly;
183 unsigned long totalcma_pages __read_mostly;
184
185 int percpu_pagelist_high_fraction;
186 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
187 DEFINE_STATIC_KEY_MAYBE(CONFIG_INIT_ON_ALLOC_DEFAULT_ON, init_on_alloc);
188 EXPORT_SYMBOL(init_on_alloc);
189
190 DEFINE_STATIC_KEY_MAYBE(CONFIG_INIT_ON_FREE_DEFAULT_ON, init_on_free);
191 EXPORT_SYMBOL(init_on_free);
192
193 static bool _init_on_alloc_enabled_early __read_mostly
194                                 = IS_ENABLED(CONFIG_INIT_ON_ALLOC_DEFAULT_ON);
195 static int __init early_init_on_alloc(char *buf)
196 {
197
198         return kstrtobool(buf, &_init_on_alloc_enabled_early);
199 }
200 early_param("init_on_alloc", early_init_on_alloc);
201
202 static bool _init_on_free_enabled_early __read_mostly
203                                 = IS_ENABLED(CONFIG_INIT_ON_FREE_DEFAULT_ON);
204 static int __init early_init_on_free(char *buf)
205 {
206         return kstrtobool(buf, &_init_on_free_enabled_early);
207 }
208 early_param("init_on_free", early_init_on_free);
209
210 /*
211  * A cached value of the page's pageblock's migratetype, used when the page is
212  * put on a pcplist. Used to avoid the pageblock migratetype lookup when
213  * freeing from pcplists in most cases, at the cost of possibly becoming stale.
214  * Also the migratetype set in the page does not necessarily match the pcplist
215  * index, e.g. page might have MIGRATE_CMA set but be on a pcplist with any
216  * other index - this ensures that it will be put on the correct CMA freelist.
217  */
218 static inline int get_pcppage_migratetype(struct page *page)
219 {
220         return page->index;
221 }
222
223 static inline void set_pcppage_migratetype(struct page *page, int migratetype)
224 {
225         page->index = migratetype;
226 }
227
228 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
229 /*
230  * The following functions are used by the suspend/hibernate code to temporarily
231  * change gfp_allowed_mask in order to avoid using I/O during memory allocations
232  * while devices are suspended.  To avoid races with the suspend/hibernate code,
233  * they should always be called with system_transition_mutex held
234  * (gfp_allowed_mask also should only be modified with system_transition_mutex
235  * held, unless the suspend/hibernate code is guaranteed not to run in parallel
236  * with that modification).
237  */
238
239 static gfp_t saved_gfp_mask;
240
241 void pm_restore_gfp_mask(void)
242 {
243         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
244         if (saved_gfp_mask) {
245                 gfp_allowed_mask = saved_gfp_mask;
246                 saved_gfp_mask = 0;
247         }
248 }
249
250 void pm_restrict_gfp_mask(void)
251 {
252         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
253         WARN_ON(saved_gfp_mask);
254         saved_gfp_mask = gfp_allowed_mask;
255         gfp_allowed_mask &= ~(__GFP_IO | __GFP_FS);
256 }
257
258 bool pm_suspended_storage(void)
259 {
260         if ((gfp_allowed_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
261                 return false;
262         return true;
263 }
264 #endif /* CONFIG_PM_SLEEP */
265
266 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
267 unsigned int pageblock_order __read_mostly;
268 #endif
269
270 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order,
271                             fpi_t fpi_flags);
272
273 /*
274  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
275  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
276  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
277  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
278  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
279  *      HIGHMEM allocation will leave (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
280  *
281  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
282  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
283  */
284 int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES] = {
285 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
286         [ZONE_DMA] = 256,
287 #endif
288 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
289         [ZONE_DMA32] = 256,
290 #endif
291         [ZONE_NORMAL] = 32,
292 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
293         [ZONE_HIGHMEM] = 0,
294 #endif
295         [ZONE_MOVABLE] = 0,
296 };
297
298 static char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
299 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
300          "DMA",
301 #endif
302 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
303          "DMA32",
304 #endif
305          "Normal",
306 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
307          "HighMem",
308 #endif
309          "Movable",
310 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
311          "Device",
312 #endif
313 };
314
315 const char * const migratetype_names[MIGRATE_TYPES] = {
316         "Unmovable",
317         "Movable",
318         "Reclaimable",
319         "HighAtomic",
320 #ifdef CONFIG_CMA
321         "CMA",
322 #endif
323 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
324         "Isolate",
325 #endif
326 };
327
328 compound_page_dtor * const compound_page_dtors[NR_COMPOUND_DTORS] = {
329         [NULL_COMPOUND_DTOR] = NULL,
330         [COMPOUND_PAGE_DTOR] = free_compound_page,
331 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
332         [HUGETLB_PAGE_DTOR] = free_huge_page,
333 #endif
334 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
335         [TRANSHUGE_PAGE_DTOR] = free_transhuge_page,
336 #endif
337 };
338
339 int min_free_kbytes = 1024;
340 int user_min_free_kbytes = -1;
341 int watermark_boost_factor __read_mostly = 15000;
342 int watermark_scale_factor = 10;
343
344 static unsigned long nr_kernel_pages __initdata;
345 static unsigned long nr_all_pages __initdata;
346 static unsigned long dma_reserve __initdata;
347
348 static unsigned long arch_zone_lowest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __initdata;
349 static unsigned long arch_zone_highest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __initdata;
350 static unsigned long required_kernelcore __initdata;
351 static unsigned long required_kernelcore_percent __initdata;
352 static unsigned long required_movablecore __initdata;
353 static unsigned long required_movablecore_percent __initdata;
354 static unsigned long zone_movable_pfn[MAX_NUMNODES] __initdata;
355 static bool mirrored_kernelcore __meminitdata;
356
357 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
358 int movable_zone;
359 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
360
361 #if MAX_NUMNODES > 1
362 unsigned int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
363 unsigned int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
364 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
365 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
366 #endif
367
368 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
369
370 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
371 /*
372  * During boot we initialize deferred pages on-demand, as needed, but once
373  * page_alloc_init_late() has finished, the deferred pages are all initialized,
374  * and we can permanently disable that path.
375  */
376 static DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(deferred_pages);
377
378 /*
379  * Calling kasan_poison_pages() only after deferred memory initialization
380  * has completed. Poisoning pages during deferred memory init will greatly
381  * lengthen the process and cause problem in large memory systems as the
382  * deferred pages initialization is done with interrupt disabled.
383  *
384  * Assuming that there will be no reference to those newly initialized
385  * pages before they are ever allocated, this should have no effect on
386  * KASAN memory tracking as the poison will be properly inserted at page
387  * allocation time. The only corner case is when pages are allocated by
388  * on-demand allocation and then freed again before the deferred pages
389  * initialization is done, but this is not likely to happen.
390  */
391 static inline bool should_skip_kasan_poison(struct page *page, fpi_t fpi_flags)
392 {
393         return static_branch_unlikely(&deferred_pages) ||
394                (!IS_ENABLED(CONFIG_KASAN_GENERIC) &&
395                 (fpi_flags & FPI_SKIP_KASAN_POISON)) ||
396                PageSkipKASanPoison(page);
397 }
398
399 /* Returns true if the struct page for the pfn is uninitialised */
400 static inline bool __meminit early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
401 {
402         int nid = early_pfn_to_nid(pfn);
403
404         if (node_online(nid) && pfn >= NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn)
405                 return true;
406
407         return false;
408 }
409
410 /*
411  * Returns true when the remaining initialisation should be deferred until
412  * later in the boot cycle when it can be parallelised.
413  */
414 static bool __meminit
415 defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
416 {
417         static unsigned long prev_end_pfn, nr_initialised;
418
419         /*
420          * prev_end_pfn static that contains the end of previous zone
421          * No need to protect because called very early in boot before smp_init.
422          */
423         if (prev_end_pfn != end_pfn) {
424                 prev_end_pfn = end_pfn;
425                 nr_initialised = 0;
426         }
427
428         /* Always populate low zones for address-constrained allocations */
429         if (end_pfn < pgdat_end_pfn(NODE_DATA(nid)))
430                 return false;
431
432         if (NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn != ULONG_MAX)
433                 return true;
434         /*
435          * We start only with one section of pages, more pages are added as
436          * needed until the rest of deferred pages are initialized.
437          */
438         nr_initialised++;
439         if ((nr_initialised > PAGES_PER_SECTION) &&
440             (pfn & (PAGES_PER_SECTION - 1)) == 0) {
441                 NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn = pfn;
442                 return true;
443         }
444         return false;
445 }
446 #else
447 static inline bool should_skip_kasan_poison(struct page *page, fpi_t fpi_flags)
448 {
449         return (!IS_ENABLED(CONFIG_KASAN_GENERIC) &&
450                 (fpi_flags & FPI_SKIP_KASAN_POISON)) ||
451                PageSkipKASanPoison(page);
452 }
453
454 static inline bool early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
455 {
456         return false;
457 }
458
459 static inline bool defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
460 {
461         return false;
462 }
463 #endif
464
465 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
466 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(const struct page *page,
467                                                         unsigned long pfn)
468 {
469 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
470         return section_to_usemap(__pfn_to_section(pfn));
471 #else
472         return page_zone(page)->pageblock_flags;
473 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
474 }
475
476 static inline int pfn_to_bitidx(const struct page *page, unsigned long pfn)
477 {
478 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
479         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
480 #else
481         pfn = pfn - round_down(page_zone(page)->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
482 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
483         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
484 }
485
486 static __always_inline
487 unsigned long __get_pfnblock_flags_mask(const struct page *page,
488                                         unsigned long pfn,
489                                         unsigned long mask)
490 {
491         unsigned long *bitmap;
492         unsigned long bitidx, word_bitidx;
493         unsigned long word;
494
495         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
496         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
497         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
498         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
499
500         word = bitmap[word_bitidx];
501         return (word >> bitidx) & mask;
502 }
503
504 /**
505  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
506  * @page: The page within the block of interest
507  * @pfn: The target page frame number
508  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
509  *
510  * Return: pageblock_bits flags
511  */
512 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(const struct page *page,
513                                         unsigned long pfn, unsigned long mask)
514 {
515         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, mask);
516 }
517
518 static __always_inline int get_pfnblock_migratetype(const struct page *page,
519                                         unsigned long pfn)
520 {
521         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, MIGRATETYPE_MASK);
522 }
523
524 /**
525  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
526  * @page: The page within the block of interest
527  * @flags: The flags to set
528  * @pfn: The target page frame number
529  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
530  */
531 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
532                                         unsigned long pfn,
533                                         unsigned long mask)
534 {
535         unsigned long *bitmap;
536         unsigned long bitidx, word_bitidx;
537         unsigned long old_word, word;
538
539         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
540         BUILD_BUG_ON(MIGRATE_TYPES > (1 << PB_migratetype_bits));
541
542         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
543         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
544         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
545         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
546
547         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(page_zone(page), pfn), page);
548
549         mask <<= bitidx;
550         flags <<= bitidx;
551
552         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
553         for (;;) {
554                 old_word = cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], word, (word & ~mask) | flags);
555                 if (word == old_word)
556                         break;
557                 word = old_word;
558         }
559 }
560
561 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
562 {
563         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
564                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
565                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
566
567         set_pfnblock_flags_mask(page, (unsigned long)migratetype,
568                                 page_to_pfn(page), MIGRATETYPE_MASK);
569 }
570
571 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
572 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
573 {
574         int ret = 0;
575         unsigned seq;
576         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
577         unsigned long sp, start_pfn;
578
579         do {
580                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
581                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
582                 sp = zone->spanned_pages;
583                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
584                         ret = 1;
585         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
586
587         if (ret)
588                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
589                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
590                         start_pfn, start_pfn + sp);
591
592         return ret;
593 }
594
595 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
596 {
597         if (zone != page_zone(page))
598                 return 0;
599
600         return 1;
601 }
602 /*
603  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
604  */
605 static int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
606 {
607         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
608                 return 1;
609         if (!page_is_consistent(zone, page))
610                 return 1;
611
612         return 0;
613 }
614 #else
615 static inline int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
616 {
617         return 0;
618 }
619 #endif
620
621 static void bad_page(struct page *page, const char *reason)
622 {
623         static unsigned long resume;
624         static unsigned long nr_shown;
625         static unsigned long nr_unshown;
626
627         /*
628          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
629          * or allow a steady drip of one report per second.
630          */
631         if (nr_shown == 60) {
632                 if (time_before(jiffies, resume)) {
633                         nr_unshown++;
634                         goto out;
635                 }
636                 if (nr_unshown) {
637                         pr_alert(
638                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
639                                 nr_unshown);
640                         nr_unshown = 0;
641                 }
642                 nr_shown = 0;
643         }
644         if (nr_shown++ == 0)
645                 resume = jiffies + 60 * HZ;
646
647         pr_alert("BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
648                 current->comm, page_to_pfn(page));
649         dump_page(page, reason);
650
651         print_modules();
652         dump_stack();
653 out:
654         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
655         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
656         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
657 }
658
659 static inline unsigned int order_to_pindex(int migratetype, int order)
660 {
661         int base = order;
662
663 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
664         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) {
665                 VM_BUG_ON(order != pageblock_order);
666                 base = PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER + 1;
667         }
668 #else
669         VM_BUG_ON(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
670 #endif
671
672         return (MIGRATE_PCPTYPES * base) + migratetype;
673 }
674
675 static inline int pindex_to_order(unsigned int pindex)
676 {
677         int order = pindex / MIGRATE_PCPTYPES;
678
679 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
680         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) {
681                 order = pageblock_order;
682                 VM_BUG_ON(order != pageblock_order);
683         }
684 #else
685         VM_BUG_ON(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
686 #endif
687
688         return order;
689 }
690
691 static inline bool pcp_allowed_order(unsigned int order)
692 {
693         if (order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
694                 return true;
695 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
696         if (order == pageblock_order)
697                 return true;
698 #endif
699         return false;
700 }
701
702 static inline void free_the_page(struct page *page, unsigned int order)
703 {
704         if (pcp_allowed_order(order))           /* Via pcp? */
705                 free_unref_page(page, order);
706         else
707                 __free_pages_ok(page, order, FPI_NONE);
708 }
709
710 /*
711  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
712  *
713  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page" and have PG_head set.
714  *
715  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages". PageTail() is encoded
716  * in bit 0 of page->compound_head. The rest of bits is pointer to head page.
717  *
718  * The first tail page's ->compound_dtor holds the offset in array of compound
719  * page destructors. See compound_page_dtors.
720  *
721  * The first tail page's ->compound_order holds the order of allocation.
722  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
723  */
724
725 void free_compound_page(struct page *page)
726 {
727         mem_cgroup_uncharge(page);
728         free_the_page(page, compound_order(page));
729 }
730
731 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned int order)
732 {
733         int i;
734         int nr_pages = 1 << order;
735
736         __SetPageHead(page);
737         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
738                 struct page *p = page + i;
739                 p->mapping = TAIL_MAPPING;
740                 set_compound_head(p, page);
741         }
742
743         set_compound_page_dtor(page, COMPOUND_PAGE_DTOR);
744         set_compound_order(page, order);
745         atomic_set(compound_mapcount_ptr(page), -1);
746         if (hpage_pincount_available(page))
747                 atomic_set(compound_pincount_ptr(page), 0);
748 }
749
750 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
751 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
752
753 bool _debug_pagealloc_enabled_early __read_mostly
754                         = IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC_ENABLE_DEFAULT);
755 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled_early);
756 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(_debug_pagealloc_enabled);
757 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled);
758
759 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(_debug_guardpage_enabled);
760
761 static int __init early_debug_pagealloc(char *buf)
762 {
763         return kstrtobool(buf, &_debug_pagealloc_enabled_early);
764 }
765 early_param("debug_pagealloc", early_debug_pagealloc);
766
767 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
768 {
769         unsigned long res;
770
771         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
772                 pr_err("Bad debug_guardpage_minorder value\n");
773                 return 0;
774         }
775         _debug_guardpage_minorder = res;
776         pr_info("Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
777         return 0;
778 }
779 early_param("debug_guardpage_minorder", debug_guardpage_minorder_setup);
780
781 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
782                                 unsigned int order, int migratetype)
783 {
784         if (!debug_guardpage_enabled())
785                 return false;
786
787         if (order >= debug_guardpage_minorder())
788                 return false;
789
790         __SetPageGuard(page);
791         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
792         set_page_private(page, order);
793         /* Guard pages are not available for any usage */
794         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order), migratetype);
795
796         return true;
797 }
798
799 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
800                                 unsigned int order, int migratetype)
801 {
802         if (!debug_guardpage_enabled())
803                 return;
804
805         __ClearPageGuard(page);
806
807         set_page_private(page, 0);
808         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
809                 __mod_zone_freepage_state(zone, (1 << order), migratetype);
810 }
811 #else
812 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
813                         unsigned int order, int migratetype) { return false; }
814 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
815                                 unsigned int order, int migratetype) {}
816 #endif
817
818 /*
819  * Enable static keys related to various memory debugging and hardening options.
820  * Some override others, and depend on early params that are evaluated in the
821  * order of appearance. So we need to first gather the full picture of what was
822  * enabled, and then make decisions.
823  */
824 void init_mem_debugging_and_hardening(void)
825 {
826         bool page_poisoning_requested = false;
827
828 #ifdef CONFIG_PAGE_POISONING
829         /*
830          * Page poisoning is debug page alloc for some arches. If
831          * either of those options are enabled, enable poisoning.
832          */
833         if (page_poisoning_enabled() ||
834              (!IS_ENABLED(CONFIG_ARCH_SUPPORTS_DEBUG_PAGEALLOC) &&
835               debug_pagealloc_enabled())) {
836                 static_branch_enable(&_page_poisoning_enabled);
837                 page_poisoning_requested = true;
838         }
839 #endif
840
841         if ((_init_on_alloc_enabled_early || _init_on_free_enabled_early) &&
842             page_poisoning_requested) {
843                 pr_info("mem auto-init: CONFIG_PAGE_POISONING is on, "
844                         "will take precedence over init_on_alloc and init_on_free\n");
845                 _init_on_alloc_enabled_early = false;
846                 _init_on_free_enabled_early = false;
847         }
848
849         if (_init_on_alloc_enabled_early)
850                 static_branch_enable(&init_on_alloc);
851         else
852                 static_branch_disable(&init_on_alloc);
853
854         if (_init_on_free_enabled_early)
855                 static_branch_enable(&init_on_free);
856         else
857                 static_branch_disable(&init_on_free);
858
859 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
860         if (!debug_pagealloc_enabled())
861                 return;
862
863         static_branch_enable(&_debug_pagealloc_enabled);
864
865         if (!debug_guardpage_minorder())
866                 return;
867
868         static_branch_enable(&_debug_guardpage_enabled);
869 #endif
870 }
871
872 static inline void set_buddy_order(struct page *page, unsigned int order)
873 {
874         set_page_private(page, order);
875         __SetPageBuddy(page);
876 }
877
878 /*
879  * This function checks whether a page is free && is the buddy
880  * we can coalesce a page and its buddy if
881  * (a) the buddy is not in a hole (check before calling!) &&
882  * (b) the buddy is in the buddy system &&
883  * (c) a page and its buddy have the same order &&
884  * (d) a page and its buddy are in the same zone.
885  *
886  * For recording whether a page is in the buddy system, we set PageBuddy.
887  * Setting, clearing, and testing PageBuddy is serialized by zone->lock.
888  *
889  * For recording page's order, we use page_private(page).
890  */
891 static inline bool page_is_buddy(struct page *page, struct page *buddy,
892                                                         unsigned int order)
893 {
894         if (!page_is_guard(buddy) && !PageBuddy(buddy))
895                 return false;
896
897         if (buddy_order(buddy) != order)
898                 return false;
899
900         /*
901          * zone check is done late to avoid uselessly calculating
902          * zone/node ids for pages that could never merge.
903          */
904         if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
905                 return false;
906
907         VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
908
909         return true;
910 }
911
912 #ifdef CONFIG_COMPACTION
913 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
914 {
915         struct capture_control *capc = current->capture_control;
916
917         return unlikely(capc) &&
918                 !(current->flags & PF_KTHREAD) &&
919                 !capc->page &&
920                 capc->cc->zone == zone ? capc : NULL;
921 }
922
923 static inline bool
924 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
925                    int order, int migratetype)
926 {
927         if (!capc || order != capc->cc->order)
928                 return false;
929
930         /* Do not accidentally pollute CMA or isolated regions*/
931         if (is_migrate_cma(migratetype) ||
932             is_migrate_isolate(migratetype))
933                 return false;
934
935         /*
936          * Do not let lower order allocations pollute a movable pageblock.
937          * This might let an unmovable request use a reclaimable pageblock
938          * and vice-versa but no more than normal fallback logic which can
939          * have trouble finding a high-order free page.
940          */
941         if (order < pageblock_order && migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
942                 return false;
943
944         capc->page = page;
945         return true;
946 }
947
948 #else
949 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
950 {
951         return NULL;
952 }
953
954 static inline bool
955 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
956                    int order, int migratetype)
957 {
958         return false;
959 }
960 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
961
962 /* Used for pages not on another list */
963 static inline void add_to_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
964                                     unsigned int order, int migratetype)
965 {
966         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
967
968         list_add(&page->lru, &area->free_list[migratetype]);
969         area->nr_free++;
970 }
971
972 /* Used for pages not on another list */
973 static inline void add_to_free_list_tail(struct page *page, struct zone *zone,
974                                          unsigned int order, int migratetype)
975 {
976         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
977
978         list_add_tail(&page->lru, &area->free_list[migratetype]);
979         area->nr_free++;
980 }
981
982 /*
983  * Used for pages which are on another list. Move the pages to the tail
984  * of the list - so the moved pages won't immediately be considered for
985  * allocation again (e.g., optimization for memory onlining).
986  */
987 static inline void move_to_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
988                                      unsigned int order, int migratetype)
989 {
990         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
991
992         list_move_tail(&page->lru, &area->free_list[migratetype]);
993 }
994
995 static inline void del_page_from_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
996                                            unsigned int order)
997 {
998         /* clear reported state and update reported page count */
999         if (page_reported(page))
1000                 __ClearPageReported(page);
1001
1002         list_del(&page->lru);
1003         __ClearPageBuddy(page);
1004         set_page_private(page, 0);
1005         zone->free_area[order].nr_free--;
1006 }
1007
1008 /*
1009  * If this is not the largest possible page, check if the buddy
1010  * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
1011  * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
1012  * that is happening, add the free page to the tail of the list
1013  * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
1014  * as a higher order page
1015  */
1016 static inline bool
1017 buddy_merge_likely(unsigned long pfn, unsigned long buddy_pfn,
1018                    struct page *page, unsigned int order)
1019 {
1020         struct page *higher_page, *higher_buddy;
1021         unsigned long combined_pfn;
1022
1023         if (order >= MAX_ORDER - 2)
1024                 return false;
1025
1026         combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
1027         higher_page = page + (combined_pfn - pfn);
1028         buddy_pfn = __find_buddy_pfn(combined_pfn, order + 1);
1029         higher_buddy = higher_page + (buddy_pfn - combined_pfn);
1030
1031         return page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1);
1032 }
1033
1034 /*
1035  * Freeing function for a buddy system allocator.
1036  *
1037  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
1038  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
1039  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
1040  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
1041  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
1042  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
1043  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
1044  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
1045  * parts of the VM system.
1046  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
1047  * free pages of length of (1 << order) and marked with PageBuddy.
1048  * Page's order is recorded in page_private(page) field.
1049  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
1050  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
1051  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
1052  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
1053  * triggers coalescing into a block of larger size.
1054  *
1055  * -- nyc
1056  */
1057
1058 static inline void __free_one_page(struct page *page,
1059                 unsigned long pfn,
1060                 struct zone *zone, unsigned int order,
1061                 int migratetype, fpi_t fpi_flags)
1062 {
1063         struct capture_control *capc = task_capc(zone);
1064         unsigned long buddy_pfn;
1065         unsigned long combined_pfn;
1066         unsigned int max_order;
1067         struct page *buddy;
1068         bool to_tail;
1069
1070         max_order = min_t(unsigned int, MAX_ORDER - 1, pageblock_order);
1071
1072         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
1073         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
1074
1075         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
1076         if (likely(!is_migrate_isolate(migratetype)))
1077                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
1078
1079         VM_BUG_ON_PAGE(pfn & ((1 << order) - 1), page);
1080         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
1081
1082 continue_merging:
1083         while (order < max_order) {
1084                 if (compaction_capture(capc, page, order, migratetype)) {
1085                         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
1086                                                                 migratetype);
1087                         return;
1088                 }
1089                 buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
1090                 buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
1091
1092                 if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
1093                         goto done_merging;
1094                 /*
1095                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
1096                  * merge with it and move up one order.
1097                  */
1098                 if (page_is_guard(buddy))
1099                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
1100                 else
1101                         del_page_from_free_list(buddy, zone, order);
1102                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
1103                 page = page + (combined_pfn - pfn);
1104                 pfn = combined_pfn;
1105                 order++;
1106         }
1107         if (order < MAX_ORDER - 1) {
1108                 /* If we are here, it means order is >= pageblock_order.
1109                  * We want to prevent merge between freepages on isolate
1110                  * pageblock and normal pageblock. Without this, pageblock
1111                  * isolation could cause incorrect freepage or CMA accounting.
1112                  *
1113                  * We don't want to hit this code for the more frequent
1114                  * low-order merging.
1115                  */
1116                 if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone))) {
1117                         int buddy_mt;
1118
1119                         buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
1120                         buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
1121                         buddy_mt = get_pageblock_migratetype(buddy);
1122
1123                         if (migratetype != buddy_mt
1124                                         && (is_migrate_isolate(migratetype) ||
1125                                                 is_migrate_isolate(buddy_mt)))
1126                                 goto done_merging;
1127                 }
1128                 max_order = order + 1;
1129                 goto continue_merging;
1130         }
1131
1132 done_merging:
1133         set_buddy_order(page, order);
1134
1135         if (fpi_flags & FPI_TO_TAIL)
1136                 to_tail = true;
1137         else if (is_shuffle_order(order))
1138                 to_tail = shuffle_pick_tail();
1139         else
1140                 to_tail = buddy_merge_likely(pfn, buddy_pfn, page, order);
1141
1142         if (to_tail)
1143                 add_to_free_list_tail(page, zone, order, migratetype);
1144         else
1145                 add_to_free_list(page, zone, order, migratetype);
1146
1147         /* Notify page reporting subsystem of freed page */
1148         if (!(fpi_flags & FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY))
1149                 page_reporting_notify_free(order);
1150 }
1151
1152 /*
1153  * A bad page could be due to a number of fields. Instead of multiple branches,
1154  * try and check multiple fields with one check. The caller must do a detailed
1155  * check if necessary.
1156  */
1157 static inline bool page_expected_state(struct page *page,
1158                                         unsigned long check_flags)
1159 {
1160         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1161                 return false;
1162
1163         if (unlikely((unsigned long)page->mapping |
1164                         page_ref_count(page) |
1165 #ifdef CONFIG_MEMCG
1166                         page->memcg_data |
1167 #endif
1168                         (page->flags & check_flags)))
1169                 return false;
1170
1171         return true;
1172 }
1173
1174 static const char *page_bad_reason(struct page *page, unsigned long flags)
1175 {
1176         const char *bad_reason = NULL;
1177
1178         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1179                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1180         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1181                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1182         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
1183                 bad_reason = "nonzero _refcount";
1184         if (unlikely(page->flags & flags)) {
1185                 if (flags == PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)
1186                         bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag(s) set";
1187                 else
1188                         bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
1189         }
1190 #ifdef CONFIG_MEMCG
1191         if (unlikely(page->memcg_data))
1192                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
1193 #endif
1194         return bad_reason;
1195 }
1196
1197 static void check_free_page_bad(struct page *page)
1198 {
1199         bad_page(page,
1200                  page_bad_reason(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE));
1201 }
1202
1203 static inline int check_free_page(struct page *page)
1204 {
1205         if (likely(page_expected_state(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)))
1206                 return 0;
1207
1208         /* Something has gone sideways, find it */
1209         check_free_page_bad(page);
1210         return 1;
1211 }
1212
1213 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
1214 {
1215         int ret = 1;
1216
1217         /*
1218          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
1219          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
1220          */
1221         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
1222
1223         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM)) {
1224                 ret = 0;
1225                 goto out;
1226         }
1227         switch (page - head_page) {
1228         case 1:
1229                 /* the first tail page: ->mapping may be compound_mapcount() */
1230                 if (unlikely(compound_mapcount(page))) {
1231                         bad_page(page, "nonzero compound_mapcount");
1232                         goto out;
1233                 }
1234                 break;
1235         case 2:
1236                 /*
1237                  * the second tail page: ->mapping is
1238                  * deferred_list.next -- ignore value.
1239                  */
1240                 break;
1241         default:
1242                 if (page->mapping != TAIL_MAPPING) {
1243                         bad_page(page, "corrupted mapping in tail page");
1244                         goto out;
1245                 }
1246                 break;
1247         }
1248         if (unlikely(!PageTail(page))) {
1249                 bad_page(page, "PageTail not set");
1250                 goto out;
1251         }
1252         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
1253                 bad_page(page, "compound_head not consistent");
1254                 goto out;
1255         }
1256         ret = 0;
1257 out:
1258         page->mapping = NULL;
1259         clear_compound_head(page);
1260         return ret;
1261 }
1262
1263 static void kernel_init_free_pages(struct page *page, int numpages, bool zero_tags)
1264 {
1265         int i;
1266
1267         if (zero_tags) {
1268                 for (i = 0; i < numpages; i++)
1269                         tag_clear_highpage(page + i);
1270                 return;
1271         }
1272
1273         /* s390's use of memset() could override KASAN redzones. */
1274         kasan_disable_current();
1275         for (i = 0; i < numpages; i++) {
1276                 u8 tag = page_kasan_tag(page + i);
1277                 page_kasan_tag_reset(page + i);
1278                 clear_highpage(page + i);
1279                 page_kasan_tag_set(page + i, tag);
1280         }
1281         kasan_enable_current();
1282 }
1283
1284 static __always_inline bool free_pages_prepare(struct page *page,
1285                         unsigned int order, bool check_free, fpi_t fpi_flags)
1286 {
1287         int bad = 0;
1288         bool skip_kasan_poison = should_skip_kasan_poison(page, fpi_flags);
1289
1290         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
1291
1292         trace_mm_page_free(page, order);
1293
1294         if (unlikely(PageHWPoison(page)) && !order) {
1295                 /*
1296                  * Do not let hwpoison pages hit pcplists/buddy
1297                  * Untie memcg state and reset page's owner
1298                  */
1299                 if (memcg_kmem_enabled() && PageMemcgKmem(page))
1300                         __memcg_kmem_uncharge_page(page, order);
1301                 reset_page_owner(page, order);
1302                 return false;
1303         }
1304
1305         /*
1306          * Check tail pages before head page information is cleared to
1307          * avoid checking PageCompound for order-0 pages.
1308          */
1309         if (unlikely(order)) {
1310                 bool compound = PageCompound(page);
1311                 int i;
1312
1313                 VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
1314
1315                 if (compound) {
1316                         ClearPageDoubleMap(page);
1317                         ClearPageHasHWPoisoned(page);
1318                 }
1319                 for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1320                         if (compound)
1321                                 bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
1322                         if (unlikely(check_free_page(page + i))) {
1323                                 bad++;
1324                                 continue;
1325                         }
1326                         (page + i)->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1327                 }
1328         }
1329         if (PageMappingFlags(page))
1330                 page->mapping = NULL;
1331         if (memcg_kmem_enabled() && PageMemcgKmem(page))
1332                 __memcg_kmem_uncharge_page(page, order);
1333         if (check_free)
1334                 bad += check_free_page(page);
1335         if (bad)
1336                 return false;
1337
1338         page_cpupid_reset_last(page);
1339         page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1340         reset_page_owner(page, order);
1341
1342         if (!PageHighMem(page)) {
1343                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1344                                            PAGE_SIZE << order);
1345                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1346                                            PAGE_SIZE << order);
1347         }
1348
1349         kernel_poison_pages(page, 1 << order);
1350
1351         /*
1352          * As memory initialization might be integrated into KASAN,
1353          * kasan_free_pages and kernel_init_free_pages must be
1354          * kept together to avoid discrepancies in behavior.
1355          *
1356          * With hardware tag-based KASAN, memory tags must be set before the
1357          * page becomes unavailable via debug_pagealloc or arch_free_page.
1358          */
1359         if (kasan_has_integrated_init()) {
1360                 if (!skip_kasan_poison)
1361                         kasan_free_pages(page, order);
1362         } else {
1363                 bool init = want_init_on_free();
1364
1365                 if (init)
1366                         kernel_init_free_pages(page, 1 << order, false);
1367                 if (!skip_kasan_poison)
1368                         kasan_poison_pages(page, order, init);
1369         }
1370
1371         /*
1372          * arch_free_page() can make the page's contents inaccessible.  s390
1373          * does this.  So nothing which can access the page's contents should
1374          * happen after this.
1375          */
1376         arch_free_page(page, order);
1377
1378         debug_pagealloc_unmap_pages(page, 1 << order);
1379
1380         return true;
1381 }
1382
1383 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1384 /*
1385  * With DEBUG_VM enabled, order-0 pages are checked immediately when being freed
1386  * to pcp lists. With debug_pagealloc also enabled, they are also rechecked when
1387  * moved from pcp lists to free lists.
1388  */
1389 static bool free_pcp_prepare(struct page *page, unsigned int order)
1390 {
1391         return free_pages_prepare(page, order, true, FPI_NONE);
1392 }
1393
1394 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1395 {
1396         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1397                 return check_free_page(page);
1398         else
1399                 return false;
1400 }
1401 #else
1402 /*
1403  * With DEBUG_VM disabled, order-0 pages being freed are checked only when
1404  * moving from pcp lists to free list in order to reduce overhead. With
1405  * debug_pagealloc enabled, they are checked also immediately when being freed
1406  * to the pcp lists.
1407  */
1408 static bool free_pcp_prepare(struct page *page, unsigned int order)
1409 {
1410         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1411                 return free_pages_prepare(page, order, true, FPI_NONE);
1412         else
1413                 return free_pages_prepare(page, order, false, FPI_NONE);
1414 }
1415
1416 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1417 {
1418         return check_free_page(page);
1419 }
1420 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1421
1422 static inline void prefetch_buddy(struct page *page)
1423 {
1424         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1425         unsigned long buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, 0);
1426         struct page *buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
1427
1428         prefetch(buddy);
1429 }
1430
1431 /*
1432  * Frees a number of pages from the PCP lists
1433  * Assumes all pages on list are in same zone, and of same order.
1434  * count is the number of pages to free.
1435  *
1436  * If the zone was previously in an "all pages pinned" state then look to
1437  * see if this freeing clears that state.
1438  *
1439  * And clear the zone's pages_scanned counter, to hold off the "all pages are
1440  * pinned" detection logic.
1441  */
1442 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
1443                                         struct per_cpu_pages *pcp)
1444 {
1445         int pindex = 0;
1446         int batch_free = 0;
1447         int nr_freed = 0;
1448         unsigned int order;
1449         int prefetch_nr = READ_ONCE(pcp->batch);
1450         bool isolated_pageblocks;
1451         struct page *page, *tmp;
1452         LIST_HEAD(head);
1453
1454         /*
1455          * Ensure proper count is passed which otherwise would stuck in the
1456          * below while (list_empty(list)) loop.
1457          */
1458         count = min(pcp->count, count);
1459         while (count > 0) {
1460                 struct list_head *list;
1461
1462                 /*
1463                  * Remove pages from lists in a round-robin fashion. A
1464                  * batch_free count is maintained that is incremented when an
1465                  * empty list is encountered.  This is so more pages are freed
1466                  * off fuller lists instead of spinning excessively around empty
1467                  * lists
1468                  */
1469                 do {
1470                         batch_free++;
1471                         if (++pindex == NR_PCP_LISTS)
1472                                 pindex = 0;
1473                         list = &pcp->lists[pindex];
1474                 } while (list_empty(list));
1475
1476                 /* This is the only non-empty list. Free them all. */
1477                 if (batch_free == NR_PCP_LISTS)
1478                         batch_free = count;
1479
1480                 order = pindex_to_order(pindex);
1481                 BUILD_BUG_ON(MAX_ORDER >= (1<<NR_PCP_ORDER_WIDTH));
1482                 do {
1483                         page = list_last_entry(list, struct page, lru);
1484                         /* must delete to avoid corrupting pcp list */
1485                         list_del(&page->lru);
1486                         nr_freed += 1 << order;
1487                         count -= 1 << order;
1488
1489                         if (bulkfree_pcp_prepare(page))
1490                                 continue;
1491
1492                         /* Encode order with the migratetype */
1493                         page->index <<= NR_PCP_ORDER_WIDTH;
1494                         page->index |= order;
1495
1496                         list_add_tail(&page->lru, &head);
1497
1498                         /*
1499                          * We are going to put the page back to the global
1500                          * pool, prefetch its buddy to speed up later access
1501                          * under zone->lock. It is believed the overhead of
1502                          * an additional test and calculating buddy_pfn here
1503                          * can be offset by reduced memory latency later. To
1504                          * avoid excessive prefetching due to large count, only
1505                          * prefetch buddy for the first pcp->batch nr of pages.
1506                          */
1507                         if (prefetch_nr) {
1508                                 prefetch_buddy(page);
1509                                 prefetch_nr--;
1510                         }
1511                 } while (count > 0 && --batch_free && !list_empty(list));
1512         }
1513         pcp->count -= nr_freed;
1514
1515         /*
1516          * local_lock_irq held so equivalent to spin_lock_irqsave for
1517          * both PREEMPT_RT and non-PREEMPT_RT configurations.
1518          */
1519         spin_lock(&zone->lock);
1520         isolated_pageblocks = has_isolate_pageblock(zone);
1521
1522         /*
1523          * Use safe version since after __free_one_page(),
1524          * page->lru.next will not point to original list.
1525          */
1526         list_for_each_entry_safe(page, tmp, &head, lru) {
1527                 int mt = get_pcppage_migratetype(page);
1528
1529                 /* mt has been encoded with the order (see above) */
1530                 order = mt & NR_PCP_ORDER_MASK;
1531                 mt >>= NR_PCP_ORDER_WIDTH;
1532
1533                 /* MIGRATE_ISOLATE page should not go to pcplists */
1534                 VM_BUG_ON_PAGE(is_migrate_isolate(mt), page);
1535                 /* Pageblock could have been isolated meanwhile */
1536                 if (unlikely(isolated_pageblocks))
1537                         mt = get_pageblock_migratetype(page);
1538
1539                 __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, order, mt, FPI_NONE);
1540                 trace_mm_page_pcpu_drain(page, order, mt);
1541         }
1542         spin_unlock(&zone->lock);
1543 }
1544
1545 static void free_one_page(struct zone *zone,
1546                                 struct page *page, unsigned long pfn,
1547                                 unsigned int order,
1548                                 int migratetype, fpi_t fpi_flags)
1549 {
1550         unsigned long flags;
1551
1552         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1553         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1554                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1555                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1556         }
1557         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype, fpi_flags);
1558         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1559 }
1560
1561 static void __meminit __init_single_page(struct page *page, unsigned long pfn,
1562                                 unsigned long zone, int nid)
1563 {
1564         mm_zero_struct_page(page);
1565         set_page_links(page, zone, nid, pfn);
1566         init_page_count(page);
1567         page_mapcount_reset(page);
1568         page_cpupid_reset_last(page);
1569         page_kasan_tag_reset(page);
1570
1571         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1572 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
1573         /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
1574         if (!is_highmem_idx(zone))
1575                 set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
1576 #endif
1577 }
1578
1579 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1580 static void __meminit init_reserved_page(unsigned long pfn)
1581 {
1582         pg_data_t *pgdat;
1583         int nid, zid;
1584
1585         if (!early_page_uninitialised(pfn))
1586                 return;
1587
1588         nid = early_pfn_to_nid(pfn);
1589         pgdat = NODE_DATA(nid);
1590
1591         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1592                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zid];
1593
1594                 if (pfn >= zone->zone_start_pfn && pfn < zone_end_pfn(zone))
1595                         break;
1596         }
1597         __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zid, nid);
1598 }
1599 #else
1600 static inline void init_reserved_page(unsigned long pfn)
1601 {
1602 }
1603 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1604
1605 /*
1606  * Initialised pages do not have PageReserved set. This function is
1607  * called for each range allocated by the bootmem allocator and
1608  * marks the pages PageReserved. The remaining valid pages are later
1609  * sent to the buddy page allocator.
1610  */
1611 void __meminit reserve_bootmem_region(phys_addr_t start, phys_addr_t end)
1612 {
1613         unsigned long start_pfn = PFN_DOWN(start);
1614         unsigned long end_pfn = PFN_UP(end);
1615
1616         for (; start_pfn < end_pfn; start_pfn++) {
1617                 if (pfn_valid(start_pfn)) {
1618                         struct page *page = pfn_to_page(start_pfn);
1619
1620                         init_reserved_page(start_pfn);
1621
1622                         /* Avoid false-positive PageTail() */
1623                         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1624
1625                         /*
1626                          * no need for atomic set_bit because the struct
1627                          * page is not visible yet so nobody should
1628                          * access it yet.
1629                          */
1630                         __SetPageReserved(page);
1631                 }
1632         }
1633 }
1634
1635 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order,
1636                             fpi_t fpi_flags)
1637 {
1638         unsigned long flags;
1639         int migratetype;
1640         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1641         struct zone *zone = page_zone(page);
1642
1643         if (!free_pages_prepare(page, order, true, fpi_flags))
1644                 return;
1645
1646         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1647
1648         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1649         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1650                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1651                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1652         }
1653         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype, fpi_flags);
1654         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1655
1656         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1657 }
1658
1659 void __free_pages_core(struct page *page, unsigned int order)
1660 {
1661         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1662         struct page *p = page;
1663         unsigned int loop;
1664
1665         /*
1666          * When initializing the memmap, __init_single_page() sets the refcount
1667          * of all pages to 1 ("allocated"/"not free"). We have to set the
1668          * refcount of all involved pages to 0.
1669          */
1670         prefetchw(p);
1671         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1672                 prefetchw(p + 1);
1673                 __ClearPageReserved(p);
1674                 set_page_count(p, 0);
1675         }
1676         __ClearPageReserved(p);
1677         set_page_count(p, 0);
1678
1679         atomic_long_add(nr_pages, &page_zone(page)->managed_pages);
1680
1681         /*
1682          * Bypass PCP and place fresh pages right to the tail, primarily
1683          * relevant for memory onlining.
1684          */
1685         __free_pages_ok(page, order, FPI_TO_TAIL | FPI_SKIP_KASAN_POISON);
1686 }
1687
1688 #ifdef CONFIG_NUMA
1689
1690 /*
1691  * During memory init memblocks map pfns to nids. The search is expensive and
1692  * this caches recent lookups. The implementation of __early_pfn_to_nid
1693  * treats start/end as pfns.
1694  */
1695 struct mminit_pfnnid_cache {
1696         unsigned long last_start;
1697         unsigned long last_end;
1698         int last_nid;
1699 };
1700
1701 static struct mminit_pfnnid_cache early_pfnnid_cache __meminitdata;
1702
1703 /*
1704  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
1705  */
1706 static int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn,
1707                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1708 {
1709         unsigned long start_pfn, end_pfn;
1710         int nid;
1711
1712         if (state->last_start <= pfn && pfn < state->last_end)
1713                 return state->last_nid;
1714
1715         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
1716         if (nid != NUMA_NO_NODE) {
1717                 state->last_start = start_pfn;
1718                 state->last_end = end_pfn;
1719                 state->last_nid = nid;
1720         }
1721
1722         return nid;
1723 }
1724
1725 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
1726 {
1727         static DEFINE_SPINLOCK(early_pfn_lock);
1728         int nid;
1729
1730         spin_lock(&early_pfn_lock);
1731         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1732         if (nid < 0)
1733                 nid = first_online_node;
1734         spin_unlock(&early_pfn_lock);
1735
1736         return nid;
1737 }
1738 #endif /* CONFIG_NUMA */
1739
1740 void __init memblock_free_pages(struct page *page, unsigned long pfn,
1741                                                         unsigned int order)
1742 {
1743         if (early_page_uninitialised(pfn))
1744                 return;
1745         __free_pages_core(page, order);
1746 }
1747
1748 /*
1749  * Check that the whole (or subset of) a pageblock given by the interval of
1750  * [start_pfn, end_pfn) is valid and within the same zone, before scanning it
1751  * with the migration of free compaction scanner.
1752  *
1753  * Return struct page pointer of start_pfn, or NULL if checks were not passed.
1754  *
1755  * It's possible on some configurations to have a setup like node0 node1 node0
1756  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of pages do not
1757  * belong to a single zone. We assume that a border between node0 and node1
1758  * can occur within a single pageblock, but not a node0 node1 node0
1759  * interleaving within a single pageblock. It is therefore sufficient to check
1760  * the first and last page of a pageblock and avoid checking each individual
1761  * page in a pageblock.
1762  */
1763 struct page *__pageblock_pfn_to_page(unsigned long start_pfn,
1764                                      unsigned long end_pfn, struct zone *zone)
1765 {
1766         struct page *start_page;
1767         struct page *end_page;
1768
1769         /* end_pfn is one past the range we are checking */
1770         end_pfn--;
1771
1772         if (!pfn_valid(start_pfn) || !pfn_valid(end_pfn))
1773                 return NULL;
1774
1775         start_page = pfn_to_online_page(start_pfn);
1776         if (!start_page)
1777                 return NULL;
1778
1779         if (page_zone(start_page) != zone)
1780                 return NULL;
1781
1782         end_page = pfn_to_page(end_pfn);
1783
1784         /* This gives a shorter code than deriving page_zone(end_page) */
1785         if (page_zone_id(start_page) != page_zone_id(end_page))
1786                 return NULL;
1787
1788         return start_page;
1789 }
1790
1791 void set_zone_contiguous(struct zone *zone)
1792 {
1793         unsigned long block_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
1794         unsigned long block_end_pfn;
1795
1796         block_end_pfn = ALIGN(block_start_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
1797         for (; block_start_pfn < zone_end_pfn(zone);
1798                         block_start_pfn = block_end_pfn,
1799                          block_end_pfn += pageblock_nr_pages) {
1800
1801                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, zone_end_pfn(zone));
1802
1803                 if (!__pageblock_pfn_to_page(block_start_pfn,
1804                                              block_end_pfn, zone))
1805                         return;
1806                 cond_resched();
1807         }
1808
1809         /* We confirm that there is no hole */
1810         zone->contiguous = true;
1811 }
1812
1813 void clear_zone_contiguous(struct zone *zone)
1814 {
1815         zone->contiguous = false;
1816 }
1817
1818 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1819 static void __init deferred_free_range(unsigned long pfn,
1820                                        unsigned long nr_pages)
1821 {
1822         struct page *page;
1823         unsigned long i;
1824
1825         if (!nr_pages)
1826                 return;
1827
1828         page = pfn_to_page(pfn);
1829
1830         /* Free a large naturally-aligned chunk if possible */
1831         if (nr_pages == pageblock_nr_pages &&
1832             (pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0) {
1833                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1834                 __free_pages_core(page, pageblock_order);
1835                 return;
1836         }
1837
1838         for (i = 0; i < nr_pages; i++, page++, pfn++) {
1839                 if ((pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0)
1840                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1841                 __free_pages_core(page, 0);
1842         }
1843 }
1844
1845 /* Completion tracking for deferred_init_memmap() threads */
1846 static atomic_t pgdat_init_n_undone __initdata;
1847 static __initdata DECLARE_COMPLETION(pgdat_init_all_done_comp);
1848
1849 static inline void __init pgdat_init_report_one_done(void)
1850 {
1851         if (atomic_dec_and_test(&pgdat_init_n_undone))
1852                 complete(&pgdat_init_all_done_comp);
1853 }
1854
1855 /*
1856  * Returns true if page needs to be initialized or freed to buddy allocator.
1857  *
1858  * First we check if pfn is valid on architectures where it is possible to have
1859  * holes within pageblock_nr_pages. On systems where it is not possible, this
1860  * function is optimized out.
1861  *
1862  * Then, we check if a current large page is valid by only checking the validity
1863  * of the head pfn.
1864  */
1865 static inline bool __init deferred_pfn_valid(unsigned long pfn)
1866 {
1867         if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) && !pfn_valid(pfn))
1868                 return false;
1869         return true;
1870 }
1871
1872 /*
1873  * Free pages to buddy allocator. Try to free aligned pages in
1874  * pageblock_nr_pages sizes.
1875  */
1876 static void __init deferred_free_pages(unsigned long pfn,
1877                                        unsigned long end_pfn)
1878 {
1879         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1880         unsigned long nr_free = 0;
1881
1882         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1883                 if (!deferred_pfn_valid(pfn)) {
1884                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1885                         nr_free = 0;
1886                 } else if (!(pfn & nr_pgmask)) {
1887                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1888                         nr_free = 1;
1889                 } else {
1890                         nr_free++;
1891                 }
1892         }
1893         /* Free the last block of pages to allocator */
1894         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1895 }
1896
1897 /*
1898  * Initialize struct pages.  We minimize pfn page lookups and scheduler checks
1899  * by performing it only once every pageblock_nr_pages.
1900  * Return number of pages initialized.
1901  */
1902 static unsigned long  __init deferred_init_pages(struct zone *zone,
1903                                                  unsigned long pfn,
1904                                                  unsigned long end_pfn)
1905 {
1906         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1907         int nid = zone_to_nid(zone);
1908         unsigned long nr_pages = 0;
1909         int zid = zone_idx(zone);
1910         struct page *page = NULL;
1911
1912         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1913                 if (!deferred_pfn_valid(pfn)) {
1914                         page = NULL;
1915                         continue;
1916                 } else if (!page || !(pfn & nr_pgmask)) {
1917                         page = pfn_to_page(pfn);
1918                 } else {
1919                         page++;
1920                 }
1921                 __init_single_page(page, pfn, zid, nid);
1922                 nr_pages++;
1923         }
1924         return (nr_pages);
1925 }
1926
1927 /*
1928  * This function is meant to pre-load the iterator for the zone init.
1929  * Specifically it walks through the ranges until we are caught up to the
1930  * first_init_pfn value and exits there. If we never encounter the value we
1931  * return false indicating there are no valid ranges left.
1932  */
1933 static bool __init
1934 deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(u64 *i, struct zone *zone,
1935                                     unsigned long *spfn, unsigned long *epfn,
1936                                     unsigned long first_init_pfn)
1937 {
1938         u64 j;
1939
1940         /*
1941          * Start out by walking through the ranges in this zone that have
1942          * already been initialized. We don't need to do anything with them
1943          * so we just need to flush them out of the system.
1944          */
1945         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone(j, zone, spfn, epfn) {
1946                 if (*epfn <= first_init_pfn)
1947                         continue;
1948                 if (*spfn < first_init_pfn)
1949                         *spfn = first_init_pfn;
1950                 *i = j;
1951                 return true;
1952         }
1953
1954         return false;
1955 }
1956
1957 /*
1958  * Initialize and free pages. We do it in two loops: first we initialize
1959  * struct page, then free to buddy allocator, because while we are
1960  * freeing pages we can access pages that are ahead (computing buddy
1961  * page in __free_one_page()).
1962  *
1963  * In order to try and keep some memory in the cache we have the loop
1964  * broken along max page order boundaries. This way we will not cause
1965  * any issues with the buddy page computation.
1966  */
1967 static unsigned long __init
1968 deferred_init_maxorder(u64 *i, struct zone *zone, unsigned long *start_pfn,
1969                        unsigned long *end_pfn)
1970 {
1971         unsigned long mo_pfn = ALIGN(*start_pfn + 1, MAX_ORDER_NR_PAGES);
1972         unsigned long spfn = *start_pfn, epfn = *end_pfn;
1973         unsigned long nr_pages = 0;
1974         u64 j = *i;
1975
1976         /* First we loop through and initialize the page values */
1977         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone_from(j, zone, start_pfn, end_pfn) {
1978                 unsigned long t;
1979
1980                 if (mo_pfn <= *start_pfn)
1981                         break;
1982
1983                 t = min(mo_pfn, *end_pfn);
1984                 nr_pages += deferred_init_pages(zone, *start_pfn, t);
1985
1986                 if (mo_pfn < *end_pfn) {
1987                         *start_pfn = mo_pfn;
1988                         break;
1989                 }
1990         }
1991
1992         /* Reset values and now loop through freeing pages as needed */
1993         swap(j, *i);
1994
1995         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone_from(j, zone, &spfn, &epfn) {
1996                 unsigned long t;
1997
1998                 if (mo_pfn <= spfn)
1999                         break;
2000
2001                 t = min(mo_pfn, epfn);
2002                 deferred_free_pages(spfn, t);
2003
2004                 if (mo_pfn <= epfn)
2005                         break;
2006         }
2007
2008         return nr_pages;
2009 }
2010
2011 static void __init
2012 deferred_init_memmap_chunk(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn,
2013                            void *arg)
2014 {
2015         unsigned long spfn, epfn;
2016         struct zone *zone = arg;
2017         u64 i;
2018
2019         deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn, start_pfn);
2020
2021         /*
2022          * Initialize and free pages in MAX_ORDER sized increments so that we
2023          * can avoid introducing any issues with the buddy allocator.
2024          */
2025         while (spfn < end_pfn) {
2026                 deferred_init_maxorder(&i, zone, &spfn, &epfn);
2027                 cond_resched();
2028         }
2029 }
2030
2031 /* An arch may override for more concurrency. */
2032 __weak int __init
2033 deferred_page_init_max_threads(const struct cpumask *node_cpumask)
2034 {
2035         return 1;
2036 }
2037
2038 /* Initialise remaining memory on a node */
2039 static int __init deferred_init_memmap(void *data)
2040 {
2041         pg_data_t *pgdat = data;
2042         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
2043         unsigned long spfn = 0, epfn = 0;
2044         unsigned long first_init_pfn, flags;
2045         unsigned long start = jiffies;
2046         struct zone *zone;
2047         int zid, max_threads;
2048         u64 i;
2049
2050         /* Bind memory initialisation thread to a local node if possible */
2051         if (!cpumask_empty(cpumask))
2052                 set_cpus_allowed_ptr(current, cpumask);
2053
2054         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
2055         first_init_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
2056         if (first_init_pfn == ULONG_MAX) {
2057                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2058                 pgdat_init_report_one_done();
2059                 return 0;
2060         }
2061
2062         /* Sanity check boundaries */
2063         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn < pgdat->node_start_pfn);
2064         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn > pgdat_end_pfn(pgdat));
2065         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
2066
2067         /*
2068          * Once we unlock here, the zone cannot be grown anymore, thus if an
2069          * interrupt thread must allocate this early in boot, zone must be
2070          * pre-grown prior to start of deferred page initialization.
2071          */
2072         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2073
2074         /* Only the highest zone is deferred so find it */
2075         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
2076                 zone = pgdat->node_zones + zid;
2077                 if (first_init_pfn < zone_end_pfn(zone))
2078                         break;
2079         }
2080
2081         /* If the zone is empty somebody else may have cleared out the zone */
2082         if (!deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
2083                                                  first_init_pfn))
2084                 goto zone_empty;
2085
2086         max_threads = deferred_page_init_max_threads(cpumask);
2087
2088         while (spfn < epfn) {
2089                 unsigned long epfn_align = ALIGN(epfn, PAGES_PER_SECTION);
2090                 struct padata_mt_job job = {
2091                         .thread_fn   = deferred_init_memmap_chunk,
2092                         .fn_arg      = zone,
2093                         .start       = spfn,
2094                         .size        = epfn_align - spfn,
2095                         .align       = PAGES_PER_SECTION,
2096                         .min_chunk   = PAGES_PER_SECTION,
2097                         .max_threads = max_threads,
2098                 };
2099
2100                 padata_do_multithreaded(&job);
2101                 deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
2102                                                     epfn_align);
2103         }
2104 zone_empty:
2105         /* Sanity check that the next zone really is unpopulated */
2106         WARN_ON(++zid < MAX_NR_ZONES && populated_zone(++zone));
2107
2108         pr_info("node %d deferred pages initialised in %ums\n",
2109                 pgdat->node_id, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
2110
2111         pgdat_init_report_one_done();
2112         return 0;
2113 }
2114
2115 /*
2116  * If this zone has deferred pages, try to grow it by initializing enough
2117  * deferred pages to satisfy the allocation specified by order, rounded up to
2118  * the nearest PAGES_PER_SECTION boundary.  So we're adding memory in increments
2119  * of SECTION_SIZE bytes by initializing struct pages in increments of
2120  * PAGES_PER_SECTION * sizeof(struct page) bytes.
2121  *
2122  * Return true when zone was grown, otherwise return false. We return true even
2123  * when we grow less than requested, to let the caller decide if there are
2124  * enough pages to satisfy the allocation.
2125  *
2126  * Note: We use noinline because this function is needed only during boot, and
2127  * it is called from a __ref function _deferred_grow_zone. This way we are
2128  * making sure that it is not inlined into permanent text section.
2129  */
2130 static noinline bool __init
2131 deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
2132 {
2133         unsigned long nr_pages_needed = ALIGN(1 << order, PAGES_PER_SECTION);
2134         pg_data_t *pgdat = zone->zone_pgdat;
2135         unsigned long first_deferred_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
2136         unsigned long spfn, epfn, flags;
2137         unsigned long nr_pages = 0;
2138         u64 i;
2139
2140         /* Only the last zone may have deferred pages */
2141         if (zone_end_pfn(zone) != pgdat_end_pfn(pgdat))
2142                 return false;
2143
2144         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
2145
2146         /*
2147          * If someone grew this zone while we were waiting for spinlock, return
2148          * true, as there might be enough pages already.
2149          */
2150         if (first_deferred_pfn != pgdat->first_deferred_pfn) {
2151                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2152                 return true;
2153         }
2154
2155         /* If the zone is empty somebody else may have cleared out the zone */
2156         if (!deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
2157                                                  first_deferred_pfn)) {
2158                 pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
2159                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2160                 /* Retry only once. */
2161                 return first_deferred_pfn != ULONG_MAX;
2162         }
2163
2164         /*
2165          * Initialize and free pages in MAX_ORDER sized increments so
2166          * that we can avoid introducing any issues with the buddy
2167          * allocator.
2168          */
2169         while (spfn < epfn) {
2170                 /* update our first deferred PFN for this section */
2171                 first_deferred_pfn = spfn;
2172
2173                 nr_pages += deferred_init_maxorder(&i, zone, &spfn, &epfn);
2174                 touch_nmi_watchdog();
2175
2176                 /* We should only stop along section boundaries */
2177                 if ((first_deferred_pfn ^ spfn) < PAGES_PER_SECTION)
2178                         continue;
2179
2180                 /* If our quota has been met we can stop here */
2181                 if (nr_pages >= nr_pages_needed)
2182                         break;
2183         }
2184
2185         pgdat->first_deferred_pfn = spfn;
2186         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2187
2188         return nr_pages > 0;
2189 }
2190
2191 /*
2192  * deferred_grow_zone() is __init, but it is called from
2193  * get_page_from_freelist() during early boot until deferred_pages permanently
2194  * disables this call. This is why we have refdata wrapper to avoid warning,
2195  * and to ensure that the function body gets unloaded.
2196  */
2197 static bool __ref
2198 _deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
2199 {
2200         return deferred_grow_zone(zone, order);
2201 }
2202
2203 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
2204
2205 void __init page_alloc_init_late(void)
2206 {
2207         struct zone *zone;
2208         int nid;
2209
2210 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
2211
2212         /* There will be num_node_state(N_MEMORY) threads */
2213         atomic_set(&pgdat_init_n_undone, num_node_state(N_MEMORY));
2214         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
2215                 kthread_run(deferred_init_memmap, NODE_DATA(nid), "pgdatinit%d", nid);
2216         }
2217
2218         /* Block until all are initialised */
2219         wait_for_completion(&pgdat_init_all_done_comp);
2220
2221         /*
2222          * We initialized the rest of the deferred pages.  Permanently disable
2223          * on-demand struct page initialization.
2224          */
2225         static_branch_disable(&deferred_pages);
2226
2227         /* Reinit limits that are based on free pages after the kernel is up */
2228         files_maxfiles_init();
2229 #endif
2230
2231         buffer_init();
2232
2233         /* Discard memblock private memory */
2234         memblock_discard();
2235
2236         for_each_node_state(nid, N_MEMORY)
2237                 shuffle_free_memory(NODE_DATA(nid));
2238
2239         for_each_populated_zone(zone)
2240                 set_zone_contiguous(zone);
2241 }
2242
2243 #ifdef CONFIG_CMA
2244 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
2245 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
2246 {
2247         unsigned i = pageblock_nr_pages;
2248         struct page *p = page;
2249
2250         do {
2251                 __ClearPageReserved(p);
2252                 set_page_count(p, 0);
2253         } while (++p, --i);
2254
2255         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
2256
2257         if (pageblock_order >= MAX_ORDER) {
2258                 i = pageblock_nr_pages;
2259                 p = page;
2260                 do {
2261                         set_page_refcounted(p);
2262                         __free_pages(p, MAX_ORDER - 1);
2263                         p += MAX_ORDER_NR_PAGES;
2264                 } while (i -= MAX_ORDER_NR_PAGES);
2265         } else {
2266                 set_page_refcounted(page);
2267                 __free_pages(page, pageblock_order);
2268         }
2269
2270         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
2271         page_zone(page)->cma_pages += pageblock_nr_pages;
2272 }
2273 #endif
2274
2275 /*
2276  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
2277  * Please do not alter this order without good reasons and regression
2278  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
2279  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
2280  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
2281  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
2282  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
2283  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
2284  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
2285  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
2286  *
2287  * -- nyc
2288  */
2289 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
2290         int low, int high, int migratetype)
2291 {
2292         unsigned long size = 1 << high;
2293
2294         while (high > low) {
2295                 high--;
2296                 size >>= 1;
2297                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
2298
2299                 /*
2300                  * Mark as guard pages (or page), that will allow to
2301                  * merge back to allocator when buddy will be freed.
2302                  * Corresponding page table entries will not be touched,
2303                  * pages will stay not present in virtual address space
2304                  */
2305                 if (set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype))
2306                         continue;
2307
2308                 add_to_free_list(&page[size], zone, high, migratetype);
2309                 set_buddy_order(&page[size], high);
2310         }
2311 }
2312
2313 static void check_new_page_bad(struct page *page)
2314 {
2315         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
2316                 /* Don't complain about hwpoisoned pages */
2317                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
2318                 return;
2319         }
2320
2321         bad_page(page,
2322                  page_bad_reason(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP));
2323 }
2324
2325 /*
2326  * This page is about to be returned from the page allocator
2327  */
2328 static inline int check_new_page(struct page *page)
2329 {
2330         if (likely(page_expected_state(page,
2331                                 PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP|__PG_HWPOISON)))
2332                 return 0;
2333
2334         check_new_page_bad(page);
2335         return 1;
2336 }
2337
2338 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
2339 /*
2340  * With DEBUG_VM enabled, order-0 pages are checked for expected state when
2341  * being allocated from pcp lists. With debug_pagealloc also enabled, they are
2342  * also checked when pcp lists are refilled from the free lists.
2343  */
2344 static inline bool check_pcp_refill(struct page *page)
2345 {
2346         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2347                 return check_new_page(page);
2348         else
2349                 return false;
2350 }
2351
2352 static inline bool check_new_pcp(struct page *page)
2353 {
2354         return check_new_page(page);
2355 }
2356 #else
2357 /*
2358  * With DEBUG_VM disabled, free order-0 pages are checked for expected state
2359  * when pcp lists are being refilled from the free lists. With debug_pagealloc
2360  * enabled, they are also checked when being allocated from the pcp lists.
2361  */
2362 static inline bool check_pcp_refill(struct page *page)
2363 {
2364         return check_new_page(page);
2365 }
2366 static inline bool check_new_pcp(struct page *page)
2367 {
2368         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2369                 return check_new_page(page);
2370         else
2371                 return false;
2372 }
2373 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
2374
2375 static bool check_new_pages(struct page *page, unsigned int order)
2376 {
2377         int i;
2378         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
2379                 struct page *p = page + i;
2380
2381                 if (unlikely(check_new_page(p)))
2382                         return true;
2383         }
2384
2385         return false;
2386 }
2387
2388 inline void post_alloc_hook(struct page *page, unsigned int order,
2389                                 gfp_t gfp_flags)
2390 {
2391         set_page_private(page, 0);
2392         set_page_refcounted(page);
2393
2394         arch_alloc_page(page, order);
2395         debug_pagealloc_map_pages(page, 1 << order);
2396
2397         /*
2398          * Page unpoisoning must happen before memory initialization.
2399          * Otherwise, the poison pattern will be overwritten for __GFP_ZERO
2400          * allocations and the page unpoisoning code will complain.
2401          */
2402         kernel_unpoison_pages(page, 1 << order);
2403
2404         /*
2405          * As memory initialization might be integrated into KASAN,
2406          * kasan_alloc_pages and kernel_init_free_pages must be
2407          * kept together to avoid discrepancies in behavior.
2408          */
2409         if (kasan_has_integrated_init()) {
2410                 kasan_alloc_pages(page, order, gfp_flags);
2411         } else {
2412                 bool init = !want_init_on_free() && want_init_on_alloc(gfp_flags);
2413
2414                 kasan_unpoison_pages(page, order, init);
2415                 if (init)
2416                         kernel_init_free_pages(page, 1 << order,
2417                                                gfp_flags & __GFP_ZEROTAGS);
2418         }
2419
2420         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
2421 }
2422
2423 static void prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
2424                                                         unsigned int alloc_flags)
2425 {
2426         post_alloc_hook(page, order, gfp_flags);
2427
2428         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
2429                 prep_compound_page(page, order);
2430
2431         /*
2432          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
2433          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
2434          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
2435          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
2436          */
2437         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
2438                 set_page_pfmemalloc(page);
2439         else
2440                 clear_page_pfmemalloc(page);
2441 }
2442
2443 /*
2444  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
2445  * the smallest available page from the freelists
2446  */
2447 static __always_inline
2448 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
2449                                                 int migratetype)
2450 {
2451         unsigned int current_order;
2452         struct free_area *area;
2453         struct page *page;
2454
2455         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
2456         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
2457                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2458                 page = get_page_from_free_area(area, migratetype);
2459                 if (!page)
2460                         continue;
2461                 del_page_from_free_list(page, zone, current_order);
2462                 expand(zone, page, order, current_order, migratetype);
2463                 set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2464                 return page;
2465         }
2466
2467         return NULL;
2468 }
2469
2470
2471 /*
2472  * This array describes the order lists are fallen back to when
2473  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
2474  */
2475 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][3] = {
2476         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2477         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_TYPES },
2478         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2479 #ifdef CONFIG_CMA
2480         [MIGRATE_CMA]         = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
2481 #endif
2482 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
2483         [MIGRATE_ISOLATE]     = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
2484 #endif
2485 };
2486
2487 #ifdef CONFIG_CMA
2488 static __always_inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2489                                         unsigned int order)
2490 {
2491         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
2492 }
2493 #else
2494 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2495                                         unsigned int order) { return NULL; }
2496 #endif
2497
2498 /*
2499  * Move the free pages in a range to the freelist tail of the requested type.
2500  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
2501  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
2502  */
2503 static int move_freepages(struct zone *zone,
2504                           unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn,
2505                           int migratetype, int *num_movable)
2506 {
2507         struct page *page;
2508         unsigned long pfn;
2509         unsigned int order;
2510         int pages_moved = 0;
2511
2512         for (pfn = start_pfn; pfn <= end_pfn;) {
2513                 page = pfn_to_page(pfn);
2514                 if (!PageBuddy(page)) {
2515                         /*
2516                          * We assume that pages that could be isolated for
2517                          * migration are movable. But we don't actually try
2518                          * isolating, as that would be expensive.
2519                          */
2520                         if (num_movable &&
2521                                         (PageLRU(page) || __PageMovable(page)))
2522                                 (*num_movable)++;
2523                         pfn++;
2524                         continue;
2525                 }
2526
2527                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
2528                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
2529                 VM_BUG_ON_PAGE(page_zone(page) != zone, page);
2530
2531                 order = buddy_order(page);
2532                 move_to_free_list(page, zone, order, migratetype);
2533                 pfn += 1 << order;
2534                 pages_moved += 1 << order;
2535         }
2536
2537         return pages_moved;
2538 }
2539
2540 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
2541                                 int migratetype, int *num_movable)
2542 {
2543         unsigned long start_pfn, end_pfn, pfn;
2544
2545         if (num_movable)
2546                 *num_movable = 0;
2547
2548         pfn = page_to_pfn(page);
2549         start_pfn = pfn & ~(pageblock_nr_pages - 1);
2550         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
2551
2552         /* Do not cross zone boundaries */
2553         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
2554                 start_pfn = pfn;
2555         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
2556                 return 0;
2557
2558         return move_freepages(zone, start_pfn, end_pfn, migratetype,
2559                                                                 num_movable);
2560 }
2561
2562 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
2563                                         int start_order, int migratetype)
2564 {
2565         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
2566
2567         while (nr_pageblocks--) {
2568                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
2569                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
2570         }
2571 }
2572
2573 /*
2574  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
2575  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
2576  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
2577  *
2578  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
2579  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
2580  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
2581  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
2582  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
2583  * pageblocks.
2584  */
2585 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
2586 {
2587         /*
2588          * Leaving this order check is intended, although there is
2589          * relaxed order check in next check. The reason is that
2590          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
2591          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
2592          * so could be changed anytime.
2593          */
2594         if (order >= pageblock_order)
2595                 return true;
2596
2597         if (order >= pageblock_order / 2 ||
2598                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
2599                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
2600                 page_group_by_mobility_disabled)
2601                 return true;
2602
2603         return false;
2604 }
2605
2606 static inline bool boost_watermark(struct zone *zone)
2607 {
2608         unsigned long max_boost;
2609
2610         if (!watermark_boost_factor)
2611                 return false;
2612         /*
2613          * Don't bother in zones that are unlikely to produce results.
2614          * On small machines, including kdump capture kernels running
2615          * in a small area, boosting the watermark can cause an out of
2616          * memory situation immediately.
2617          */
2618         if ((pageblock_nr_pages * 4) > zone_managed_pages(zone))
2619                 return false;
2620
2621         max_boost = mult_frac(zone->_watermark[WMARK_HIGH],
2622                         watermark_boost_factor, 10000);
2623
2624         /*
2625          * high watermark may be uninitialised if fragmentation occurs
2626          * very early in boot so do not boost. We do not fall
2627          * through and boost by pageblock_nr_pages as failing
2628          * allocations that early means that reclaim is not going
2629          * to help and it may even be impossible to reclaim the
2630          * boosted watermark resulting in a hang.
2631          */
2632         if (!max_boost)
2633                 return false;
2634
2635         max_boost = max(pageblock_nr_pages, max_boost);
2636
2637         zone->watermark_boost = min(zone->watermark_boost + pageblock_nr_pages,
2638                 max_boost);
2639
2640         return true;
2641 }
2642
2643 /*
2644  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
2645  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
2646  * pageblock to our migratetype and determine how many already-allocated pages
2647  * are there in the pageblock with a compatible migratetype. If at least half
2648  * of pages are free or compatible, we can change migratetype of the pageblock
2649  * itself, so pages freed in the future will be put on the correct free list.
2650  */
2651 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
2652                 unsigned int alloc_flags, int start_type, bool whole_block)
2653 {
2654         unsigned int current_order = buddy_order(page);
2655         int free_pages, movable_pages, alike_pages;
2656         int old_block_type;
2657
2658         old_block_type = get_pageblock_migratetype(page);
2659
2660         /*
2661          * This can happen due to races and we want to prevent broken
2662          * highatomic accounting.
2663          */
2664         if (is_migrate_highatomic(old_block_type))
2665                 goto single_page;
2666
2667         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
2668         if (current_order >= pageblock_order) {
2669                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
2670                 goto single_page;
2671         }
2672
2673         /*
2674          * Boost watermarks to increase reclaim pressure to reduce the
2675          * likelihood of future fallbacks. Wake kswapd now as the node
2676          * may be balanced overall and kswapd will not wake naturally.
2677          */
2678         if (boost_watermark(zone) && (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD))
2679                 set_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
2680
2681         /* We are not allowed to try stealing from the whole block */
2682         if (!whole_block)
2683                 goto single_page;
2684
2685         free_pages = move_freepages_block(zone, page, start_type,
2686                                                 &movable_pages);
2687         /*
2688          * Determine how many pages are compatible with our allocation.
2689          * For movable allocation, it's the number of movable pages which
2690          * we just obtained. For other types it's a bit more tricky.
2691          */
2692         if (start_type == MIGRATE_MOVABLE) {
2693                 alike_pages = movable_pages;
2694         } else {
2695                 /*
2696                  * If we are falling back a RECLAIMABLE or UNMOVABLE allocation
2697                  * to MOVABLE pageblock, consider all non-movable pages as
2698                  * compatible. If it's UNMOVABLE falling back to RECLAIMABLE or
2699                  * vice versa, be conservative since we can't distinguish the
2700                  * exact migratetype of non-movable pages.
2701                  */
2702                 if (old_block_type == MIGRATE_MOVABLE)
2703                         alike_pages = pageblock_nr_pages
2704                                                 - (free_pages + movable_pages);
2705                 else
2706                         alike_pages = 0;
2707         }
2708
2709         /* moving whole block can fail due to zone boundary conditions */
2710         if (!free_pages)
2711                 goto single_page;
2712
2713         /*
2714          * If a sufficient number of pages in the block are either free or of
2715          * comparable migratability as our allocation, claim the whole block.
2716          */
2717         if (free_pages + alike_pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
2718                         page_group_by_mobility_disabled)
2719                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
2720
2721         return;
2722
2723 single_page:
2724         move_to_free_list(page, zone, current_order, start_type);
2725 }
2726
2727 /*
2728  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
2729  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
2730  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
2731  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
2732  */
2733 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
2734                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
2735 {
2736         int i;
2737         int fallback_mt;
2738
2739         if (area->nr_free == 0)
2740                 return -1;
2741
2742         *can_steal = false;
2743         for (i = 0;; i++) {
2744                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
2745                 if (fallback_mt == MIGRATE_TYPES)
2746                         break;
2747
2748                 if (free_area_empty(area, fallback_mt))
2749                         continue;
2750
2751                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
2752                         *can_steal = true;
2753
2754                 if (!only_stealable)
2755                         return fallback_mt;
2756
2757                 if (*can_steal)
2758                         return fallback_mt;
2759         }
2760
2761         return -1;
2762 }
2763
2764 /*
2765  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
2766  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
2767  */
2768 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone,
2769                                 unsigned int alloc_order)
2770 {
2771         int mt;
2772         unsigned long max_managed, flags;
2773
2774         /*
2775          * Limit the number reserved to 1 pageblock or roughly 1% of a zone.
2776          * Check is race-prone but harmless.
2777          */
2778         max_managed = (zone_managed_pages(zone) / 100) + pageblock_nr_pages;
2779         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2780                 return;
2781
2782         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2783
2784         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
2785         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2786                 goto out_unlock;
2787
2788         /* Yoink! */
2789         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2790         if (!is_migrate_highatomic(mt) && !is_migrate_isolate(mt)
2791             && !is_migrate_cma(mt)) {
2792                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
2793                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2794                 move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_HIGHATOMIC, NULL);
2795         }
2796
2797 out_unlock:
2798         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2799 }
2800
2801 /*
2802  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
2803  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
2804  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
2805  * to recover from than an OOM.
2806  *
2807  * If @force is true, try to unreserve a pageblock even though highatomic
2808  * pageblock is exhausted.
2809  */
2810 static bool unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac,
2811                                                 bool force)
2812 {
2813         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2814         unsigned long flags;
2815         struct zoneref *z;
2816         struct zone *zone;
2817         struct page *page;
2818         int order;
2819         bool ret;
2820
2821         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->highest_zoneidx,
2822                                                                 ac->nodemask) {
2823                 /*
2824                  * Preserve at least one pageblock unless memory pressure
2825                  * is really high.
2826                  */
2827                 if (!force && zone->nr_reserved_highatomic <=
2828                                         pageblock_nr_pages)
2829                         continue;
2830
2831                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2832                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
2833                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
2834
2835                         page = get_page_from_free_area(area, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2836                         if (!page)
2837                                 continue;
2838
2839                         /*
2840                          * In page freeing path, migratetype change is racy so
2841                          * we can counter several free pages in a pageblock
2842                          * in this loop although we changed the pageblock type
2843                          * from highatomic to ac->migratetype. So we should
2844                          * adjust the count once.
2845                          */
2846                         if (is_migrate_highatomic_page(page)) {
2847                                 /*
2848                                  * It should never happen but changes to
2849                                  * locking could inadvertently allow a per-cpu
2850                                  * drain to add pages to MIGRATE_HIGHATOMIC
2851                                  * while unreserving so be safe and watch for
2852                                  * underflows.
2853                                  */
2854                                 zone->nr_reserved_highatomic -= min(
2855                                                 pageblock_nr_pages,
2856                                                 zone->nr_reserved_highatomic);
2857                         }
2858
2859                         /*
2860                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
2861                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
2862                          * is doing the work and needs the pages. More
2863                          * importantly, if the block was always converted to
2864                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
2865                          * of pageblocks that cannot be completely freed
2866                          * may increase.
2867                          */
2868                         set_pageblock_migratetype(page, ac->migratetype);
2869                         ret = move_freepages_block(zone, page, ac->migratetype,
2870                                                                         NULL);
2871                         if (ret) {
2872                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2873                                 return ret;
2874                         }
2875                 }
2876                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2877         }
2878
2879         return false;
2880 }
2881
2882 /*
2883  * Try finding a free buddy page on the fallback list and put it on the free
2884  * list of requested migratetype, possibly along with other pages from the same
2885  * block, depending on fragmentation avoidance heuristics. Returns true if
2886  * fallback was found so that __rmqueue_smallest() can grab it.
2887  *
2888  * The use of signed ints for order and current_order is a deliberate
2889  * deviation from the rest of this file, to make the for loop
2890  * condition simpler.
2891  */
2892 static __always_inline bool
2893 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, int order, int start_migratetype,
2894                                                 unsigned int alloc_flags)
2895 {
2896         struct free_area *area;
2897         int current_order;
2898         int min_order = order;
2899         struct page *page;
2900         int fallback_mt;
2901         bool can_steal;
2902
2903         /*
2904          * Do not steal pages from freelists belonging to other pageblocks
2905          * i.e. orders < pageblock_order. If there are no local zones free,
2906          * the zonelists will be reiterated without ALLOC_NOFRAGMENT.
2907          */
2908         if (alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT)
2909                 min_order = pageblock_order;
2910
2911         /*
2912          * Find the largest available free page in the other list. This roughly
2913          * approximates finding the pageblock with the most free pages, which
2914          * would be too costly to do exactly.
2915          */
2916         for (current_order = MAX_ORDER - 1; current_order >= min_order;
2917                                 --current_order) {
2918                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2919                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2920                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2921                 if (fallback_mt == -1)
2922                         continue;
2923
2924                 /*
2925                  * We cannot steal all free pages from the pageblock and the
2926                  * requested migratetype is movable. In that case it's better to
2927                  * steal and split the smallest available page instead of the
2928                  * largest available page, because even if the next movable
2929                  * allocation falls back into a different pageblock than this
2930                  * one, it won't cause permanent fragmentation.
2931                  */
2932                 if (!can_steal && start_migratetype == MIGRATE_MOVABLE
2933                                         && current_order > order)
2934                         goto find_smallest;
2935
2936                 goto do_steal;
2937         }
2938
2939         return false;
2940
2941 find_smallest:
2942         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER;
2943                                                         current_order++) {
2944                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2945                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2946                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2947                 if (fallback_mt != -1)
2948                         break;
2949         }
2950
2951         /*
2952          * This should not happen - we already found a suitable fallback
2953          * when looking for the largest page.
2954          */
2955         VM_BUG_ON(current_order == MAX_ORDER);
2956
2957 do_steal:
2958         page = get_page_from_free_area(area, fallback_mt);
2959
2960         steal_suitable_fallback(zone, page, alloc_flags, start_migratetype,
2961                                                                 can_steal);
2962
2963         trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
2964                 start_migratetype, fallback_mt);
2965
2966         return true;
2967
2968 }
2969
2970 /*
2971  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
2972  * Call me with the zone->lock already held.
2973  */
2974 static __always_inline struct page *
2975 __rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order, int migratetype,
2976                                                 unsigned int alloc_flags)
2977 {
2978         struct page *page;
2979
2980         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA)) {
2981                 /*
2982                  * Balance movable allocations between regular and CMA areas by
2983                  * allocating from CMA when over half of the zone's free memory
2984                  * is in the CMA area.
2985                  */
2986                 if (alloc_flags & ALLOC_CMA &&
2987                     zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES) >
2988                     zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES) / 2) {
2989                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2990                         if (page)
2991                                 goto out;
2992                 }
2993         }
2994 retry:
2995         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
2996         if (unlikely(!page)) {
2997                 if (alloc_flags & ALLOC_CMA)
2998                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2999
3000                 if (!page && __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype,
3001                                                                 alloc_flags))
3002                         goto retry;
3003         }
3004 out:
3005         if (page)
3006                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
3007         return page;
3008 }
3009
3010 /*
3011  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
3012  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
3013  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
3014  */
3015 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
3016                         unsigned long count, struct list_head *list,
3017                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
3018 {
3019         int i, allocated = 0;
3020
3021         /*
3022          * local_lock_irq held so equivalent to spin_lock_irqsave for
3023          * both PREEMPT_RT and non-PREEMPT_RT configurations.
3024          */
3025         spin_lock(&zone->lock);
3026         for (i = 0; i < count; ++i) {
3027                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype,
3028                                                                 alloc_flags);
3029                 if (unlikely(page == NULL))
3030                         break;
3031
3032                 if (unlikely(check_pcp_refill(page)))
3033                         continue;
3034
3035                 /*
3036                  * Split buddy pages returned by expand() are received here in
3037                  * physical page order. The page is added to the tail of
3038                  * caller's list. From the callers perspective, the linked list
3039                  * is ordered by page number under some conditions. This is
3040                  * useful for IO devices that can forward direction from the
3041                  * head, thus also in the physical page order. This is useful
3042                  * for IO devices that can merge IO requests if the physical
3043                  * pages are ordered properly.
3044                  */
3045                 list_add_tail(&page->lru, list);
3046                 allocated++;
3047                 if (is_migrate_cma(get_pcppage_migratetype(page)))
3048                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
3049                                               -(1 << order));
3050         }
3051
3052         /*
3053          * i pages were removed from the buddy list even if some leak due
3054          * to check_pcp_refill failing so adjust NR_FREE_PAGES based
3055          * on i. Do not confuse with 'allocated' which is the number of
3056          * pages added to the pcp list.
3057          */
3058         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
3059         spin_unlock(&zone->lock);
3060         return allocated;
3061 }
3062
3063 #ifdef CONFIG_NUMA
3064 /*
3065  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
3066  * currently executing processor on remote nodes after they have
3067  * expired.
3068  *
3069  * Note that this function must be called with the thread pinned to
3070  * a single processor.
3071  */
3072 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
3073 {
3074         unsigned long flags;
3075         int to_drain, batch;
3076
3077         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3078         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
3079         to_drain = min(pcp->count, batch);
3080         if (to_drain > 0)
3081                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp);
3082         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3083 }
3084 #endif
3085
3086 /*
3087  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
3088  *
3089  * The processor must either be the current processor and the
3090  * thread pinned to the current processor or a processor that
3091  * is not online.
3092  */
3093 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
3094 {
3095         unsigned long flags;
3096         struct per_cpu_pages *pcp;
3097
3098         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3099
3100         pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
3101         if (pcp->count)
3102                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp);
3103
3104         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3105 }
3106
3107 /*
3108  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
3109  *
3110  * The processor must either be the current processor and the
3111  * thread pinned to the current processor or a processor that
3112  * is not online.
3113  */
3114 static void drain_pages(unsigned int cpu)
3115 {
3116         struct zone *zone;
3117
3118         for_each_populated_zone(zone) {
3119                 drain_pages_zone(cpu, zone);
3120         }
3121 }
3122
3123 /*
3124  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
3125  *
3126  * The CPU has to be pinned. When zone parameter is non-NULL, spill just
3127  * the single zone's pages.
3128  */
3129 void drain_local_pages(struct zone *zone)
3130 {
3131         int cpu = smp_processor_id();
3132
3133         if (zone)
3134                 drain_pages_zone(cpu, zone);
3135         else
3136                 drain_pages(cpu);
3137 }
3138
3139 static void drain_local_pages_wq(struct work_struct *work)
3140 {
3141         struct pcpu_drain *drain;
3142
3143         drain = container_of(work, struct pcpu_drain, work);
3144
3145         /*
3146          * drain_all_pages doesn't use proper cpu hotplug protection so
3147          * we can race with cpu offline when the WQ can move this from
3148          * a cpu pinned worker to an unbound one. We can operate on a different
3149          * cpu which is alright but we also have to make sure to not move to
3150          * a different one.
3151          */
3152         preempt_disable();
3153         drain_local_pages(drain->zone);
3154         preempt_enable();
3155 }
3156
3157 /*
3158  * The implementation of drain_all_pages(), exposing an extra parameter to
3159  * drain on all cpus.
3160  *
3161  * drain_all_pages() is optimized to only execute on cpus where pcplists are
3162  * not empty. The check for non-emptiness can however race with a free to
3163  * pcplist that has not yet increased the pcp->count from 0 to 1. Callers
3164  * that need the guarantee that every CPU has drained can disable the
3165  * optimizing racy check.
3166  */
3167 static void __drain_all_pages(struct zone *zone, bool force_all_cpus)
3168 {
3169         int cpu;
3170
3171         /*
3172          * Allocate in the BSS so we won't require allocation in
3173          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
3174          */
3175         static cpumask_t cpus_with_pcps;
3176
3177         /*
3178          * Make sure nobody triggers this path before mm_percpu_wq is fully
3179          * initialized.
3180          */
3181         if (WARN_ON_ONCE(!mm_percpu_wq))
3182                 return;
3183
3184         /*
3185          * Do not drain if one is already in progress unless it's specific to
3186          * a zone. Such callers are primarily CMA and memory hotplug and need
3187          * the drain to be complete when the call returns.
3188          */
3189         if (unlikely(!mutex_trylock(&pcpu_drain_mutex))) {
3190                 if (!zone)
3191                         return;
3192                 mutex_lock(&pcpu_drain_mutex);
3193         }
3194
3195         /*
3196          * We don't care about racing with CPU hotplug event
3197          * as offline notification will cause the notified
3198          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
3199          * disables preemption as part of its processing
3200          */
3201         for_each_online_cpu(cpu) {
3202                 struct per_cpu_pages *pcp;
3203                 struct zone *z;
3204                 bool has_pcps = false;
3205
3206                 if (force_all_cpus) {
3207                         /*
3208                          * The pcp.count check is racy, some callers need a
3209                          * guarantee that no cpu is missed.
3210                          */
3211                         has_pcps = true;
3212                 } else if (zone) {
3213                         pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
3214                         if (pcp->count)
3215                                 has_pcps = true;
3216                 } else {
3217                         for_each_populated_zone(z) {
3218                                 pcp = per_cpu_ptr(z->per_cpu_pageset, cpu);
3219                                 if (pcp->count) {
3220                                         has_pcps = true;
3221                                         break;
3222                                 }
3223                         }
3224                 }
3225
3226                 if (has_pcps)
3227                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
3228                 else
3229                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
3230         }
3231
3232         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps) {
3233                 struct pcpu_drain *drain = per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu);
3234
3235                 drain->zone = zone;
3236                 INIT_WORK(&drain->work, drain_local_pages_wq);
3237                 queue_work_on(cpu, mm_percpu_wq, &drain->work);
3238         }
3239         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps)
3240                 flush_work(&per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu)->work);
3241
3242         mutex_unlock(&pcpu_drain_mutex);
3243 }
3244
3245 /*
3246  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
3247  *
3248  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
3249  *
3250  * Note that this can be extremely slow as the draining happens in a workqueue.
3251  */
3252 void drain_all_pages(struct zone *zone)
3253 {
3254         __drain_all_pages(zone, false);
3255 }
3256
3257 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
3258
3259 /*
3260  * Touch the watchdog for every WD_PAGE_COUNT pages.
3261  */
3262 #define WD_PAGE_COUNT   (128*1024)
3263
3264 void mark_free_pages(struct zone *zone)
3265 {
3266         unsigned long pfn, max_zone_pfn, page_count = WD_PAGE_COUNT;
3267         unsigned long flags;
3268         unsigned int order, t;
3269         struct page *page;
3270
3271         if (zone_is_empty(zone))
3272                 return;
3273
3274         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3275
3276         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
3277         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
3278                 if (pfn_valid(pfn)) {
3279                         page = pfn_to_page(pfn);
3280
3281                         if (!--page_count) {
3282                                 touch_nmi_watchdog();
3283                                 page_count = WD_PAGE_COUNT;
3284                         }
3285
3286                         if (page_zone(page) != zone)
3287                                 continue;
3288
3289                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
3290                                 swsusp_unset_page_free(page);
3291                 }
3292
3293         for_each_migratetype_order(order, t) {
3294                 list_for_each_entry(page,
3295                                 &zone->free_area[order].free_list[t], lru) {
3296                         unsigned long i;
3297
3298                         pfn = page_to_pfn(page);
3299                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++) {
3300                                 if (!--page_count) {
3301                                         touch_nmi_watchdog();
3302                                         page_count = WD_PAGE_COUNT;
3303                                 }
3304                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
3305                         }
3306                 }
3307         }
3308         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3309 }
3310 #endif /* CONFIG_PM */
3311
3312 static bool free_unref_page_prepare(struct page *page, unsigned long pfn,
3313                                                         unsigned int order)
3314 {
3315         int migratetype;
3316
3317         if (!free_pcp_prepare(page, order))
3318                 return false;
3319
3320         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
3321         set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
3322         return true;
3323 }
3324
3325 static int nr_pcp_free(struct per_cpu_pages *pcp, int high, int batch)
3326 {
3327         int min_nr_free, max_nr_free;
3328
3329         /* Check for PCP disabled or boot pageset */
3330         if (unlikely(high < batch))
3331                 return 1;
3332
3333         /* Leave at least pcp->batch pages on the list */
3334         min_nr_free = batch;
3335         max_nr_free = high - batch;
3336
3337         /*
3338          * Double the number of pages freed each time there is subsequent
3339          * freeing of pages without any allocation.
3340          */
3341         batch <<= pcp->free_factor;
3342         if (batch < max_nr_free)
3343                 pcp->free_factor++;
3344         batch = clamp(batch, min_nr_free, max_nr_free);
3345
3346         return batch;
3347 }
3348
3349 static int nr_pcp_high(struct per_cpu_pages *pcp, struct zone *zone)
3350 {
3351         int high = READ_ONCE(pcp->high);
3352
3353         if (unlikely(!high))
3354                 return 0;
3355
3356         if (!test_bit(ZONE_RECLAIM_ACTIVE, &zone->flags))
3357                 return high;
3358
3359         /*
3360          * If reclaim is active, limit the number of pages that can be
3361          * stored on pcp lists
3362          */
3363         return min(READ_ONCE(pcp->batch) << 2, high);
3364 }
3365
3366 static void free_unref_page_commit(struct page *page, unsigned long pfn,
3367                                    int migratetype, unsigned int order)
3368 {
3369         struct zone *zone = page_zone(page);
3370         struct per_cpu_pages *pcp;
3371         int high;
3372         int pindex;
3373
3374         __count_vm_event(PGFREE);
3375         pcp = this_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset);
3376         pindex = order_to_pindex(migratetype, order);
3377         list_add(&page->lru, &pcp->lists[pindex]);
3378         pcp->count += 1 << order;
3379         high = nr_pcp_high(pcp, zone);
3380         if (pcp->count >= high) {
3381                 int batch = READ_ONCE(pcp->batch);
3382
3383                 free_pcppages_bulk(zone, nr_pcp_free(pcp, high, batch), pcp);
3384         }
3385 }
3386
3387 /*
3388  * Free a pcp page
3389  */
3390 void free_unref_page(struct page *page, unsigned int order)
3391 {
3392         unsigned long flags;
3393         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
3394         int migratetype;
3395
3396         if (!free_unref_page_prepare(page, pfn, order))
3397                 return;
3398
3399         /*
3400          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
3401          * Place ISOLATE pages on the isolated list because they are being
3402          * offlined but treat HIGHATOMIC as movable pages so we can get those
3403          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
3404          * excessively into the page allocator
3405          */
3406         migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
3407         if (unlikely(migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES)) {
3408                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
3409                         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype, FPI_NONE);
3410                         return;
3411                 }
3412                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
3413         }
3414
3415         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3416         free_unref_page_commit(page, pfn, migratetype, order);
3417         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3418 }
3419
3420 /*
3421  * Free a list of 0-order pages
3422  */
3423 void free_unref_page_list(struct list_head *list)
3424 {
3425         struct page *page, *next;
3426         unsigned long flags, pfn;
3427         int batch_count = 0;
3428         int migratetype;
3429
3430         /* Prepare pages for freeing */
3431         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
3432                 pfn = page_to_pfn(page);
3433                 if (!free_unref_page_prepare(page, pfn, 0)) {
3434                         list_del(&page->lru);
3435                         continue;
3436                 }
3437
3438                 /*
3439                  * Free isolated pages directly to the allocator, see
3440                  * comment in free_unref_page.
3441                  */
3442                 migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
3443                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
3444                         list_del(&page->lru);
3445                         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, 0, migratetype, FPI_NONE);
3446                         continue;
3447                 }
3448
3449                 set_page_private(page, pfn);
3450         }
3451
3452         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3453         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
3454                 pfn = page_private(page);
3455                 set_page_private(page, 0);
3456
3457                 /*
3458                  * Non-isolated types over MIGRATE_PCPTYPES get added
3459                  * to the MIGRATE_MOVABLE pcp list.
3460                  */
3461                 migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
3462                 if (unlikely(migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES))
3463                         migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
3464
3465                 trace_mm_page_free_batched(page);
3466                 free_unref_page_commit(page, pfn, migratetype, 0);
3467
3468                 /*
3469                  * Guard against excessive IRQ disabled times when we get
3470                  * a large list of pages to free.
3471                  */
3472                 if (++batch_count == SWAP_CLUSTER_MAX) {
3473                         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3474                         batch_count = 0;
3475                         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3476                 }
3477         }
3478         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3479 }
3480
3481 /*
3482  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
3483  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
3484  * Each sub-page must be freed individually.
3485  *
3486  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
3487  * Please consult with lkml before using this in your driver.
3488  */
3489 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
3490 {
3491         int i;
3492
3493         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
3494         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
3495
3496         for (i = 1; i < (1 << order); i++)
3497                 set_page_refcounted(page + i);
3498         split_page_owner(page, 1 << order);
3499         split_page_memcg(page, 1 << order);
3500 }
3501 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
3502
3503 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
3504 {
3505         unsigned long watermark;
3506         struct zone *zone;
3507         int mt;
3508
3509         BUG_ON(!PageBuddy(page));
3510
3511         zone = page_zone(page);
3512         mt = get_pageblock_migratetype(page);
3513
3514         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
3515                 /*
3516                  * Obey watermarks as if the page was being allocated. We can
3517                  * emulate a high-order watermark check with a raised order-0
3518                  * watermark, because we already know our high-order page
3519                  * exists.
3520                  */
3521                 watermark = zone->_watermark[WMARK_MIN] + (1UL << order);
3522                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, ALLOC_CMA))
3523                         return 0;
3524
3525                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
3526         }
3527
3528         /* Remove page from free list */
3529
3530         del_page_from_free_list(page, zone, order);
3531
3532         /*
3533          * Set the pageblock if the isolated page is at least half of a
3534          * pageblock
3535          */
3536         if (order >= pageblock_order - 1) {
3537                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
3538                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
3539                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
3540                         if (!is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt)
3541                             && !is_migrate_highatomic(mt))
3542                                 set_pageblock_migratetype(page,
3543                                                           MIGRATE_MOVABLE);
3544                 }
3545         }
3546
3547
3548         return 1UL << order;
3549 }
3550
3551 /**
3552  * __putback_isolated_page - Return a now-isolated page back where we got it
3553  * @page: Page that was isolated
3554  * @order: Order of the isolated page
3555  * @mt: The page's pageblock's migratetype
3556  *
3557  * This function is meant to return a page pulled from the free lists via
3558  * __isolate_free_page back to the free lists they were pulled from.
3559  */
3560 void __putback_isolated_page(struct page *page, unsigned int order, int mt)
3561 {
3562         struct zone *zone = page_zone(page);
3563
3564         /* zone lock should be held when this function is called */
3565         lockdep_assert_held(&zone->lock);
3566
3567         /* Return isolated page to tail of freelist. */
3568         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, order, mt,
3569                         FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY | FPI_TO_TAIL);
3570 }
3571
3572 /*
3573  * Update NUMA hit/miss statistics
3574  *
3575  * Must be called with interrupts disabled.
3576  */
3577 static inline void zone_statistics(struct zone *preferred_zone, struct zone *z,
3578                                    long nr_account)
3579 {
3580 #ifdef CONFIG_NUMA
3581         enum numa_stat_item local_stat = NUMA_LOCAL;
3582
3583         /* skip numa counters update if numa stats is disabled */
3584         if (!static_branch_likely(&vm_numa_stat_key))
3585                 return;
3586
3587         if (zone_to_nid(z) != numa_node_id())
3588                 local_stat = NUMA_OTHER;
3589
3590         if (zone_to_nid(z) == zone_to_nid(preferred_zone))
3591                 __count_numa_events(z, NUMA_HIT, nr_account);
3592         else {
3593                 __count_numa_events(z, NUMA_MISS, nr_account);
3594                 __count_numa_events(preferred_zone, NUMA_FOREIGN, nr_account);
3595         }
3596         __count_numa_events(z, local_stat, nr_account);
3597 #endif
3598 }
3599
3600 /* Remove page from the per-cpu list, caller must protect the list */
3601 static inline
3602 struct page *__rmqueue_pcplist(struct zone *zone, unsigned int order,
3603                         int migratetype,
3604                         unsigned int alloc_flags,
3605                         struct per_cpu_pages *pcp,
3606                         struct list_head *list)
3607 {
3608         struct page *page;
3609
3610         do {
3611                 if (list_empty(list)) {
3612                         int batch = READ_ONCE(pcp->batch);
3613                         int alloced;
3614
3615                         /*
3616                          * Scale batch relative to order if batch implies
3617                          * free pages can be stored on the PCP. Batch can
3618                          * be 1 for small zones or for boot pagesets which
3619                          * should never store free pages as the pages may
3620                          * belong to arbitrary zones.
3621                          */
3622                         if (batch > 1)
3623                                 batch = max(batch >> order, 2);
3624                         alloced = rmqueue_bulk(zone, order,
3625                                         batch, list,
3626                                         migratetype, alloc_flags);
3627
3628                         pcp->count += alloced << order;
3629                         if (unlikely(list_empty(list)))
3630                                 return NULL;
3631                 }
3632
3633                 page = list_first_entry(list, struct page, lru);
3634                 list_del(&page->lru);
3635                 pcp->count -= 1 << order;
3636         } while (check_new_pcp(page));
3637
3638         return page;
3639 }
3640
3641 /* Lock and remove page from the per-cpu list */
3642 static struct page *rmqueue_pcplist(struct zone *preferred_zone,
3643                         struct zone *zone, unsigned int order,
3644                         gfp_t gfp_flags, int migratetype,
3645                         unsigned int alloc_flags)
3646 {
3647         struct per_cpu_pages *pcp;
3648         struct list_head *list;
3649         struct page *page;
3650         unsigned long flags;
3651
3652         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3653
3654         /*
3655          * On allocation, reduce the number of pages that are batch freed.
3656          * See nr_pcp_free() where free_factor is increased for subsequent
3657          * frees.
3658          */
3659         pcp = this_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset);
3660         pcp->free_factor >>= 1;
3661         list = &pcp->lists[order_to_pindex(migratetype, order)];
3662         page = __rmqueue_pcplist(zone, order, migratetype, alloc_flags, pcp, list);
3663         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3664         if (page) {
3665                 __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1);
3666                 zone_statistics(preferred_zone, zone, 1);
3667         }
3668         return page;
3669 }
3670
3671 /*
3672  * Allocate a page from the given zone. Use pcplists for order-0 allocations.
3673  */
3674 static inline
3675 struct page *rmqueue(struct zone *preferred_zone,
3676                         struct zone *zone, unsigned int order,
3677                         gfp_t gfp_flags, unsigned int alloc_flags,
3678                         int migratetype)
3679 {
3680         unsigned long flags;
3681         struct page *page;
3682
3683         if (likely(pcp_allowed_order(order))) {
3684                 /*
3685                  * MIGRATE_MOVABLE pcplist could have the pages on CMA area and
3686                  * we need to skip it when CMA area isn't allowed.
3687                  */
3688                 if (!IS_ENABLED(CONFIG_CMA) || alloc_flags & ALLOC_CMA ||
3689                                 migratetype != MIGRATE_MOVABLE) {
3690                         page = rmqueue_pcplist(preferred_zone, zone, order,
3691                                         gfp_flags, migratetype, alloc_flags);
3692                         goto out;
3693                 }
3694         }
3695
3696         /*
3697          * We most definitely don't want callers attempting to
3698          * allocate greater than order-1 page units with __GFP_NOFAIL.
3699          */
3700         WARN_ON_ONCE((gfp_flags & __GFP_NOFAIL) && (order > 1));
3701         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3702
3703         do {
3704                 page = NULL;
3705                 /*
3706                  * order-0 request can reach here when the pcplist is skipped
3707                  * due to non-CMA allocation context. HIGHATOMIC area is
3708                  * reserved for high-order atomic allocation, so order-0
3709                  * request should skip it.
3710                  */
3711                 if (order > 0 && alloc_flags & ALLOC_HARDER) {
3712                         page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
3713                         if (page)
3714                                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
3715                 }
3716                 if (!page)
3717                         page = __rmqueue(zone, order, migratetype, alloc_flags);
3718         } while (page && check_new_pages(page, order));
3719         if (!page)
3720                 goto failed;
3721
3722         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
3723                                   get_pcppage_migratetype(page));
3724         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3725
3726         __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
3727         zone_statistics(preferred_zone, zone, 1);
3728
3729 out:
3730         /* Separate test+clear to avoid unnecessary atomics */
3731         if (test_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags)) {
3732                 clear_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
3733                 wakeup_kswapd(zone, 0, 0, zone_idx(zone));
3734         }
3735
3736         VM_BUG_ON_PAGE(page && bad_range(zone, page), page);
3737         return page;
3738
3739 failed:
3740         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3741         return NULL;
3742 }
3743
3744 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
3745
3746 static struct {
3747         struct fault_attr attr;
3748
3749         bool ignore_gfp_highmem;
3750         bool ignore_gfp_reclaim;
3751         u32 min_order;
3752 } fail_page_alloc = {
3753         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
3754         .ignore_gfp_reclaim = true,
3755         .ignore_gfp_highmem = true,
3756         .min_order = 1,
3757 };
3758
3759 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
3760 {
3761         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
3762 }
3763 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
3764
3765 static bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3766 {
3767         if (order < fail_page_alloc.min_order)
3768                 return false;
3769         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3770                 return false;
3771         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
3772                 return false;
3773         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim &&
3774                         (gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3775                 return false;
3776
3777         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
3778 }
3779
3780 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
3781
3782 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
3783 {
3784         umode_t mode = S_IFREG | 0600;
3785         struct dentry *dir;
3786
3787         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
3788                                         &fail_page_alloc.attr);
3789
3790         debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
3791                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim);
3792         debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
3793                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem);
3794         debugfs_create_u32("min-order", mode, dir, &fail_page_alloc.min_order);
3795
3796         return 0;
3797 }
3798
3799 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
3800
3801 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
3802
3803 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3804
3805 static inline bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3806 {
3807         return false;
3808 }
3809
3810 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3811
3812 noinline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3813 {
3814         return __should_fail_alloc_page(gfp_mask, order);
3815 }
3816 ALLOW_ERROR_INJECTION(should_fail_alloc_page, TRUE);
3817
3818 static inline long __zone_watermark_unusable_free(struct zone *z,
3819                                 unsigned int order, unsigned int alloc_flags)
3820 {
3821         const bool alloc_harder = (alloc_flags & (ALLOC_HARDER|ALLOC_OOM));
3822         long unusable_free = (1 << order) - 1;
3823
3824         /*
3825          * If the caller does not have rights to ALLOC_HARDER then subtract
3826          * the high-atomic reserves. This will over-estimate the size of the
3827          * atomic reserve but it avoids a search.
3828          */
3829         if (likely(!alloc_harder))
3830                 unusable_free += z->nr_reserved_highatomic;
3831
3832 #ifdef CONFIG_CMA
3833         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
3834         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
3835                 unusable_free += zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
3836 #endif
3837
3838         return unusable_free;
3839 }
3840
3841 /*
3842  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
3843  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
3844  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
3845  * to check in the allocation paths if no pages are free.
3846  */
3847 bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3848                          int highest_zoneidx, unsigned int alloc_flags,
3849                          long free_pages)
3850 {
3851         long min = mark;
3852         int o;
3853         const bool alloc_harder = (alloc_flags & (ALLOC_HARDER|ALLOC_OOM));
3854
3855         /* free_pages may go negative - that's OK */
3856         free_pages -= __zone_watermark_unusable_free(z, order, alloc_flags);
3857
3858         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
3859                 min -= min / 2;
3860
3861         if (unlikely(alloc_harder)) {
3862                 /*
3863                  * OOM victims can try even harder than normal ALLOC_HARDER
3864                  * users on the grounds that it's definitely going to be in
3865                  * the exit path shortly and free memory. Any allocation it
3866                  * makes during the free path will be small and short-lived.
3867                  */
3868                 if (alloc_flags & ALLOC_OOM)
3869                         min -= min / 2;
3870                 else
3871                         min -= min / 4;
3872         }
3873
3874         /*
3875          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
3876          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
3877          * even if a suitable page happened to be free.
3878          */
3879         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[highest_zoneidx])
3880                 return false;
3881
3882         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
3883         if (!order)
3884                 return true;
3885
3886         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
3887         for (o = order; o < MAX_ORDER; o++) {
3888                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
3889                 int mt;
3890
3891                 if (!area->nr_free)
3892                         continue;
3893
3894                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
3895                         if (!free_area_empty(area, mt))
3896                                 return true;
3897                 }
3898
3899 #ifdef CONFIG_CMA
3900                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
3901                     !free_area_empty(area, MIGRATE_CMA)) {
3902                         return true;
3903                 }
3904 #endif
3905                 if (alloc_harder && !free_area_empty(area, MIGRATE_HIGHATOMIC))
3906                         return true;
3907         }
3908         return false;
3909 }
3910
3911 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3912                       int highest_zoneidx, unsigned int alloc_flags)
3913 {
3914         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, alloc_flags,
3915                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
3916 }
3917
3918 static inline bool zone_watermark_fast(struct zone *z, unsigned int order,
3919                                 unsigned long mark, int highest_zoneidx,
3920                                 unsigned int alloc_flags, gfp_t gfp_mask)
3921 {
3922         long free_pages;
3923
3924         free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3925
3926         /*
3927          * Fast check for order-0 only. If this fails then the reserves
3928          * need to be calculated.
3929          */
3930         if (!order) {
3931                 long fast_free;
3932
3933                 fast_free = free_pages;
3934                 fast_free -= __zone_watermark_unusable_free(z, 0, alloc_flags);
3935                 if (fast_free > mark + z->lowmem_reserve[highest_zoneidx])
3936                         return true;
3937         }
3938
3939         if (__zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, alloc_flags,
3940                                         free_pages))
3941                 return true;
3942         /*
3943          * Ignore watermark boosting for GFP_ATOMIC order-0 allocations
3944          * when checking the min watermark. The min watermark is the
3945          * point where boosting is ignored so that kswapd is woken up
3946          * when below the low watermark.
3947          */
3948         if (unlikely(!order && (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) && z->watermark_boost
3949                 && ((alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK) == WMARK_MIN))) {
3950                 mark = z->_watermark[WMARK_MIN];
3951                 return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx,
3952                                         alloc_flags, free_pages);
3953         }
3954
3955         return false;
3956 }
3957
3958 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
3959                         unsigned long mark, int highest_zoneidx)
3960 {
3961         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3962
3963         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
3964                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
3965
3966         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, 0,
3967                                                                 free_pages);
3968 }
3969
3970 #ifdef CONFIG_NUMA
3971 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3972 {
3973         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <=
3974                                 node_reclaim_distance;
3975 }
3976 #else   /* CONFIG_NUMA */
3977 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3978 {
3979         return true;
3980 }
3981 #endif  /* CONFIG_NUMA */
3982
3983 /*
3984  * The restriction on ZONE_DMA32 as being a suitable zone to use to avoid
3985  * fragmentation is subtle. If the preferred zone was HIGHMEM then
3986  * premature use of a lower zone may cause lowmem pressure problems that
3987  * are worse than fragmentation. If the next zone is ZONE_DMA then it is
3988  * probably too small. It only makes sense to spread allocations to avoid
3989  * fragmentation between the Normal and DMA32 zones.
3990  */
3991 static inline unsigned int
3992 alloc_flags_nofragment(struct zone *zone, gfp_t gfp_mask)
3993 {
3994         unsigned int alloc_flags;
3995
3996         /*
3997          * __GFP_KSWAPD_RECLAIM is assumed to be the same as ALLOC_KSWAPD
3998          * to save a branch.
3999          */
4000         alloc_flags = (__force int) (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM);
4001
4002 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
4003         if (!zone)
4004                 return alloc_flags;
4005
4006         if (zone_idx(zone) != ZONE_NORMAL)
4007                 return alloc_flags;
4008
4009         /*
4010          * If ZONE_DMA32 exists, assume it is the one after ZONE_NORMAL and
4011          * the pointer is within zone->zone_pgdat->node_zones[]. Also assume
4012          * on UMA that if Normal is populated then so is DMA32.
4013          */
4014         BUILD_BUG_ON(ZONE_NORMAL - ZONE_DMA32 != 1);
4015         if (nr_online_nodes > 1 && !populated_zone(--zone))
4016                 return alloc_flags;
4017
4018         alloc_flags |= ALLOC_NOFRAGMENT;
4019 #endif /* CONFIG_ZONE_DMA32 */
4020         return alloc_flags;
4021 }
4022
4023 /* Must be called after current_gfp_context() which can change gfp_mask */
4024 static inline unsigned int gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_t gfp_mask,
4025                                                   unsigned int alloc_flags)
4026 {
4027 #ifdef CONFIG_CMA
4028         if (gfp_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
4029                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
4030 #endif
4031         return alloc_flags;
4032 }
4033
4034 /*
4035  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
4036  * a page.
4037  */
4038 static struct page *
4039 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
4040                                                 const struct alloc_context *ac)
4041 {
4042         struct zoneref *z;
4043         struct zone *zone;
4044         struct pglist_data *last_pgdat_dirty_limit = NULL;
4045         bool no_fallback;
4046
4047 retry:
4048         /*
4049          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
4050          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
4051          */
4052         no_fallback = alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT;
4053         z = ac->preferred_zoneref;
4054         for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->highest_zoneidx,
4055                                         ac->nodemask) {
4056                 struct page *page;
4057                 unsigned long mark;
4058
4059                 if (cpusets_enabled() &&
4060                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
4061                         !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
4062                                 continue;
4063                 /*
4064                  * When allocating a page cache page for writing, we
4065                  * want to get it from a node that is within its dirty
4066                  * limit, such that no single node holds more than its
4067                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
4068                  * The dirty limits take into account the node's
4069                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
4070                  * should be able to balance it without having to
4071                  * write pages from its LRU list.
4072                  *
4073                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
4074                  * exceed the per-node dirty limit in the slowpath
4075                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
4076                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
4077                  * nodes are together not big enough to reach the
4078                  * global limit.  The proper fix for these situations
4079                  * will require awareness of nodes in the
4080                  * dirty-throttling and the flusher threads.
4081                  */
4082                 if (ac->spread_dirty_pages) {
4083                         if (last_pgdat_dirty_limit == zone->zone_pgdat)
4084                                 continue;
4085
4086                         if (!node_dirty_ok(zone->zone_pgdat)) {
4087                                 last_pgdat_dirty_limit = zone->zone_pgdat;
4088                                 continue;
4089                         }
4090                 }
4091
4092                 if (no_fallback && nr_online_nodes > 1 &&
4093                     zone != ac->preferred_zoneref->zone) {
4094                         int local_nid;
4095
4096                         /*
4097                          * If moving to a remote node, retry but allow
4098                          * fragmenting fallbacks. Locality is more important
4099                          * than fragmentation avoidance.
4100                          */
4101                         local_nid = zone_to_nid(ac->preferred_zoneref->zone);
4102                         if (zone_to_nid(zone) != local_nid) {
4103                                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
4104                                 goto retry;
4105                         }
4106                 }
4107
4108                 mark = wmark_pages(zone, alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK);
4109                 if (!zone_watermark_fast(zone, order, mark,
4110                                        ac->highest_zoneidx, alloc_flags,
4111                                        gfp_mask)) {
4112                         int ret;
4113
4114 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
4115                         /*
4116                          * Watermark failed for this zone, but see if we can
4117                          * grow this zone if it contains deferred pages.
4118                          */
4119                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
4120                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
4121                                         goto try_this_zone;
4122                         }
4123 #endif
4124                         /* Checked here to keep the fast path fast */
4125                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
4126                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
4127                                 goto try_this_zone;
4128
4129                         if (!node_reclaim_enabled() ||
4130                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zoneref->zone, zone))
4131                                 continue;
4132
4133                         ret = node_reclaim(zone->zone_pgdat, gfp_mask, order);
4134                         switch (ret) {
4135                         case NODE_RECLAIM_NOSCAN:
4136                                 /* did not scan */
4137                                 continue;
4138                         case NODE_RECLAIM_FULL:
4139                                 /* scanned but unreclaimable */
4140                                 continue;
4141                         default:
4142                                 /* did we reclaim enough */
4143                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
4144                                         ac->highest_zoneidx, alloc_flags))
4145                                         goto try_this_zone;
4146
4147                                 continue;
4148                         }
4149                 }
4150
4151 try_this_zone:
4152                 page = rmqueue(ac->preferred_zoneref->zone, zone, order,
4153                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
4154                 if (page) {
4155                         prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
4156
4157                         /*
4158                          * If this is a high-order atomic allocation then check
4159                          * if the pageblock should be reserved for the future
4160                          */
4161                         if (unlikely(order && (alloc_flags & ALLOC_HARDER)))
4162                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone, order);
4163
4164                         return page;
4165                 } else {
4166 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
4167                         /* Try again if zone has deferred pages */
4168                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
4169                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
4170                                         goto try_this_zone;
4171                         }
4172 #endif
4173                 }
4174         }
4175
4176         /*
4177          * It's possible on a UMA machine to get through all zones that are
4178          * fragmented. If avoiding fragmentation, reset and try again.
4179          */
4180         if (no_fallback) {
4181                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
4182                 goto retry;
4183         }
4184
4185         return NULL;
4186 }
4187
4188 static void warn_alloc_show_mem(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
4189 {
4190         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
4191
4192         /*
4193          * This documents exceptions given to allocations in certain
4194          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
4195          * of allowed nodes.
4196          */
4197         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4198                 if (tsk_is_oom_victim(current) ||
4199                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
4200                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
4201         if (!in_task() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
4202                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
4203
4204         show_mem(filter, nodemask);
4205 }
4206
4207 void warn_alloc(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask, const char *fmt, ...)
4208 {
4209         struct va_format vaf;
4210         va_list args;
4211         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs, 10*HZ, 1);
4212
4213         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) ||
4214              !__ratelimit(&nopage_rs) ||
4215              ((gfp_mask & __GFP_DMA) && !has_managed_dma()))
4216                 return;
4217
4218         va_start(args, fmt);
4219         vaf.fmt = fmt;
4220         vaf.va = &args;
4221         pr_warn("%s: %pV, mode:%#x(%pGg), nodemask=%*pbl",
4222                         current->comm, &vaf, gfp_mask, &gfp_mask,
4223                         nodemask_pr_args(nodemask));
4224         va_end(args);
4225
4226         cpuset_print_current_mems_allowed();
4227         pr_cont("\n");
4228         dump_stack();
4229         warn_alloc_show_mem(gfp_mask, nodemask);
4230 }
4231
4232 static inline struct page *
4233 __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4234                               unsigned int alloc_flags,
4235                               const struct alloc_context *ac)
4236 {
4237         struct page *page;
4238
4239         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
4240                         alloc_flags|ALLOC_CPUSET, ac);
4241         /*
4242          * fallback to ignore cpuset restriction if our nodes
4243          * are depleted
4244          */
4245         if (!page)
4246                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
4247                                 alloc_flags, ac);
4248
4249         return page;
4250 }
4251
4252 static inline struct page *
4253 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4254         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
4255 {
4256         struct oom_control oc = {
4257                 .zonelist = ac->zonelist,
4258                 .nodemask = ac->nodemask,
4259                 .memcg = NULL,
4260                 .gfp_mask = gfp_mask,
4261                 .order = order,
4262         };
4263         struct page *page;
4264
4265         *did_some_progress = 0;
4266
4267         /*
4268          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
4269          * making progress for us.
4270          */
4271         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
4272                 *did_some_progress = 1;
4273                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
4274                 return NULL;
4275         }
4276
4277         /*
4278          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
4279          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
4280          * we're still under heavy pressure. But make sure that this reclaim
4281          * attempt shall not depend on __GFP_DIRECT_RECLAIM && !__GFP_NORETRY
4282          * allocation which will never fail due to oom_lock already held.
4283          */
4284         page = get_page_from_freelist((gfp_mask | __GFP_HARDWALL) &
4285                                       ~__GFP_DIRECT_RECLAIM, order,
4286                                       ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
4287         if (page)
4288                 goto out;
4289
4290         /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
4291         if (current->flags & PF_DUMPCORE)
4292                 goto out;
4293         /* The OOM killer will not help higher order allocs */
4294         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4295                 goto out;
4296         /*
4297          * We have already exhausted all our reclaim opportunities without any
4298          * success so it is time to admit defeat. We will skip the OOM killer
4299          * because it is very likely that the caller has a more reasonable
4300          * fallback than shooting a random task.
4301          *
4302          * The OOM killer may not free memory on a specific node.
4303          */
4304         if (gfp_mask & (__GFP_RETRY_MAYFAIL | __GFP_THISNODE))
4305                 goto out;
4306         /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
4307         if (ac->highest_zoneidx < ZONE_NORMAL)
4308                 goto out;
4309         if (pm_suspended_storage())
4310                 goto out;
4311         /*
4312          * XXX: GFP_NOFS allocations should rather fail than rely on
4313          * other request to make a forward progress.
4314          * We are in an unfortunate situation where out_of_memory cannot
4315          * do much for this context but let's try it to at least get
4316          * access to memory reserved if the current task is killed (see
4317          * out_of_memory). Once filesystems are ready to handle allocation
4318          * failures more gracefully we should just bail out here.
4319          */
4320
4321         /* Exhausted what can be done so it's blame time */
4322         if (out_of_memory(&oc) || WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
4323                 *did_some_progress = 1;
4324
4325                 /*
4326                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
4327                  * reserves
4328                  */
4329                 if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
4330                         page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order,
4331                                         ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
4332         }
4333 out:
4334         mutex_unlock(&oom_lock);
4335         return page;
4336 }
4337
4338 /*
4339  * Maximum number of compaction retries with a progress before OOM
4340  * killer is consider as the only way to move forward.
4341  */
4342 #define MAX_COMPACT_RETRIES 16
4343
4344 #ifdef CONFIG_COMPACTION
4345 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
4346 static struct page *
4347 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4348                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4349                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
4350 {
4351         struct page *page = NULL;
4352         unsigned long pflags;
4353         unsigned int noreclaim_flag;
4354
4355         if (!order)
4356                 return NULL;
4357
4358         psi_memstall_enter(&pflags);
4359         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4360
4361         *compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4362                                                                 prio, &page);
4363
4364         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4365         psi_memstall_leave(&pflags);
4366
4367         if (*compact_result == COMPACT_SKIPPED)
4368                 return NULL;
4369         /*
4370          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
4371          * count a compaction stall
4372          */
4373         count_vm_event(COMPACTSTALL);
4374
4375         /* Prep a captured page if available */
4376         if (page)
4377                 prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
4378
4379         /* Try get a page from the freelist if available */
4380         if (!page)
4381                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4382
4383         if (page) {
4384                 struct zone *zone = page_zone(page);
4385
4386                 zone->compact_blockskip_flush = false;
4387                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
4388                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
4389                 return page;
4390         }
4391
4392         /*
4393          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
4394          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
4395          */
4396         count_vm_event(COMPACTFAIL);
4397
4398         cond_resched();
4399
4400         return NULL;
4401 }
4402
4403 static inline bool
4404 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, int order, int alloc_flags,
4405                      enum compact_result compact_result,
4406                      enum compact_priority *compact_priority,
4407                      int *compaction_retries)
4408 {
4409         int max_retries = MAX_COMPACT_RETRIES;
4410         int min_priority;
4411         bool ret = false;
4412         int retries = *compaction_retries;
4413         enum compact_priority priority = *compact_priority;
4414
4415         if (!order)
4416                 return false;
4417
4418         if (fatal_signal_pending(current))
4419                 return false;
4420
4421         if (compaction_made_progress(compact_result))
4422                 (*compaction_retries)++;
4423
4424         /*
4425          * compaction considers all the zone as desperately out of memory
4426          * so it doesn't really make much sense to retry except when the
4427          * failure could be caused by insufficient priority
4428          */
4429         if (compaction_failed(compact_result))
4430                 goto check_priority;
4431
4432         /*
4433          * compaction was skipped because there are not enough order-0 pages
4434          * to work with, so we retry only if it looks like reclaim can help.
4435          */
4436         if (compaction_needs_reclaim(compact_result)) {
4437                 ret = compaction_zonelist_suitable(ac, order, alloc_flags);
4438                 goto out;
4439         }
4440
4441         /*
4442          * make sure the compaction wasn't deferred or didn't bail out early
4443          * due to locks contention before we declare that we should give up.
4444          * But the next retry should use a higher priority if allowed, so
4445          * we don't just keep bailing out endlessly.
4446          */
4447         if (compaction_withdrawn(compact_result)) {
4448                 goto check_priority;
4449         }
4450
4451         /*
4452          * !costly requests are much more important than __GFP_RETRY_MAYFAIL
4453          * costly ones because they are de facto nofail and invoke OOM
4454          * killer to move on while costly can fail and users are ready
4455          * to cope with that. 1/4 retries is rather arbitrary but we
4456          * would need much more detailed feedback from compaction to
4457          * make a better decision.
4458          */
4459         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4460                 max_retries /= 4;
4461         if (*compaction_retries <= max_retries) {
4462                 ret = true;
4463                 goto out;
4464         }
4465
4466         /*
4467          * Make sure there are attempts at the highest priority if we exhausted
4468          * all retries or failed at the lower priorities.
4469          */
4470 check_priority:
4471         min_priority = (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) ?
4472                         MIN_COMPACT_COSTLY_PRIORITY : MIN_COMPACT_PRIORITY;
4473
4474         if (*compact_priority > min_priority) {
4475                 (*compact_priority)--;
4476                 *compaction_retries = 0;
4477                 ret = true;
4478         }
4479 out:
4480         trace_compact_retry(order, priority, compact_result, retries, max_retries, ret);
4481         return ret;
4482 }
4483 #else
4484 static inline struct page *
4485 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4486                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4487                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
4488 {
4489         *compact_result = COMPACT_SKIPPED;
4490         return NULL;
4491 }
4492
4493 static inline bool
4494 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, unsigned int order, int alloc_flags,
4495                      enum compact_result compact_result,
4496                      enum compact_priority *compact_priority,
4497                      int *compaction_retries)
4498 {
4499         struct zone *zone;
4500         struct zoneref *z;
4501
4502         if (!order || order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4503                 return false;
4504
4505         /*
4506          * There are setups with compaction disabled which would prefer to loop
4507          * inside the allocator rather than hit the oom killer prematurely.
4508          * Let's give them a good hope and keep retrying while the order-0
4509          * watermarks are OK.
4510          */
4511         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
4512                                 ac->highest_zoneidx, ac->nodemask) {
4513                 if (zone_watermark_ok(zone, 0, min_wmark_pages(zone),
4514                                         ac->highest_zoneidx, alloc_flags))
4515                         return true;
4516         }
4517         return false;
4518 }
4519 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
4520
4521 #ifdef CONFIG_LOCKDEP
4522 static struct lockdep_map __fs_reclaim_map =
4523         STATIC_LOCKDEP_MAP_INIT("fs_reclaim", &__fs_reclaim_map);
4524
4525 static bool __need_reclaim(gfp_t gfp_mask)
4526 {
4527         /* no reclaim without waiting on it */
4528         if (!(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
4529                 return false;
4530
4531         /* this guy won't enter reclaim */
4532         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4533                 return false;
4534
4535         if (gfp_mask & __GFP_NOLOCKDEP)
4536                 return false;
4537
4538         return true;
4539 }
4540
4541 void __fs_reclaim_acquire(unsigned long ip)
4542 {
4543         lock_acquire_exclusive(&__fs_reclaim_map, 0, 0, NULL, ip);
4544 }
4545
4546 void __fs_reclaim_release(unsigned long ip)
4547 {
4548         lock_release(&__fs_reclaim_map, ip);
4549 }
4550
4551 void fs_reclaim_acquire(gfp_t gfp_mask)
4552 {
4553         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4554
4555         if (__need_reclaim(gfp_mask)) {
4556                 if (gfp_mask & __GFP_FS)
4557                         __fs_reclaim_acquire(_RET_IP_);
4558
4559 #ifdef CONFIG_MMU_NOTIFIER
4560                 lock_map_acquire(&__mmu_notifier_invalidate_range_start_map);
4561                 lock_map_release(&__mmu_notifier_invalidate_range_start_map);
4562 #endif
4563
4564         }
4565 }
4566 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_acquire);
4567
4568 void fs_reclaim_release(gfp_t gfp_mask)
4569 {
4570         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4571
4572         if (__need_reclaim(gfp_mask)) {
4573                 if (gfp_mask & __GFP_FS)
4574                         __fs_reclaim_release(_RET_IP_);
4575         }
4576 }
4577 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_release);
4578 #endif
4579
4580 /* Perform direct synchronous page reclaim */
4581 static unsigned long
4582 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4583                                         const struct alloc_context *ac)
4584 {
4585         unsigned int noreclaim_flag;
4586         unsigned long pflags, progress;
4587
4588         cond_resched();
4589
4590         /* We now go into synchronous reclaim */
4591         cpuset_memory_pressure_bump();
4592         psi_memstall_enter(&pflags);
4593         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
4594         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4595
4596         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
4597                                                                 ac->nodemask);
4598
4599         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4600         fs_reclaim_release(gfp_mask);
4601         psi_memstall_leave(&pflags);
4602
4603         cond_resched();
4604
4605         return progress;
4606 }
4607
4608 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
4609 static inline struct page *
4610 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4611                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4612                 unsigned long *did_some_progress)
4613 {
4614         struct page *page = NULL;
4615         bool drained = false;
4616
4617         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
4618         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
4619                 return NULL;
4620
4621 retry:
4622         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4623
4624         /*
4625          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
4626          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
4627          * Shrink them and try again
4628          */
4629         if (!page && !drained) {
4630                 unreserve_highatomic_pageblock(ac, false);
4631                 drain_all_pages(NULL);
4632                 drained = true;
4633                 goto retry;
4634         }
4635
4636         return page;
4637 }
4638
4639 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, gfp_t gfp_mask,
4640                              const struct alloc_context *ac)
4641 {
4642         struct zoneref *z;
4643         struct zone *zone;
4644         pg_data_t *last_pgdat = NULL;
4645         enum zone_type highest_zoneidx = ac->highest_zoneidx;
4646
4647         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, highest_zoneidx,
4648                                         ac->nodemask) {
4649                 if (last_pgdat != zone->zone_pgdat)
4650                         wakeup_kswapd(zone, gfp_mask, order, highest_zoneidx);
4651                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
4652         }
4653 }
4654
4655 static inline unsigned int
4656 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4657 {
4658         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
4659
4660         /*
4661          * __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH
4662          * and __GFP_KSWAPD_RECLAIM is assumed to be the same as ALLOC_KSWAPD
4663          * to save two branches.
4664          */
4665         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
4666         BUILD_BUG_ON(__GFP_KSWAPD_RECLAIM != (__force gfp_t) ALLOC_KSWAPD);
4667
4668         /*
4669          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
4670          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
4671          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
4672          * set both ALLOC_HARDER (__GFP_ATOMIC) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
4673          */
4674         alloc_flags |= (__force int)
4675                 (gfp_mask & (__GFP_HIGH | __GFP_KSWAPD_RECLAIM));
4676
4677         if (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) {
4678                 /*
4679                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
4680                  * if it can't schedule.
4681                  */
4682                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4683                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
4684                 /*
4685                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
4686                  * comment for __cpuset_node_allowed().
4687                  */
4688                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
4689         } else if (unlikely(rt_task(current)) && in_task())
4690                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
4691
4692         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, alloc_flags);
4693
4694         return alloc_flags;
4695 }
4696
4697 static bool oom_reserves_allowed(struct task_struct *tsk)
4698 {
4699         if (!tsk_is_oom_victim(tsk))
4700                 return false;
4701
4702         /*
4703          * !MMU doesn't have oom reaper so give access to memory reserves
4704          * only to the thread with TIF_MEMDIE set
4705          */
4706         if (!IS_ENABLED(CONFIG_MMU) && !test_thread_flag(TIF_MEMDIE))
4707                 return false;
4708
4709         return true;
4710 }
4711
4712 /*
4713  * Distinguish requests which really need access to full memory
4714  * reserves from oom victims which can live with a portion of it
4715  */
4716 static inline int __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4717 {
4718         if (unlikely(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4719                 return 0;
4720         if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
4721                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4722         if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
4723                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4724         if (!in_interrupt()) {
4725                 if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4726                         return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4727                 else if (oom_reserves_allowed(current))
4728                         return ALLOC_OOM;
4729         }
4730
4731         return 0;
4732 }
4733
4734 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
4735 {
4736         return !!__gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4737 }
4738
4739 /*
4740  * Checks whether it makes sense to retry the reclaim to make a forward progress
4741  * for the given allocation request.
4742  *
4743  * We give up when we either have tried MAX_RECLAIM_RETRIES in a row
4744  * without success, or when we couldn't even meet the watermark if we
4745  * reclaimed all remaining pages on the LRU lists.
4746  *
4747  * Returns true if a retry is viable or false to enter the oom path.
4748  */
4749 static inline bool
4750 should_reclaim_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned order,
4751                      struct alloc_context *ac, int alloc_flags,
4752                      bool did_some_progress, int *no_progress_loops)
4753 {
4754         struct zone *zone;
4755         struct zoneref *z;
4756         bool ret = false;
4757
4758         /*
4759          * Costly allocations might have made a progress but this doesn't mean
4760          * their order will become available due to high fragmentation so
4761          * always increment the no progress counter for them
4762          */
4763         if (did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4764                 *no_progress_loops = 0;
4765         else
4766                 (*no_progress_loops)++;
4767
4768         /*
4769          * Make sure we converge to OOM if we cannot make any progress
4770          * several times in the row.
4771          */
4772         if (*no_progress_loops > MAX_RECLAIM_RETRIES) {
4773                 /* Before OOM, exhaust highatomic_reserve */
4774                 return unreserve_highatomic_pageblock(ac, true);
4775         }
4776
4777         /*
4778          * Keep reclaiming pages while there is a chance this will lead
4779          * somewhere.  If none of the target zones can satisfy our allocation
4780          * request even if all reclaimable pages are considered then we are
4781          * screwed and have to go OOM.
4782          */
4783         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
4784                                 ac->highest_zoneidx, ac->nodemask) {
4785                 unsigned long available;
4786                 unsigned long reclaimable;
4787                 unsigned long min_wmark = min_wmark_pages(zone);
4788                 bool wmark;
4789
4790                 available = reclaimable = zone_reclaimable_pages(zone);
4791                 available += zone_page_state_snapshot(zone, NR_FREE_PAGES);
4792
4793                 /*
4794                  * Would the allocation succeed if we reclaimed all
4795                  * reclaimable pages?
4796                  */
4797                 wmark = __zone_watermark_ok(zone, order, min_wmark,
4798                                 ac->highest_zoneidx, alloc_flags, available);
4799                 trace_reclaim_retry_zone(z, order, reclaimable,
4800                                 available, min_wmark, *no_progress_loops, wmark);
4801                 if (wmark) {
4802                         /*
4803                          * If we didn't make any progress and have a lot of
4804                          * dirty + writeback pages then we should wait for
4805                          * an IO to complete to slow down the reclaim and
4806                          * prevent from pre mature OOM
4807                          */
4808                         if (!did_some_progress) {
4809                                 unsigned long write_pending;
4810
4811                                 write_pending = zone_page_state_snapshot(zone,
4812                                                         NR_ZONE_WRITE_PENDING);
4813
4814                                 if (2 * write_pending > reclaimable) {
4815                                         congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
4816                                         return true;
4817                                 }
4818                         }
4819
4820                         ret = true;
4821                         goto out;
4822                 }
4823         }
4824
4825 out:
4826         /*
4827          * Memory allocation/reclaim might be called from a WQ context and the
4828          * current implementation of the WQ concurrency control doesn't
4829          * recognize that a particular WQ is congested if the worker thread is
4830          * looping without ever sleeping. Therefore we have to do a short sleep
4831          * here rather than calling cond_resched().
4832          */
4833         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
4834                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
4835         else
4836                 cond_resched();
4837         return ret;
4838 }
4839
4840 static inline bool
4841 check_retry_cpuset(int cpuset_mems_cookie, struct alloc_context *ac)
4842 {
4843         /*
4844          * It's possible that cpuset's mems_allowed and the nodemask from
4845          * mempolicy don't intersect. This should be normally dealt with by
4846          * policy_nodemask(), but it's possible to race with cpuset update in
4847          * such a way the check therein was true, and then it became false
4848          * before we got our cpuset_mems_cookie here.
4849          * This assumes that for all allocations, ac->nodemask can come only
4850          * from MPOL_BIND mempolicy (whose documented semantics is to be ignored
4851          * when it does not intersect with the cpuset restrictions) or the
4852          * caller can deal with a violated nodemask.
4853          */
4854         if (cpusets_enabled() && ac->nodemask &&
4855                         !cpuset_nodemask_valid_mems_allowed(ac->nodemask)) {
4856                 ac->nodemask = NULL;
4857                 return true;
4858         }
4859
4860         /*
4861          * When updating a task's mems_allowed or mempolicy nodemask, it is
4862          * possible to race with parallel threads in such a way that our
4863          * allocation can fail while the mask is being updated. If we are about
4864          * to fail, check if the cpuset changed during allocation and if so,
4865          * retry.
4866          */
4867         if (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))
4868                 return true;
4869
4870         return false;
4871 }
4872
4873 static inline struct page *
4874 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4875                                                 struct alloc_context *ac)
4876 {
4877         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
4878         const bool costly_order = order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER;
4879         struct page *page = NULL;
4880         unsigned int alloc_flags;
4881         unsigned long did_some_progress;
4882         enum compact_priority compact_priority;
4883         enum compact_result compact_result;
4884         int compaction_retries;
4885         int no_progress_loops;
4886         unsigned int cpuset_mems_cookie;
4887         int reserve_flags;
4888
4889         /*
4890          * We also sanity check to catch abuse of atomic reserves being used by
4891          * callers that are not in atomic context.
4892          */
4893         if (WARN_ON_ONCE((gfp_mask & (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)) ==
4894                                 (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)))
4895                 gfp_mask &= ~__GFP_ATOMIC;
4896
4897 retry_cpuset:
4898         compaction_retries = 0;
4899         no_progress_loops = 0;
4900         compact_priority = DEF_COMPACT_PRIORITY;
4901         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
4902
4903         /*
4904          * The fast path uses conservative alloc_flags to succeed only until
4905          * kswapd needs to be woken up, and to avoid the cost of setting up
4906          * alloc_flags precisely. So we do that now.
4907          */
4908         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
4909
4910         /*
4911          * We need to recalculate the starting point for the zonelist iterator
4912          * because we might have used different nodemask in the fast path, or
4913          * there was a cpuset modification and we are retrying - otherwise we
4914          * could end up iterating over non-eligible zones endlessly.
4915          */
4916         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4917                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
4918         if (!ac->preferred_zoneref->zone)
4919                 goto nopage;
4920
4921         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4922                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4923
4924         /*
4925          * The adjusted alloc_flags might result in immediate success, so try
4926          * that first
4927          */
4928         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4929         if (page)
4930                 goto got_pg;
4931
4932         /*
4933          * For costly allocations, try direct compaction first, as it's likely
4934          * that we have enough base pages and don't need to reclaim. For non-
4935          * movable high-order allocations, do that as well, as compaction will
4936          * try prevent permanent fragmentation by migrating from blocks of the
4937          * same migratetype.
4938          * Don't try this for allocations that are allowed to ignore
4939          * watermarks, as the ALLOC_NO_WATERMARKS attempt didn't yet happen.
4940          */
4941         if (can_direct_reclaim &&
4942                         (costly_order ||
4943                            (order > 0 && ac->migratetype != MIGRATE_MOVABLE))
4944                         && !gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_mask)) {
4945                 page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order,
4946                                                 alloc_flags, ac,
4947                                                 INIT_COMPACT_PRIORITY,
4948                                                 &compact_result);
4949                 if (page)
4950                         goto got_pg;
4951
4952                 /*
4953                  * Checks for costly allocations with __GFP_NORETRY, which
4954                  * includes some THP page fault allocations
4955                  */
4956                 if (costly_order && (gfp_mask & __GFP_NORETRY)) {
4957                         /*
4958                          * If allocating entire pageblock(s) and compaction
4959                          * failed because all zones are below low watermarks
4960                          * or is prohibited because it recently failed at this
4961                          * order, fail immediately unless the allocator has
4962                          * requested compaction and reclaim retry.
4963                          *
4964                          * Reclaim is
4965                          *  - potentially very expensive because zones are far
4966                          *    below their low watermarks or this is part of very
4967                          *    bursty high order allocations,
4968                          *  - not guaranteed to help because isolate_freepages()
4969                          *    may not iterate over freed pages as part of its
4970                          *    linear scan, and
4971                          *  - unlikely to make entire pageblocks free on its
4972                          *    own.
4973                          */
4974                         if (compact_result == COMPACT_SKIPPED ||
4975                             compact_result == COMPACT_DEFERRED)
4976                                 goto nopage;
4977
4978                         /*
4979                          * Looks like reclaim/compaction is worth trying, but
4980                          * sync compaction could be very expensive, so keep
4981                          * using async compaction.
4982                          */
4983                         compact_priority = INIT_COMPACT_PRIORITY;
4984                 }
4985         }
4986
4987 retry:
4988         /* Ensure kswapd doesn't accidentally go to sleep as long as we loop */
4989         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4990                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4991
4992         reserve_flags = __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4993         if (reserve_flags)
4994                 alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, reserve_flags);
4995
4996         /*
4997          * Reset the nodemask and zonelist iterators if memory policies can be
4998          * ignored. These allocations are high priority and system rather than
4999          * user oriented.
5000          */
5001         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) || reserve_flags) {
5002                 ac->nodemask = NULL;
5003                 ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
5004                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
5005         }
5006
5007         /* Attempt with potentially adjusted zonelist and alloc_flags */
5008         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
5009         if (page)
5010                 goto got_pg;
5011
5012         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
5013         if (!can_direct_reclaim)
5014                 goto nopage;
5015
5016         /* Avoid recursion of direct reclaim */
5017         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
5018                 goto nopage;
5019
5020         /* Try direct reclaim and then allocating */
5021         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
5022                                                         &did_some_progress);
5023         if (page)
5024                 goto got_pg;
5025
5026         /* Try direct compaction and then allocating */
5027         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
5028                                         compact_priority, &compact_result);
5029         if (page)
5030                 goto got_pg;
5031
5032         /* Do not loop if specifically requested */
5033         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
5034                 goto nopage;
5035
5036         /*
5037          * Do not retry costly high order allocations unless they are
5038          * __GFP_RETRY_MAYFAIL
5039          */
5040         if (costly_order && !(gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL))
5041                 goto nopage;
5042
5043         if (should_reclaim_retry(gfp_mask, order, ac, alloc_flags,
5044                                  did_some_progress > 0, &no_progress_loops))
5045                 goto retry;
5046
5047         /*
5048          * It doesn't make any sense to retry for the compaction if the order-0
5049          * reclaim is not able to make any progress because the current
5050          * implementation of the compaction depends on the sufficient amount
5051          * of free memory (see __compaction_suitable)
5052          */
5053         if (did_some_progress > 0 &&
5054                         should_compact_retry(ac, order, alloc_flags,
5055                                 compact_result, &compact_priority,
5056                                 &compaction_retries))
5057                 goto retry;
5058
5059
5060         /* Deal with possible cpuset update races before we start OOM killing */
5061         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
5062                 goto retry_cpuset;
5063
5064         /* Reclaim has failed us, start killing things */
5065         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
5066         if (page)
5067                 goto got_pg;
5068
5069         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
5070         if (tsk_is_oom_victim(current) &&
5071             (alloc_flags & ALLOC_OOM ||
5072              (gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC)))
5073                 goto nopage;
5074
5075         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
5076         if (did_some_progress) {
5077                 no_progress_loops = 0;
5078                 goto retry;
5079         }
5080
5081 nopage:
5082         /* Deal with possible cpuset update races before we fail */
5083         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
5084                 goto retry_cpuset;
5085
5086         /*
5087          * Make sure that __GFP_NOFAIL request doesn't leak out and make sure
5088          * we always retry
5089          */
5090         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL) {
5091                 /*
5092                  * All existing users of the __GFP_NOFAIL are blockable, so warn
5093                  * of any new users that actually require GFP_NOWAIT
5094                  */
5095                 if (WARN_ON_ONCE(!can_direct_reclaim))
5096                         goto fail;
5097
5098                 /*
5099                  * PF_MEMALLOC request from this context is rather bizarre
5100                  * because we cannot reclaim anything and only can loop waiting
5101                  * for somebody to do a work for us
5102                  */
5103                 WARN_ON_ONCE(current->flags & PF_MEMALLOC);
5104
5105                 /*
5106                  * non failing costly orders are a hard requirement which we
5107                  * are not prepared for much so let's warn about these users
5108                  * so that we can identify them and convert them to something
5109                  * else.
5110                  */
5111                 WARN_ON_ONCE(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
5112
5113                 /*
5114                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
5115                  * reserves but do not use ALLOC_NO_WATERMARKS because this
5116                  * could deplete whole memory reserves which would just make
5117                  * the situation worse
5118                  */
5119                 page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order, ALLOC_HARDER, ac);
5120                 if (page)
5121                         goto got_pg;
5122
5123                 cond_resched();
5124                 goto retry;
5125         }
5126 fail:
5127         warn_alloc(gfp_mask, ac->nodemask,
5128                         "page allocation failure: order:%u", order);
5129 got_pg:
5130         return page;
5131 }
5132
5133 static inline bool prepare_alloc_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
5134                 int preferred_nid, nodemask_t *nodemask,
5135                 struct alloc_context *ac, gfp_t *alloc_gfp,
5136                 unsigned int *alloc_flags)
5137 {
5138         ac->highest_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
5139         ac->zonelist = node_zonelist(preferred_nid, gfp_mask);
5140         ac->nodemask = nodemask;
5141         ac->migratetype = gfp_migratetype(gfp_mask);
5142
5143         if (cpusets_enabled()) {
5144                 *alloc_gfp |= __GFP_HARDWALL;
5145                 /*
5146                  * When we are in the interrupt context, it is irrelevant
5147                  * to the current task context. It means that any node ok.
5148                  */
5149                 if (in_task() && !ac->nodemask)
5150                         ac->nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
5151                 else
5152                         *alloc_flags |= ALLOC_CPUSET;
5153         }
5154
5155         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
5156         fs_reclaim_release(gfp_mask);
5157
5158         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM);
5159
5160         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
5161                 return false;
5162
5163         *alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, *alloc_flags);
5164
5165         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
5166         ac->spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
5167
5168         /*
5169          * The preferred zone is used for statistics but crucially it is
5170          * also used as the starting point for the zonelist iterator. It
5171          * may get reset for allocations that ignore memory policies.
5172          */
5173         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
5174                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
5175
5176         return true;
5177 }
5178
5179 /*
5180  * __alloc_pages_bulk - Allocate a number of order-0 pages to a list or array
5181  * @gfp: GFP flags for the allocation
5182  * @preferred_nid: The preferred NUMA node ID to allocate from
5183  * @nodemask: Set of nodes to allocate from, may be NULL
5184  * @nr_pages: The number of pages desired on the list or array
5185  * @page_list: Optional list to store the allocated pages
5186  * @page_array: Optional array to store the pages
5187  *
5188  * This is a batched version of the page allocator that attempts to
5189  * allocate nr_pages quickly. Pages are added to page_list if page_list
5190  * is not NULL, otherwise it is assumed that the page_array is valid.
5191  *
5192  * For lists, nr_pages is the number of pages that should be allocated.
5193  *
5194  * For arrays, only NULL elements are populated with pages and nr_pages
5195  * is the maximum number of pages that will be stored in the array.
5196  *
5197  * Returns the number of pages on the list or array.
5198  */
5199 unsigned long __alloc_pages_bulk(gfp_t gfp, int preferred_nid,
5200                         nodemask_t *nodemask, int nr_pages,
5201                         struct list_head *page_list,
5202                         struct page **page_array)
5203 {
5204         struct page *page;
5205         unsigned long flags;
5206         struct zone *zone;
5207         struct zoneref *z;
5208         struct per_cpu_pages *pcp;
5209         struct list_head *pcp_list;
5210         struct alloc_context ac;
5211         gfp_t alloc_gfp;
5212         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
5213         int nr_populated = 0, nr_account = 0;
5214
5215         /*
5216          * Skip populated array elements to determine if any pages need
5217          * to be allocated before disabling IRQs.
5218          */
5219         while (page_array && nr_populated < nr_pages && page_array[nr_populated])
5220                 nr_populated++;
5221
5222         /* No pages requested? */
5223         if (unlikely(nr_pages <= 0))
5224                 goto out;
5225
5226         /* Already populated array? */
5227         if (unlikely(page_array && nr_pages - nr_populated == 0))
5228                 goto out;
5229
5230         /* Bulk allocator does not support memcg accounting. */
5231         if (memcg_kmem_enabled() && (gfp & __GFP_ACCOUNT))
5232                 goto failed;
5233
5234         /* Use the single page allocator for one page. */
5235         if (nr_pages - nr_populated == 1)
5236                 goto failed;
5237
5238 #ifdef CONFIG_PAGE_OWNER
5239         /*
5240          * PAGE_OWNER may recurse into the allocator to allocate space to
5241          * save the stack with pagesets.lock held. Releasing/reacquiring
5242          * removes much of the performance benefit of bulk allocation so
5243          * force the caller to allocate one page at a time as it'll have
5244          * similar performance to added complexity to the bulk allocator.
5245          */
5246         if (static_branch_unlikely(&page_owner_inited))
5247                 goto failed;
5248 #endif
5249
5250         /* May set ALLOC_NOFRAGMENT, fragmentation will return 1 page. */
5251         gfp &= gfp_allowed_mask;
5252         alloc_gfp = gfp;
5253         if (!prepare_alloc_pages(gfp, 0, preferred_nid, nodemask, &ac, &alloc_gfp, &alloc_flags))
5254                 goto out;
5255         gfp = alloc_gfp;
5256
5257         /* Find an allowed local zone that meets the low watermark. */
5258         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac.zonelist, ac.highest_zoneidx, ac.nodemask) {
5259                 unsigned long mark;
5260
5261                 if (cpusets_enabled() && (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
5262                     !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp)) {
5263                         continue;
5264                 }
5265
5266                 if (nr_online_nodes > 1 && zone != ac.preferred_zoneref->zone &&
5267                     zone_to_nid(zone) != zone_to_nid(ac.preferred_zoneref->zone)) {
5268                         goto failed;
5269                 }
5270
5271                 mark = wmark_pages(zone, alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK) + nr_pages;
5272                 if (zone_watermark_fast(zone, 0,  mark,
5273                                 zonelist_zone_idx(ac.preferred_zoneref),
5274                                 alloc_flags, gfp)) {
5275                         break;
5276                 }
5277         }
5278
5279         /*
5280          * If there are no allowed local zones that meets the watermarks then
5281          * try to allocate a single page and reclaim if necessary.
5282          */
5283         if (unlikely(!zone))
5284                 goto failed;
5285
5286         /* Attempt the batch allocation */
5287         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
5288         pcp = this_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset);
5289         pcp_list = &pcp->lists[order_to_pindex(ac.migratetype, 0)];
5290
5291         while (nr_populated < nr_pages) {
5292
5293                 /* Skip existing pages */
5294                 if (page_array && page_array[nr_populated]) {
5295                         nr_populated++;
5296                         continue;
5297                 }
5298
5299                 page = __rmqueue_pcplist(zone, 0, ac.migratetype, alloc_flags,
5300                                                                 pcp, pcp_list);
5301                 if (unlikely(!page)) {
5302                         /* Try and allocate at least one page */
5303                         if (!nr_account)
5304                                 goto failed_irq;
5305                         break;
5306                 }
5307                 nr_account++;
5308
5309                 prep_new_page(page, 0, gfp, 0);
5310                 if (page_list)
5311                         list_add(&page->lru, page_list);
5312                 else
5313                         page_array[nr_populated] = page;
5314                 nr_populated++;
5315         }
5316
5317         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
5318
5319         __count_zid_vm_events(PGALLOC, zone_idx(zone), nr_account);
5320         zone_statistics(ac.preferred_zoneref->zone, zone, nr_account);
5321
5322 out:
5323         return nr_populated;
5324
5325 failed_irq:
5326         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
5327
5328 failed:
5329         page = __alloc_pages(gfp, 0, preferred_nid, nodemask);
5330         if (page) {
5331                 if (page_list)
5332                         list_add(&page->lru, page_list);
5333                 else
5334                         page_array[nr_populated] = page;
5335                 nr_populated++;
5336         }
5337
5338         goto out;
5339 }
5340 EXPORT_SYMBOL_GPL(__alloc_pages_bulk);
5341
5342 /*
5343  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
5344  */
5345 struct page *__alloc_pages(gfp_t gfp, unsigned int order, int preferred_nid,
5346                                                         nodemask_t *nodemask)
5347 {
5348         struct page *page;
5349         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
5350         gfp_t alloc_gfp; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
5351         struct alloc_context ac = { };
5352
5353         /*
5354          * There are several places where we assume that the order value is sane
5355          * so bail out early if the request is out of bound.
5356          */
5357         if (unlikely(order >= MAX_ORDER)) {
5358                 WARN_ON_ONCE(!(gfp & __GFP_NOWARN));
5359                 return NULL;
5360         }
5361
5362         gfp &= gfp_allowed_mask;
5363         /*
5364          * Apply scoped allocation constraints. This is mainly about GFP_NOFS
5365          * resp. GFP_NOIO which has to be inherited for all allocation requests
5366          * from a particular context which has been marked by
5367          * memalloc_no{fs,io}_{save,restore}. And PF_MEMALLOC_PIN which ensures
5368          * movable zones are not used during allocation.
5369          */
5370         gfp = current_gfp_context(gfp);
5371         alloc_gfp = gfp;
5372         if (!prepare_alloc_pages(gfp, order, preferred_nid, nodemask, &ac,
5373                         &alloc_gfp, &alloc_flags))
5374                 return NULL;
5375
5376         /*
5377          * Forbid the first pass from falling back to types that fragment
5378          * memory until all local zones are considered.
5379          */
5380         alloc_flags |= alloc_flags_nofragment(ac.preferred_zoneref->zone, gfp);
5381
5382         /* First allocation attempt */
5383         page = get_page_from_freelist(alloc_gfp, order, alloc_flags, &ac);
5384         if (likely(page))
5385                 goto out;
5386
5387         alloc_gfp = gfp;
5388         ac.spread_dirty_pages = false;
5389
5390         /*
5391          * Restore the original nodemask if it was potentially replaced with
5392          * &cpuset_current_mems_allowed to optimize the fast-path attempt.
5393          */
5394         ac.nodemask = nodemask;
5395
5396         page = __alloc_pages_slowpath(alloc_gfp, order, &ac);
5397
5398 out:
5399         if (memcg_kmem_enabled() && (gfp & __GFP_ACCOUNT) && page &&
5400             unlikely(__memcg_kmem_charge_page(page, gfp, order) != 0)) {
5401                 __free_pages(page, order);
5402                 page = NULL;
5403         }
5404
5405         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_gfp, ac.migratetype);
5406
5407         return page;
5408 }
5409 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages);
5410
5411 /*
5412  * Common helper functions. Never use with __GFP_HIGHMEM because the returned
5413  * address cannot represent highmem pages. Use alloc_pages and then kmap if
5414  * you need to access high mem.
5415  */
5416 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
5417 {
5418         struct page *page;
5419
5420         page = alloc_pages(gfp_mask & ~__GFP_HIGHMEM, order);
5421         if (!page)
5422                 return 0;
5423         return (unsigned long) page_address(page);
5424 }
5425 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
5426
5427 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
5428 {
5429         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
5430 }
5431 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
5432
5433 /**
5434  * __free_pages - Free pages allocated with alloc_pages().
5435  * @page: The page pointer returned from alloc_pages().
5436  * @order: The order of the allocation.
5437  *
5438  * This function can free multi-page allocations that are not compound
5439  * pages.  It does not check that the @order passed in matches that of
5440  * the allocation, so it is easy to leak memory.  Freeing more memory
5441  * than was allocated will probably emit a warning.
5442  *
5443  * If the last reference to this page is speculative, it will be released
5444  * by put_page() which only frees the first page of a non-compound
5445  * allocation.  To prevent the remaining pages from being leaked, we free
5446  * the subsequent pages here.  If you want to use the page's reference
5447  * count to decide when to free the allocation, you should allocate a
5448  * compound page, and use put_page() instead of __free_pages().
5449  *
5450  * Context: May be called in interrupt context or while holding a normal
5451  * spinlock, but not in NMI context or while holding a raw spinlock.
5452  */
5453 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
5454 {
5455         if (put_page_testzero(page))
5456                 free_the_page(page, order);
5457         else if (!PageHead(page))
5458                 while (order-- > 0)
5459                         free_the_page(page + (1 << order), order);
5460 }
5461 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
5462
5463 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
5464 {
5465         if (addr != 0) {
5466                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
5467                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
5468         }
5469 }
5470
5471 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
5472
5473 /*
5474  * Page Fragment:
5475  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
5476  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
5477  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
5478  *
5479  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
5480  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
5481  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
5482  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
5483  */
5484 static struct page *__page_frag_cache_refill(struct page_frag_cache *nc,
5485                                              gfp_t gfp_mask)
5486 {
5487         struct page *page = NULL;
5488         gfp_t gfp = gfp_mask;
5489
5490 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
5491         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
5492                     __GFP_NOMEMALLOC;
5493         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
5494                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
5495         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
5496 #endif
5497         if (unlikely(!page))
5498                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
5499
5500         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
5501
5502         return page;
5503 }
5504
5505 void __page_frag_cache_drain(struct page *page, unsigned int count)
5506 {
5507         VM_BUG_ON_PAGE(page_ref_count(page) == 0, page);
5508
5509         if (page_ref_sub_and_test(page, count))
5510                 free_the_page(page, compound_order(page));
5511 }
5512 EXPORT_SYMBOL(__page_frag_cache_drain);
5513
5514 void *page_frag_alloc_align(struct page_frag_cache *nc,
5515                       unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask,
5516                       unsigned int align_mask)
5517 {
5518         unsigned int size = PAGE_SIZE;
5519         struct page *page;
5520         int offset;
5521
5522         if (unlikely(!nc->va)) {
5523 refill:
5524                 page = __page_frag_cache_refill(nc, gfp_mask);
5525                 if (!page)
5526                         return NULL;
5527
5528 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
5529                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
5530                 size = nc->size;
5531 #endif
5532                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
5533                  * This would break get_page_unless_zero() users.
5534                  */
5535                 page_ref_add(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE);
5536
5537                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
5538                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
5539                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
5540                 nc->offset = size;
5541         }
5542
5543         offset = nc->offset - fragsz;
5544         if (unlikely(offset < 0)) {
5545                 page = virt_to_page(nc->va);
5546
5547                 if (!page_ref_sub_and_test(page, nc->pagecnt_bias))
5548                         goto refill;
5549
5550                 if (unlikely(nc->pfmemalloc)) {
5551                         free_the_page(page, compound_order(page));
5552                         goto refill;
5553                 }
5554
5555 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
5556                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
5557                 size = nc->size;
5558 #endif
5559                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
5560                 set_page_count(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1);
5561
5562                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
5563                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
5564                 offset = size - fragsz;
5565         }
5566
5567         nc->pagecnt_bias--;
5568         offset &= align_mask;
5569         nc->offset = offset;
5570
5571         return nc->va + offset;
5572 }
5573 EXPORT_SYMBOL(page_frag_alloc_align);
5574
5575 /*
5576  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
5577  */
5578 void page_frag_free(void *addr)
5579 {
5580         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
5581
5582         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
5583                 free_the_page(page, compound_order(page));
5584 }
5585 EXPORT_SYMBOL(page_frag_free);
5586
5587 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
5588                 size_t size)
5589 {
5590         if (addr) {
5591                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
5592                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
5593
5594                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
5595                 while (used < alloc_end) {
5596                         free_page(used);
5597                         used += PAGE_SIZE;
5598                 }
5599         }
5600         return (void *)addr;
5601 }
5602
5603 /**
5604  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
5605  * @size: the number of bytes to allocate
5606  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
5607  *
5608  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
5609  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
5610  * allocate memory in power-of-two pages.
5611  *
5612  * This function is also limited by MAX_ORDER.
5613  *
5614  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
5615  *
5616  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
5617  */
5618 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
5619 {
5620         unsigned int order = get_order(size);
5621         unsigned long addr;
5622
5623         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_COMP))
5624                 gfp_mask &= ~__GFP_COMP;
5625
5626         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
5627         return make_alloc_exact(addr, order, size);
5628 }
5629 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
5630
5631 /**
5632  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
5633  *                         pages on a node.
5634  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
5635  * @size: the number of bytes to allocate
5636  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
5637  *
5638  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
5639  * back.
5640  *
5641  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
5642  */
5643 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
5644 {
5645         unsigned int order = get_order(size);
5646         struct page *p;
5647
5648         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_COMP))
5649                 gfp_mask &= ~__GFP_COMP;
5650
5651         p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
5652         if (!p)
5653                 return NULL;
5654         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
5655 }
5656
5657 /**
5658  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
5659  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
5660  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
5661  *
5662  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
5663  */
5664 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
5665 {
5666         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
5667         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
5668
5669         while (addr < end) {
5670                 free_page(addr);
5671                 addr += PAGE_SIZE;
5672         }
5673 }
5674 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
5675
5676 /**
5677  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
5678  * @offset: The zone index of the highest zone
5679  *
5680  * nr_free_zone_pages() counts the number of pages which are beyond the
5681  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
5682  * zone, the number of pages is calculated as:
5683  *
5684  *     nr_free_zone_pages = managed_pages - high_pages
5685  *
5686  * Return: number of pages beyond high watermark.
5687  */
5688 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
5689 {
5690         struct zoneref *z;
5691         struct zone *zone;
5692
5693         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
5694         unsigned long sum = 0;
5695
5696         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
5697
5698         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
5699                 unsigned long size = zone_managed_pages(zone);
5700                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
5701                 if (size > high)
5702                         sum += size - high;
5703         }
5704
5705         return sum;
5706 }
5707
5708 /**
5709  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
5710  *
5711  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
5712  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
5713  *
5714  * Return: number of pages beyond high watermark within ZONE_DMA and
5715  * ZONE_NORMAL.
5716  */
5717 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
5718 {
5719         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
5720 }
5721 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
5722
5723 static inline void show_node(struct zone *zone)
5724 {
5725         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
5726                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
5727 }
5728
5729 long si_mem_available(void)
5730 {
5731         long available;
5732         unsigned long pagecache;
5733         unsigned long wmark_low = 0;
5734         unsigned long pages[NR_LRU_LISTS];
5735         unsigned long reclaimable;
5736         struct zone *zone;
5737         int lru;
5738
5739         for (lru = LRU_BASE; lru < NR_LRU_LISTS; lru++)
5740                 pages[lru] = global_node_page_state(NR_LRU_BASE + lru);
5741
5742         for_each_zone(zone)
5743                 wmark_low += low_wmark_pages(zone);
5744
5745         /*
5746          * Estimate the amount of memory available for userspace allocations,
5747          * without causing swapping.
5748          */
5749         available = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES) - totalreserve_pages;
5750
5751         /*
5752          * Not all the page cache can be freed, otherwise the system will
5753          * start swapping. Assume at least half of the page cache, or the
5754          * low watermark worth of cache, needs to stay.
5755          */
5756         pagecache = pages[LRU_ACTIVE_FILE] + pages[LRU_INACTIVE_FILE];
5757         pagecache -= min(pagecache / 2, wmark_low);
5758         available += pagecache;
5759
5760         /*
5761          * Part of the reclaimable slab and other kernel memory consists of
5762          * items that are in use, and cannot be freed. Cap this estimate at the
5763          * low watermark.
5764          */
5765         reclaimable = global_node_page_state_pages(NR_SLAB_RECLAIMABLE_B) +
5766                 global_node_page_state(NR_KERNEL_MISC_RECLAIMABLE);
5767         available += reclaimable - min(reclaimable / 2, wmark_low);
5768
5769         if (available < 0)
5770                 available = 0;
5771         return available;
5772 }
5773 EXPORT_SYMBOL_GPL(si_mem_available);
5774
5775 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
5776 {
5777         val->totalram = totalram_pages();
5778         val->sharedram = global_node_page_state(NR_SHMEM);
5779         val->freeram = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES);
5780         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
5781         val->totalhigh = totalhigh_pages();
5782         val->freehigh = nr_free_highpages();
5783         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
5784 }
5785
5786 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
5787
5788 #ifdef CONFIG_NUMA
5789 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
5790 {
5791         int zone_type;          /* needs to be signed */
5792         unsigned long managed_pages = 0;
5793         unsigned long managed_highpages = 0;
5794         unsigned long free_highpages = 0;
5795         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5796
5797         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
5798                 managed_pages += zone_managed_pages(&pgdat->node_zones[zone_type]);
5799         val->totalram = managed_pages;
5800         val->sharedram = node_page_state(pgdat, NR_SHMEM);
5801         val->freeram = sum_zone_node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
5802 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
5803         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++) {
5804                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
5805
5806                 if (is_highmem(zone)) {
5807                         managed_highpages += zone_managed_pages(zone);
5808                         free_highpages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
5809                 }
5810         }
5811         val->totalhigh = managed_highpages;
5812         val->freehigh = free_highpages;
5813 #else
5814         val->totalhigh = managed_highpages;
5815         val->freehigh = free_highpages;
5816 #endif
5817         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
5818 }
5819 #endif
5820
5821 /*
5822  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
5823  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
5824  */
5825 static bool show_mem_node_skip(unsigned int flags, int nid, nodemask_t *nodemask)
5826 {
5827         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
5828                 return false;
5829
5830         /*
5831          * no node mask - aka implicit memory numa policy. Do not bother with
5832          * the synchronization - read_mems_allowed_begin - because we do not
5833          * have to be precise here.
5834          */
5835         if (!nodemask)
5836                 nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
5837
5838         return !node_isset(nid, *nodemask);
5839 }
5840
5841 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
5842
5843 static void show_migration_types(unsigned char type)
5844 {
5845         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
5846                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
5847                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
5848                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
5849                 [MIGRATE_HIGHATOMIC]    = 'H',
5850 #ifdef CONFIG_CMA
5851                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
5852 #endif
5853 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
5854                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
5855 #endif
5856         };
5857         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
5858         char *p = tmp;
5859         int i;
5860
5861         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
5862                 if (type & (1 << i))
5863                         *p++ = types[i];
5864         }
5865
5866         *p = '\0';
5867         printk(KERN_CONT "(%s) ", tmp);
5868 }
5869
5870 /*
5871  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
5872  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
5873  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
5874  *
5875  * Bits in @filter:
5876  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
5877  *   cpuset.
5878  */
5879 void show_free_areas(unsigned int filter, nodemask_t *nodemask)
5880 {
5881         unsigned long free_pcp = 0;
5882         int cpu;
5883         struct zone *zone;
5884         pg_data_t *pgdat;
5885
5886         for_each_populated_zone(zone) {
5887                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5888                         continue;
5889
5890                 for_each_online_cpu(cpu)
5891                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu)->count;
5892         }
5893
5894         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
5895                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
5896                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu\n"
5897                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
5898                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
5899                 " kernel_misc_reclaimable:%lu\n"
5900                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
5901                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
5902                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
5903                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
5904                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
5905                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
5906                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
5907                 global_node_page_state(NR_UNEVICTABLE),
5908                 global_node_page_state(NR_FILE_DIRTY),
5909                 global_node_page_state(NR_WRITEBACK),
5910                 global_node_page_state_pages(NR_SLAB_RECLAIMABLE_B),
5911                 global_node_page_state_pages(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE_B),
5912                 global_node_page_state(NR_FILE_MAPPED),
5913                 global_node_page_state(NR_SHMEM),
5914                 global_node_page_state(NR_PAGETABLE),
5915                 global_zone_page_state(NR_BOUNCE),
5916                 global_node_page_state(NR_KERNEL_MISC_RECLAIMABLE),
5917                 global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES),
5918                 free_pcp,
5919                 global_zone_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
5920
5921         for_each_online_pgdat(pgdat) {
5922                 if (show_mem_node_skip(filter, pgdat->node_id, nodemask))
5923                         continue;
5924
5925                 printk("Node %d"
5926                         " active_anon:%lukB"
5927                         " inactive_anon:%lukB"
5928                         " active_file:%lukB"
5929                         " inactive_file:%lukB"
5930                         " unevictable:%lukB"
5931                         " isolated(anon):%lukB"
5932                         " isolated(file):%lukB"
5933                         " mapped:%lukB"
5934                         " dirty:%lukB"
5935                         " writeback:%lukB"
5936                         " shmem:%lukB"
5937 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5938                         " shmem_thp: %lukB"
5939                         " shmem_pmdmapped: %lukB"
5940                         " anon_thp: %lukB"
5941 #endif
5942                         " writeback_tmp:%lukB"
5943                         " kernel_stack:%lukB"
5944 #ifdef CONFIG_SHADOW_CALL_STACK
5945                         " shadow_call_stack:%lukB"
5946 #endif
5947                         " pagetables:%lukB"
5948                         " all_unreclaimable? %s"
5949                         "\n",
5950                         pgdat->node_id,
5951                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_ANON)),
5952                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON)),
5953                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE)),
5954                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE)),
5955                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNEVICTABLE)),
5956                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON)),
5957                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_FILE)),
5958                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_MAPPED)),
5959                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_DIRTY)),
5960                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK)),
5961                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM)),
5962 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5963                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_THPS)),
5964                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_PMDMAPPED)),
5965                         K(node_page_state(pgdat, NR_ANON_THPS)),
5966 #endif
5967                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK_TEMP)),
5968                         node_page_state(pgdat, NR_KERNEL_STACK_KB),
5969 #ifdef CONFIG_SHADOW_CALL_STACK
5970                         node_page_state(pgdat, NR_KERNEL_SCS_KB),
5971 #endif
5972                         K(node_page_state(pgdat, NR_PAGETABLE)),
5973                         pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES ?
5974                                 "yes" : "no");
5975         }
5976
5977         for_each_populated_zone(zone) {
5978                 int i;
5979
5980                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5981                         continue;
5982
5983                 free_pcp = 0;
5984                 for_each_online_cpu(cpu)
5985                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu)->count;
5986
5987                 show_node(zone);
5988                 printk(KERN_CONT
5989                         "%s"
5990                         " free:%lukB"
5991                         " min:%lukB"
5992                         " low:%lukB"
5993                         " high:%lukB"
5994                         " reserved_highatomic:%luKB"
5995                         " active_anon:%lukB"
5996                         " inactive_anon:%lukB"
5997                         " active_file:%lukB"
5998                         " inactive_file:%lukB"
5999                         " unevictable:%lukB"
6000                         " writepending:%lukB"
6001                         " present:%lukB"
6002                         " managed:%lukB"
6003                         " mlocked:%lukB"
6004                         " bounce:%lukB"
6005                         " free_pcp:%lukB"
6006                         " local_pcp:%ukB"
6007                         " free_cma:%lukB"
6008                         "\n",
6009                         zone->name,
6010                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
6011                         K(min_wmark_pages(zone)),
6012                         K(low_wmark_pages(zone)),
6013                         K(high_wmark_pages(zone)),
6014                         K(zone->nr_reserved_highatomic),
6015                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_ANON)),
6016                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_ANON)),
6017                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_FILE)),
6018                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_FILE)),
6019                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_UNEVICTABLE)),
6020                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_WRITE_PENDING)),
6021                         K(zone->present_pages),
6022                         K(zone_managed_pages(zone)),
6023                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
6024                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
6025                         K(free_pcp),
6026                         K(this_cpu_read(zone->per_cpu_pageset->count)),
6027                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)));
6028                 printk("lowmem_reserve[]:");
6029                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
6030                         printk(KERN_CONT " %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
6031                 printk(KERN_CONT "\n");
6032         }
6033
6034         for_each_populated_zone(zone) {
6035                 unsigned int order;
6036                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, total = 0;
6037                 unsigned char types[MAX_ORDER];
6038
6039                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
6040                         continue;
6041                 show_node(zone);
6042                 printk(KERN_CONT "%s: ", zone->name);
6043
6044                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6045                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
6046                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
6047                         int type;
6048
6049                         nr[order] = area->nr_free;
6050                         total += nr[order] << order;
6051
6052                         types[order] = 0;
6053                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
6054                                 if (!free_area_empty(area, type))
6055                                         types[order] |= 1 << type;
6056                         }
6057                 }
6058                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6059                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
6060                         printk(KERN_CONT "%lu*%lukB ",
6061                                nr[order], K(1UL) << order);
6062                         if (nr[order])
6063                                 show_migration_types(types[order]);
6064                 }
6065                 printk(KERN_CONT "= %lukB\n", K(total));
6066         }
6067
6068         hugetlb_show_meminfo();
6069
6070         printk("%ld total pagecache pages\n", global_node_page_state(NR_FILE_PAGES));
6071
6072         show_swap_cache_info();
6073 }
6074
6075 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
6076 {
6077         zoneref->zone = zone;
6078         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
6079 }
6080
6081 /*
6082  * Builds allocation fallback zone lists.
6083  *
6084  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
6085  */
6086 static int build_zonerefs_node(pg_data_t *pgdat, struct zoneref *zonerefs)
6087 {
6088         struct zone *zone;
6089         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
6090         int nr_zones = 0;
6091
6092         do {
6093                 zone_type--;
6094                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
6095                 if (populated_zone(zone)) {
6096                         zoneref_set_zone(zone, &zonerefs[nr_zones++]);
6097                         check_highest_zone(zone_type);
6098                 }
6099         } while (zone_type);
6100
6101         return nr_zones;
6102 }
6103
6104 #ifdef CONFIG_NUMA
6105
6106 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
6107 {
6108         /*
6109          * We used to support different zonelists modes but they turned
6110          * out to be just not useful. Let's keep the warning in place
6111          * if somebody still use the cmd line parameter so that we do
6112          * not fail it silently
6113          */
6114         if (!(*s == 'd' || *s == 'D' || *s == 'n' || *s == 'N')) {
6115                 pr_warn("Ignoring unsupported numa_zonelist_order value:  %s\n", s);
6116                 return -EINVAL;
6117         }
6118         return 0;
6119 }
6120
6121 char numa_zonelist_order[] = "Node";
6122
6123 /*
6124  * sysctl handler for numa_zonelist_order
6125  */
6126 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
6127                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6128 {
6129         if (write)
6130                 return __parse_numa_zonelist_order(buffer);
6131         return proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
6132 }
6133
6134
6135 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
6136 static int node_load[MAX_NUMNODES];
6137
6138 /**
6139  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
6140  * @node: node whose fallback list we're appending
6141  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
6142  *
6143  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
6144  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
6145  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
6146  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
6147  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
6148  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
6149  * on them otherwise.
6150  *
6151  * Return: node id of the found node or %NUMA_NO_NODE if no node is found.
6152  */
6153 int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
6154 {
6155         int n, val;
6156         int min_val = INT_MAX;
6157         int best_node = NUMA_NO_NODE;
6158
6159         /* Use the local node if we haven't already */
6160         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
6161                 node_set(node, *used_node_mask);
6162                 return node;
6163         }
6164
6165         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
6166
6167                 /* Don't want a node to appear more than once */
6168                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
6169                         continue;
6170
6171                 /* Use the distance array to find the distance */
6172                 val = node_distance(node, n);
6173
6174                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
6175                 val += (n < node);
6176
6177                 /* Give preference to headless and unused nodes */
6178                 if (!cpumask_empty(cpumask_of_node(n)))
6179                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
6180
6181                 /* Slight preference for less loaded node */
6182                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
6183                 val += node_load[n];
6184
6185                 if (val < min_val) {
6186                         min_val = val;
6187                         best_node = n;
6188                 }
6189         }
6190
6191         if (best_node >= 0)
6192                 node_set(best_node, *used_node_mask);
6193
6194         return best_node;
6195 }
6196
6197
6198 /*
6199  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
6200  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
6201  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
6202  */
6203 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int *node_order,
6204                 unsigned nr_nodes)
6205 {
6206         struct zoneref *zonerefs;
6207         int i;
6208
6209         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
6210
6211         for (i = 0; i < nr_nodes; i++) {
6212                 int nr_zones;
6213
6214                 pg_data_t *node = NODE_DATA(node_order[i]);
6215
6216                 nr_zones = build_zonerefs_node(node, zonerefs);
6217                 zonerefs += nr_zones;
6218         }
6219         zonerefs->zone = NULL;
6220         zonerefs->zone_idx = 0;
6221 }
6222
6223 /*
6224  * Build gfp_thisnode zonelists
6225  */
6226 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
6227 {
6228         struct zoneref *zonerefs;
6229         int nr_zones;
6230
6231         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_NOFALLBACK]._zonerefs;
6232         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
6233         zonerefs += nr_zones;
6234         zonerefs->zone = NULL;
6235         zonerefs->zone_idx = 0;
6236 }
6237
6238 /*
6239  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
6240  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
6241  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
6242  * may still exist in local DMA zone.
6243  */
6244
6245 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
6246 {
6247         static int node_order[MAX_NUMNODES];
6248         int node, load, nr_nodes = 0;
6249         nodemask_t used_mask = NODE_MASK_NONE;
6250         int local_node, prev_node;
6251
6252         /* NUMA-aware ordering of nodes */
6253         local_node = pgdat->node_id;
6254         load = nr_online_nodes;
6255         prev_node = local_node;
6256
6257         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
6258         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
6259                 /*
6260                  * We don't want to pressure a particular node.
6261                  * So adding penalty to the first node in same
6262                  * distance group to make it round-robin.
6263                  */
6264                 if (node_distance(local_node, node) !=
6265                     node_distance(local_node, prev_node))
6266                         node_load[node] = load;
6267
6268                 node_order[nr_nodes++] = node;
6269                 prev_node = node;
6270                 load--;
6271         }
6272
6273         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node_order, nr_nodes);
6274         build_thisnode_zonelists(pgdat);
6275 }
6276
6277 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
6278 /*
6279  * Return node id of node used for "local" allocations.
6280  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
6281  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
6282  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
6283  */
6284 int local_memory_node(int node)
6285 {
6286         struct zoneref *z;
6287
6288         z = first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
6289                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
6290                                    NULL);
6291         return zone_to_nid(z->zone);
6292 }
6293 #endif
6294
6295 static void setup_min_unmapped_ratio(void);
6296 static void setup_min_slab_ratio(void);
6297 #else   /* CONFIG_NUMA */
6298
6299 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
6300 {
6301         int node, local_node;
6302         struct zoneref *zonerefs;
6303         int nr_zones;
6304
6305         local_node = pgdat->node_id;
6306
6307         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
6308         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
6309         zonerefs += nr_zones;
6310
6311         /*
6312          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
6313          * of all the other nodes.
6314          * We don't want to pressure a particular node, so when
6315          * building the zones for node N, we make sure that the
6316          * zones coming right after the local ones are those from
6317          * node N+1 (modulo N)
6318          */
6319         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
6320                 if (!node_online(node))
6321                         continue;
6322                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
6323                 zonerefs += nr_zones;
6324         }
6325         for (node = 0; node < local_node; node++) {
6326                 if (!node_online(node))
6327                         continue;
6328                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
6329                 zonerefs += nr_zones;
6330         }
6331
6332         zonerefs->zone = NULL;
6333         zonerefs->zone_idx = 0;
6334 }
6335
6336 #endif  /* CONFIG_NUMA */
6337
6338 /*
6339  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
6340  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
6341  * that an item put on a list will immediately be handed over to
6342  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
6343  * with interrupts disabled.
6344  *
6345  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
6346  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
6347  * hotplugged processors.
6348  *
6349  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
6350  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
6351  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
6352  */
6353 static void per_cpu_pages_init(struct per_cpu_pages *pcp, struct per_cpu_zonestat *pzstats);
6354 /* These effectively disable the pcplists in the boot pageset completely */
6355 #define BOOT_PAGESET_HIGH       0
6356 #define BOOT_PAGESET_BATCH      1
6357 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pages, boot_pageset);
6358 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_zonestat, boot_zonestats);
6359 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_nodestat, boot_nodestats);
6360
6361 static void __build_all_zonelists(void *data)
6362 {
6363         int nid;
6364         int __maybe_unused cpu;
6365         pg_data_t *self = data;
6366         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
6367
6368         spin_lock(&lock);
6369
6370 #ifdef CONFIG_NUMA
6371         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
6372 #endif
6373
6374         /*
6375          * This node is hotadded and no memory is yet present.   So just
6376          * building zonelists is fine - no need to touch other nodes.
6377          */
6378         if (self && !node_online(self->node_id)) {
6379                 build_zonelists(self);
6380         } else {
6381                 for_each_online_node(nid) {
6382                         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6383
6384                         build_zonelists(pgdat);
6385                 }
6386
6387 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
6388                 /*
6389                  * We now know the "local memory node" for each node--
6390                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
6391                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
6392                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
6393                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
6394                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
6395                  */
6396                 for_each_online_cpu(cpu)
6397                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
6398 #endif
6399         }
6400
6401         spin_unlock(&lock);
6402 }
6403
6404 static noinline void __init
6405 build_all_zonelists_init(void)
6406 {
6407         int cpu;
6408
6409         __build_all_zonelists(NULL);
6410
6411         /*
6412          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
6413          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
6414          * each zone will be allocated later when the per cpu
6415          * allocator is available.
6416          *
6417          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
6418          * cpus if the system is already booted because the pagesets
6419          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
6420          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
6421          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
6422          * (a chicken-egg dilemma).
6423          */
6424         for_each_possible_cpu(cpu)
6425                 per_cpu_pages_init(&per_cpu(boot_pageset, cpu), &per_cpu(boot_zonestats, cpu));
6426
6427         mminit_verify_zonelist();
6428         cpuset_init_current_mems_allowed();
6429 }
6430
6431 /*
6432  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
6433  *
6434  * __ref due to call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
6435  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
6436  */
6437 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat)
6438 {
6439         unsigned long vm_total_pages;
6440
6441         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
6442                 build_all_zonelists_init();
6443         } else {
6444                 __build_all_zonelists(pgdat);
6445                 /* cpuset refresh routine should be here */
6446         }
6447         /* Get the number of free pages beyond high watermark in all zones. */
6448         vm_total_pages = nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
6449         /*
6450          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
6451          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
6452          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
6453          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
6454          * disabled and enable it later
6455          */
6456         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
6457                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
6458         else
6459                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
6460
6461         pr_info("Built %u zonelists, mobility grouping %s.  Total pages: %ld\n",
6462                 nr_online_nodes,
6463                 page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
6464                 vm_total_pages);
6465 #ifdef CONFIG_NUMA
6466         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
6467 #endif
6468 }
6469
6470 /* If zone is ZONE_MOVABLE but memory is mirrored, it is an overlapped init */
6471 static bool __meminit
6472 overlap_memmap_init(unsigned long zone, unsigned long *pfn)
6473 {
6474         static struct memblock_region *r;
6475
6476         if (mirrored_kernelcore && zone == ZONE_MOVABLE) {
6477                 if (!r || *pfn >= memblock_region_memory_end_pfn(r)) {
6478                         for_each_mem_region(r) {
6479                                 if (*pfn < memblock_region_memory_end_pfn(r))
6480                                         break;
6481                         }
6482                 }
6483                 if (*pfn >= memblock_region_memory_base_pfn(r) &&
6484                     memblock_is_mirror(r)) {
6485                         *pfn = memblock_region_memory_end_pfn(r);
6486                         return true;
6487                 }
6488         }
6489         return false;
6490 }
6491
6492 /*
6493  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
6494  * up by memblock_free_all() once the early boot process is
6495  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
6496  *
6497  * All aligned pageblocks are initialized to the specified migratetype
6498  * (usually MIGRATE_MOVABLE). Besides setting the migratetype, no related
6499  * zone stats (e.g., nr_isolate_pageblock) are touched.
6500  */
6501 void __meminit memmap_init_range(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
6502                 unsigned long start_pfn, unsigned long zone_end_pfn,
6503                 enum meminit_context context,
6504                 struct vmem_altmap *altmap, int migratetype)
6505 {
6506         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + size;
6507         struct page *page;
6508
6509         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
6510                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
6511
6512 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
6513         /*
6514          * Honor reservation requested by the driver for this ZONE_DEVICE
6515          * memory. We limit the total number of pages to initialize to just
6516          * those that might contain the memory mapping. We will defer the
6517          * ZONE_DEVICE page initialization until after we have released
6518          * the hotplug lock.
6519          */
6520         if (zone == ZONE_DEVICE) {
6521                 if (!altmap)
6522                         return;
6523
6524                 if (start_pfn == altmap->base_pfn)
6525                         start_pfn += altmap->reserve;
6526                 end_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
6527         }
6528 #endif
6529
6530         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; ) {
6531                 /*
6532                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s handed to this
6533                  * function.  They do not exist on hotplugged memory.
6534                  */
6535                 if (context == MEMINIT_EARLY) {
6536                         if (overlap_memmap_init(zone, &pfn))
6537                                 continue;
6538                         if (defer_init(nid, pfn, zone_end_pfn))
6539                                 break;
6540                 }
6541
6542                 page = pfn_to_page(pfn);
6543                 __init_single_page(page, pfn, zone, nid);
6544                 if (context == MEMINIT_HOTPLUG)
6545                         __SetPageReserved(page);
6546
6547                 /*
6548                  * Usually, we want to mark the pageblock MIGRATE_MOVABLE,
6549                  * such that unmovable allocations won't be scattered all
6550                  * over the place during system boot.
6551                  */
6552                 if (IS_ALIGNED(pfn, pageblock_nr_pages)) {
6553                         set_pageblock_migratetype(page, migratetype);
6554                         cond_resched();
6555                 }
6556                 pfn++;
6557         }
6558 }
6559
6560 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
6561 void __ref memmap_init_zone_device(struct zone *zone,
6562                                    unsigned long start_pfn,
6563                                    unsigned long nr_pages,
6564                                    struct dev_pagemap *pgmap)
6565 {
6566         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + nr_pages;
6567         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
6568         struct vmem_altmap *altmap = pgmap_altmap(pgmap);
6569         unsigned long zone_idx = zone_idx(zone);
6570         unsigned long start = jiffies;
6571         int nid = pgdat->node_id;
6572
6573         if (WARN_ON_ONCE(!pgmap || zone_idx(zone) != ZONE_DEVICE))
6574                 return;
6575
6576         /*
6577          * The call to memmap_init should have already taken care
6578          * of the pages reserved for the memmap, so we can just jump to
6579          * the end of that region and start processing the device pages.
6580          */
6581         if (altmap) {
6582                 start_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
6583                 nr_pages = end_pfn - start_pfn;
6584         }
6585
6586         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
6587                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
6588
6589                 __init_single_page(page, pfn, zone_idx, nid);
6590
6591                 /*
6592                  * Mark page reserved as it will need to wait for onlining
6593                  * phase for it to be fully associated with a zone.
6594                  *
6595                  * We can use the non-atomic __set_bit operation for setting
6596                  * the flag as we are still initializing the pages.
6597                  */
6598                 __SetPageReserved(page);
6599
6600                 /*
6601                  * ZONE_DEVICE pages union ->lru with a ->pgmap back pointer
6602                  * and zone_device_data.  It is a bug if a ZONE_DEVICE page is
6603                  * ever freed or placed on a driver-private list.
6604                  */
6605                 page->pgmap = pgmap;
6606                 page->zone_device_data = NULL;
6607
6608                 /*
6609                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
6610                  * movable at startup. This will force kernel allocations
6611                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
6612                  * the address space during boot when many long-lived
6613                  * kernel allocations are made.
6614                  *
6615                  * Please note that MEMINIT_HOTPLUG path doesn't clear memmap
6616                  * because this is done early in section_activate()
6617                  */
6618                 if (IS_ALIGNED(pfn, pageblock_nr_pages)) {
6619                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
6620                         cond_resched();
6621                 }
6622         }
6623
6624         pr_info("%s initialised %lu pages in %ums\n", __func__,
6625                 nr_pages, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
6626 }
6627
6628 #endif
6629 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
6630 {
6631         unsigned int order, t;
6632         for_each_migratetype_order(order, t) {
6633                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
6634                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
6635         }
6636 }
6637
6638 /*
6639  * Only struct pages that correspond to ranges defined by memblock.memory
6640  * are zeroed and initialized by going through __init_single_page() during
6641  * memmap_init_zone_range().
6642  *
6643  * But, there could be struct pages that correspond to holes in
6644  * memblock.memory. This can happen because of the following reasons:
6645  * - physical memory bank size is not necessarily the exact multiple of the
6646  *   arbitrary section size
6647  * - early reserved memory may not be listed in memblock.memory
6648  * - memory layouts defined with memmap= kernel parameter may not align
6649  *   nicely with memmap sections
6650  *
6651  * Explicitly initialize those struct pages so that:
6652  * - PG_Reserved is set
6653  * - zone and node links point to zone and node that span the page if the
6654  *   hole is in the middle of a zone
6655  * - zone and node links point to adjacent zone/node if the hole falls on
6656  *   the zone boundary; the pages in such holes will be prepended to the
6657  *   zone/node above the hole except for the trailing pages in the last
6658  *   section that will be appended to the zone/node below.
6659  */
6660 static void __init init_unavailable_range(unsigned long spfn,
6661                                           unsigned long epfn,
6662                                           int zone, int node)
6663 {
6664         unsigned long pfn;
6665         u64 pgcnt = 0;
6666
6667         for (pfn = spfn; pfn < epfn; pfn++) {
6668                 if (!pfn_valid(ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages))) {
6669                         pfn = ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages)
6670                                 + pageblock_nr_pages - 1;
6671                         continue;
6672                 }
6673                 __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zone, node);
6674                 __SetPageReserved(pfn_to_page(pfn));
6675                 pgcnt++;
6676         }
6677
6678         if (pgcnt)
6679                 pr_info("On node %d, zone %s: %lld pages in unavailable ranges",
6680                         node, zone_names[zone], pgcnt);
6681 }
6682
6683 static void __init memmap_init_zone_range(struct zone *zone,
6684                                           unsigned long start_pfn,
6685                                           unsigned long end_pfn,
6686                                           unsigned long *hole_pfn)
6687 {
6688         unsigned long zone_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
6689         unsigned long zone_end_pfn = zone_start_pfn + zone->spanned_pages;
6690         int nid = zone_to_nid(zone), zone_id = zone_idx(zone);
6691
6692         start_pfn = clamp(start_pfn, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6693         end_pfn = clamp(end_pfn, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6694
6695         if (start_pfn >= end_pfn)
6696                 return;
6697
6698         memmap_init_range(end_pfn - start_pfn, nid, zone_id, start_pfn,
6699                           zone_end_pfn, MEMINIT_EARLY, NULL, MIGRATE_MOVABLE);
6700
6701         if (*hole_pfn < start_pfn)
6702                 init_unavailable_range(*hole_pfn, start_pfn, zone_id, nid);
6703
6704         *hole_pfn = end_pfn;
6705 }
6706
6707 static void __init memmap_init(void)
6708 {
6709         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6710         unsigned long hole_pfn = 0;
6711         int i, j, zone_id = 0, nid;
6712
6713         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
6714                 struct pglist_data *node = NODE_DATA(nid);
6715
6716                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6717                         struct zone *zone = node->node_zones + j;
6718
6719                         if (!populated_zone(zone))
6720                                 continue;
6721
6722                         memmap_init_zone_range(zone, start_pfn, end_pfn,
6723                                                &hole_pfn);
6724                         zone_id = j;
6725                 }
6726         }
6727
6728 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
6729         /*
6730          * Initialize the memory map for hole in the range [memory_end,
6731          * section_end].
6732          * Append the pages in this hole to the highest zone in the last
6733          * node.
6734          * The call to init_unavailable_range() is outside the ifdef to
6735          * silence the compiler warining about zone_id set but not used;
6736          * for FLATMEM it is a nop anyway
6737          */
6738         end_pfn = round_up(end_pfn, PAGES_PER_SECTION);
6739         if (hole_pfn < end_pfn)
6740 #endif
6741                 init_unavailable_range(hole_pfn, end_pfn, zone_id, nid);
6742 }
6743
6744 void __init *memmap_alloc(phys_addr_t size, phys_addr_t align,
6745                           phys_addr_t min_addr, int nid, bool exact_nid)
6746 {
6747         void *ptr;
6748
6749         if (exact_nid)
6750                 ptr = memblock_alloc_exact_nid_raw(size, align, min_addr,
6751                                                    MEMBLOCK_ALLOC_ACCESSIBLE,
6752                                                    nid);
6753         else
6754                 ptr = memblock_alloc_try_nid_raw(size, align, min_addr,
6755                                                  MEMBLOCK_ALLOC_ACCESSIBLE,
6756                                                  nid);
6757
6758         if (ptr && size > 0)
6759                 page_init_poison(ptr, size);
6760
6761         return ptr;
6762 }
6763
6764 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
6765 {
6766 #ifdef CONFIG_MMU
6767         int batch;
6768
6769         /*
6770          * The number of pages to batch allocate is either ~0.1%
6771          * of the zone or 1MB, whichever is smaller. The batch
6772          * size is striking a balance between allocation latency
6773          * and zone lock contention.
6774          */
6775         batch = min(zone_managed_pages(zone) >> 10, (1024 * 1024) / PAGE_SIZE);
6776         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
6777         if (batch < 1)
6778                 batch = 1;
6779
6780         /*
6781          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
6782          * of 2 value was found to be more likely to have
6783          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
6784          *
6785          * For example if 2 tasks are alternately allocating
6786          * batches of pages, one task can end up with a lot
6787          * of pages of one half of the possible page colors
6788          * and the other with pages of the other colors.
6789          */
6790         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
6791
6792         return batch;
6793
6794 #else
6795         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
6796          * conditions.
6797          *
6798          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
6799          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
6800          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
6801          *
6802          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
6803          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
6804          * can be a significant delay between the individual batches being
6805          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
6806          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
6807          */
6808         return 0;
6809 #endif
6810 }
6811
6812 static int zone_highsize(struct zone *zone, int batch, int cpu_online)
6813 {
6814 #ifdef CONFIG_MMU
6815         int high;
6816         int nr_split_cpus;
6817         unsigned long total_pages;
6818
6819         if (!percpu_pagelist_high_fraction) {
6820                 /*
6821                  * By default, the high value of the pcp is based on the zone
6822                  * low watermark so that if they are full then background
6823                  * reclaim will not be started prematurely.
6824                  */
6825                 total_pages = low_wmark_pages(zone);
6826         } else {
6827                 /*
6828                  * If percpu_pagelist_high_fraction is configured, the high
6829                  * value is based on a fraction of the managed pages in the
6830                  * zone.
6831                  */
6832                 total_pages = zone_managed_pages(zone) / percpu_pagelist_high_fraction;
6833         }
6834
6835         /*
6836          * Split the high value across all online CPUs local to the zone. Note
6837          * that early in boot that CPUs may not be online yet and that during
6838          * CPU hotplug that the cpumask is not yet updated when a CPU is being
6839          * onlined. For memory nodes that have no CPUs, split pcp->high across
6840          * all online CPUs to mitigate the risk that reclaim is triggered
6841          * prematurely due to pages stored on pcp lists.
6842          */
6843         nr_split_cpus = cpumask_weight(cpumask_of_node(zone_to_nid(zone))) + cpu_online;
6844         if (!nr_split_cpus)
6845                 nr_split_cpus = num_online_cpus();
6846         high = total_pages / nr_split_cpus;
6847
6848         /*
6849          * Ensure high is at least batch*4. The multiple is based on the
6850          * historical relationship between high and batch.
6851          */
6852         high = max(high, batch << 2);
6853
6854         return high;
6855 #else
6856         return 0;
6857 #endif
6858 }
6859
6860 /*
6861  * pcp->high and pcp->batch values are related and generally batch is lower
6862  * than high. They are also related to pcp->count such that count is lower
6863  * than high, and as soon as it reaches high, the pcplist is flushed.
6864  *
6865  * However, guaranteeing these relations at all times would require e.g. write
6866  * barriers here but also careful usage of read barriers at the read side, and
6867  * thus be prone to error and bad for performance. Thus the update only prevents
6868  * store tearing. Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they
6869  * can cope with those fields changing asynchronously, and fully trust only the
6870  * pcp->count field on the local CPU with interrupts disabled.
6871  *
6872  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
6873  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
6874  * exist).
6875  */
6876 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
6877                 unsigned long batch)
6878 {
6879         WRITE_ONCE(pcp->batch, batch);
6880         WRITE_ONCE(pcp->high, high);
6881 }
6882
6883 static void per_cpu_pages_init(struct per_cpu_pages *pcp, struct per_cpu_zonestat *pzstats)
6884 {
6885         int pindex;
6886
6887         memset(pcp, 0, sizeof(*pcp));
6888         memset(pzstats, 0, sizeof(*pzstats));
6889
6890         for (pindex = 0; pindex < NR_PCP_LISTS; pindex++)
6891                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[pindex]);
6892
6893         /*
6894          * Set batch and high values safe for a boot pageset. A true percpu
6895          * pageset's initialization will update them subsequently. Here we don't
6896          * need to be as careful as pageset_update() as nobody can access the
6897          * pageset yet.
6898          */
6899         pcp->high = BOOT_PAGESET_HIGH;
6900         pcp->batch = BOOT_PAGESET_BATCH;
6901         pcp->free_factor = 0;
6902 }
6903
6904 static void __zone_set_pageset_high_and_batch(struct zone *zone, unsigned long high,
6905                 unsigned long batch)
6906 {
6907         struct per_cpu_pages *pcp;
6908         int cpu;
6909
6910         for_each_possible_cpu(cpu) {
6911                 pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
6912                 pageset_update(pcp, high, batch);
6913         }
6914 }
6915
6916 /*
6917  * Calculate and set new high and batch values for all per-cpu pagesets of a
6918  * zone based on the zone's size.
6919  */
6920 static void zone_set_pageset_high_and_batch(struct zone *zone, int cpu_online)
6921 {
6922         int new_high, new_batch;
6923
6924         new_batch = max(1, zone_batchsize(zone));
6925         new_high = zone_highsize(zone, new_batch, cpu_online);
6926
6927         if (zone->pageset_high == new_high &&
6928             zone->pageset_batch == new_batch)
6929                 return;
6930
6931         zone->pageset_high = new_high;
6932         zone->pageset_batch = new_batch;
6933
6934         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, new_high, new_batch);
6935 }
6936
6937 void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
6938 {
6939         int cpu;
6940
6941         /* Size may be 0 on !SMP && !NUMA */
6942         if (sizeof(struct per_cpu_zonestat) > 0)
6943                 zone->per_cpu_zonestats = alloc_percpu(struct per_cpu_zonestat);
6944
6945         zone->per_cpu_pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pages);
6946         for_each_possible_cpu(cpu) {
6947                 struct per_cpu_pages *pcp;
6948                 struct per_cpu_zonestat *pzstats;
6949
6950                 pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
6951                 pzstats = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_zonestats, cpu);
6952                 per_cpu_pages_init(pcp, pzstats);
6953         }
6954
6955         zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0);
6956 }
6957
6958 /*
6959  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
6960  * Before this call only boot pagesets were available.
6961  */
6962 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
6963 {
6964         struct pglist_data *pgdat;
6965         struct zone *zone;
6966         int __maybe_unused cpu;
6967
6968         for_each_populated_zone(zone)
6969                 setup_zone_pageset(zone);
6970
6971 #ifdef CONFIG_NUMA
6972         /*
6973          * Unpopulated zones continue using the boot pagesets.
6974          * The numa stats for these pagesets need to be reset.
6975          * Otherwise, they will end up skewing the stats of
6976          * the nodes these zones are associated with.
6977          */
6978         for_each_possible_cpu(cpu) {
6979                 struct per_cpu_zonestat *pzstats = &per_cpu(boot_zonestats, cpu);
6980                 memset(pzstats->vm_numa_event, 0,
6981                        sizeof(pzstats->vm_numa_event));
6982         }
6983 #endif
6984
6985         for_each_online_pgdat(pgdat)
6986                 pgdat->per_cpu_nodestats =
6987                         alloc_percpu(struct per_cpu_nodestat);
6988 }
6989
6990 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
6991 {
6992         /*
6993          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
6994          * relies on the ability of the linker to provide the
6995          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
6996          */
6997         zone->per_cpu_pageset = &boot_pageset;
6998         zone->per_cpu_zonestats = &boot_zonestats;
6999         zone->pageset_high = BOOT_PAGESET_HIGH;
7000         zone->pageset_batch = BOOT_PAGESET_BATCH;
7001
7002         if (populated_zone(zone))
7003                 pr_debug("  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n", zone->name,
7004                          zone->present_pages, zone_batchsize(zone));
7005 }
7006
7007 void __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
7008                                         unsigned long zone_start_pfn,
7009                                         unsigned long size)
7010 {
7011         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
7012         int zone_idx = zone_idx(zone) + 1;
7013
7014         if (zone_idx > pgdat->nr_zones)
7015                 pgdat->nr_zones = zone_idx;
7016
7017         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
7018
7019         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
7020                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
7021                         pgdat->node_id,
7022                         (unsigned long)zone_idx(zone),
7023                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
7024
7025         zone_init_free_lists(zone);
7026         zone->initialized = 1;
7027 }
7028
7029 /**
7030  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
7031  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
7032  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
7033  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
7034  *
7035  * It returns the start and end page frame of a node based on information
7036  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
7037  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
7038  * PFNs will be 0.
7039  */
7040 void __init get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
7041                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
7042 {
7043         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
7044         int i;
7045
7046         *start_pfn = -1UL;
7047         *end_pfn = 0;
7048
7049         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
7050                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
7051                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
7052         }
7053
7054         if (*start_pfn == -1UL)
7055                 *start_pfn = 0;
7056 }
7057
7058 /*
7059  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
7060  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
7061  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
7062  */
7063 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
7064 {
7065         int zone_index;
7066         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
7067                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
7068                         continue;
7069
7070                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
7071                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
7072                         break;
7073         }
7074
7075         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
7076         movable_zone = zone_index;
7077 }
7078
7079 /*
7080  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
7081  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
7082  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
7083  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
7084  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
7085  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
7086  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
7087  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
7088  */
7089 static void __init adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
7090                                         unsigned long zone_type,
7091                                         unsigned long node_start_pfn,
7092                                         unsigned long node_end_pfn,
7093                                         unsigned long *zone_start_pfn,
7094                                         unsigned long *zone_end_pfn)
7095 {
7096         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
7097         if (zone_movable_pfn[nid]) {
7098                 /* Size ZONE_MOVABLE */
7099                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
7100                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
7101                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
7102                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
7103
7104                 /* Adjust for ZONE_MOVABLE starting within this range */
7105                 } else if (!mirrored_kernelcore &&
7106                         *zone_start_pfn < zone_movable_pfn[nid] &&
7107                         *zone_end_pfn > zone_movable_pfn[nid]) {
7108                         *zone_end_pfn = zone_movable_pfn[nid];
7109
7110                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
7111                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
7112                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
7113         }
7114 }
7115
7116 /*
7117  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
7118  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
7119  */
7120 static unsigned long __init zone_spanned_pages_in_node(int nid,
7121                                         unsigned long zone_type,
7122                                         unsigned long node_start_pfn,
7123                                         unsigned long node_end_pfn,
7124                                         unsigned long *zone_start_pfn,
7125                                         unsigned long *zone_end_pfn)
7126 {
7127         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
7128         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
7129         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
7130         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
7131                 return 0;
7132
7133         /* Get the start and end of the zone */
7134         *zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
7135         *zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
7136         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
7137                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
7138                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
7139
7140         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
7141         if (*zone_end_pfn < node_start_pfn || *zone_start_pfn > node_end_pfn)
7142                 return 0;
7143
7144         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
7145         *zone_end_pfn = min(*zone_end_pfn, node_end_pfn);
7146         *zone_start_pfn = max(*zone_start_pfn, node_start_pfn);
7147
7148         /* Return the spanned pages */
7149         return *zone_end_pfn - *zone_start_pfn;
7150 }
7151
7152 /*
7153  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
7154  * then all holes in the requested range will be accounted for.
7155  */
7156 unsigned long __init __absent_pages_in_range(int nid,
7157                                 unsigned long range_start_pfn,
7158                                 unsigned long range_end_pfn)
7159 {
7160         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
7161         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7162         int i;
7163
7164         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
7165                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
7166                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
7167                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
7168         }
7169         return nr_absent;
7170 }
7171
7172 /**
7173  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
7174  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
7175  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
7176  *
7177  * Return: the number of pages frames in memory holes within a range.
7178  */
7179 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
7180                                                         unsigned long end_pfn)
7181 {
7182         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
7183 }
7184
7185 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
7186 static unsigned long __init zone_absent_pages_in_node(int nid,
7187                                         unsigned long zone_type,
7188                                         unsigned long node_start_pfn,
7189                                         unsigned long node_end_pfn)
7190 {
7191         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
7192         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
7193         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
7194         unsigned long nr_absent;
7195
7196         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
7197         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
7198                 return 0;
7199
7200         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
7201         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
7202
7203         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
7204                         node_start_pfn, node_end_pfn,
7205                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
7206         nr_absent = __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
7207
7208         /*
7209          * ZONE_MOVABLE handling.
7210          * Treat pages to be ZONE_MOVABLE in ZONE_NORMAL as absent pages
7211          * and vice versa.
7212          */
7213         if (mirrored_kernelcore && zone_movable_pfn[nid]) {
7214                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
7215                 struct memblock_region *r;
7216
7217                 for_each_mem_region(r) {
7218                         start_pfn = clamp(memblock_region_memory_base_pfn(r),
7219                                           zone_start_pfn, zone_end_pfn);
7220                         end_pfn = clamp(memblock_region_memory_end_pfn(r),
7221                                         zone_start_pfn, zone_end_pfn);
7222
7223                         if (zone_type == ZONE_MOVABLE &&
7224                             memblock_is_mirror(r))
7225                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
7226
7227                         if (zone_type == ZONE_NORMAL &&
7228                             !memblock_is_mirror(r))
7229                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
7230                 }
7231         }
7232
7233         return nr_absent;
7234 }
7235
7236 static void __init calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
7237                                                 unsigned long node_start_pfn,
7238                                                 unsigned long node_end_pfn)
7239 {
7240         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
7241         enum zone_type i;
7242
7243         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7244                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
7245                 unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
7246                 unsigned long spanned, absent;
7247                 unsigned long size, real_size;
7248
7249                 spanned = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
7250                                                      node_start_pfn,
7251                                                      node_end_pfn,
7252                                                      &zone_start_pfn,
7253                                                      &zone_end_pfn);
7254                 absent = zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
7255                                                    node_start_pfn,
7256                                                    node_end_pfn);
7257
7258                 size = spanned;
7259                 real_size = size - absent;
7260
7261                 if (size)
7262                         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
7263                 else
7264                         zone->zone_start_pfn = 0;
7265                 zone->spanned_pages = size;
7266                 zone->present_pages = real_size;
7267 #if defined(CONFIG_MEMORY_HOTPLUG)
7268                 zone->present_early_pages = real_size;
7269 #endif
7270
7271                 totalpages += size;
7272                 realtotalpages += real_size;
7273         }
7274
7275         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
7276         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
7277         pr_debug("On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id, realtotalpages);
7278 }
7279
7280 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
7281 /*
7282  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
7283  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
7284  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
7285  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
7286  * bytes.
7287  */
7288 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
7289 {
7290         unsigned long usemapsize;
7291
7292         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
7293         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
7294         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
7295         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
7296         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
7297
7298         return usemapsize / 8;
7299 }
7300
7301 static void __ref setup_usemap(struct zone *zone)
7302 {
7303         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone->zone_start_pfn,
7304                                                zone->spanned_pages);
7305         zone->pageblock_flags = NULL;
7306         if (usemapsize) {
7307                 zone->pageblock_flags =
7308                         memblock_alloc_node(usemapsize, SMP_CACHE_BYTES,
7309                                             zone_to_nid(zone));
7310                 if (!zone->pageblock_flags)
7311                         panic("Failed to allocate %ld bytes for zone %s pageblock flags on node %d\n",
7312                               usemapsize, zone->name, zone_to_nid(zone));
7313         }
7314 }
7315 #else
7316 static inline void setup_usemap(struct zone *zone) {}
7317 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
7318
7319 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
7320
7321 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
7322 void __init set_pageblock_order(void)
7323 {
7324         unsigned int order;
7325
7326         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
7327         if (pageblock_order)
7328                 return;
7329
7330         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT)
7331                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
7332         else
7333                 order = MAX_ORDER - 1;
7334
7335         /*
7336          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
7337          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
7338          * powerpc.
7339          */
7340         pageblock_order = order;
7341 }
7342 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
7343
7344 /*
7345  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
7346  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
7347  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
7348  * the kernel config
7349  */
7350 void __init set_pageblock_order(void)
7351 {
7352 }
7353
7354 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
7355
7356 static unsigned long __init calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
7357                                                 unsigned long present_pages)
7358 {
7359         unsigned long pages = spanned_pages;
7360
7361         /*
7362          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
7363          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
7364          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
7365          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
7366          * populated regions may not be naturally aligned on page boundary.
7367          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
7368          */
7369         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
7370             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
7371                 pages = present_pages;
7372
7373         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
7374 }
7375
7376 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
7377 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat)
7378 {
7379         struct deferred_split *ds_queue = &pgdat->deferred_split_queue;
7380
7381         spin_lock_init(&ds_queue->split_queue_lock);
7382         INIT_LIST_HEAD(&ds_queue->split_queue);
7383         ds_queue->split_queue_len = 0;
7384 }
7385 #else
7386 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat) {}
7387 #endif
7388
7389 #ifdef CONFIG_COMPACTION
7390 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat)
7391 {
7392         init_waitqueue_head(&pgdat->kcompactd_wait);
7393 }
7394 #else
7395 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat) {}
7396 #endif
7397
7398 static void __meminit pgdat_init_internals(struct pglist_data *pgdat)
7399 {
7400         pgdat_resize_init(pgdat);
7401
7402         pgdat_init_split_queue(pgdat);
7403         pgdat_init_kcompactd(pgdat);
7404
7405         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
7406         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
7407
7408         pgdat_page_ext_init(pgdat);
7409         lruvec_init(&pgdat->__lruvec);
7410 }
7411
7412 static void __meminit zone_init_internals(struct zone *zone, enum zone_type idx, int nid,
7413                                                         unsigned long remaining_pages)
7414 {
7415         atomic_long_set(&zone->managed_pages, remaining_pages);
7416         zone_set_nid(zone, nid);
7417         zone->name = zone_names[idx];
7418         zone->zone_pgdat = NODE_DATA(nid);
7419         spin_lock_init(&zone->lock);
7420         zone_seqlock_init(zone);
7421         zone_pcp_init(zone);
7422 }
7423
7424 /*
7425  * Set up the zone data structures
7426  * - init pgdat internals
7427  * - init all zones belonging to this node
7428  *
7429  * NOTE: this function is only called during memory hotplug
7430  */
7431 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
7432 void __ref free_area_init_core_hotplug(int nid)
7433 {
7434         enum zone_type z;
7435         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
7436
7437         pgdat_init_internals(pgdat);
7438         for (z = 0; z < MAX_NR_ZONES; z++)
7439                 zone_init_internals(&pgdat->node_zones[z], z, nid, 0);
7440 }
7441 #endif
7442
7443 /*
7444  * Set up the zone data structures:
7445  *   - mark all pages reserved
7446  *   - mark all memory queues empty
7447  *   - clear the memory bitmaps
7448  *
7449  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
7450  * NOTE: this function is only called during early init.
7451  */
7452 static void __init free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat)
7453 {
7454         enum zone_type j;
7455         int nid = pgdat->node_id;
7456
7457         pgdat_init_internals(pgdat);
7458         pgdat->per_cpu_nodestats = &boot_nodestats;
7459
7460         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
7461                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
7462                 unsigned long size, freesize, memmap_pages;
7463
7464                 size = zone->spanned_pages;
7465                 freesize = zone->present_pages;
7466
7467                 /*
7468                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
7469                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
7470                  * and per-cpu initialisations
7471                  */
7472                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, freesize);
7473                 if (!is_highmem_idx(j)) {
7474                         if (freesize >= memmap_pages) {
7475                                 freesize -= memmap_pages;
7476                                 if (memmap_pages)
7477                                         pr_debug("  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
7478                                                  zone_names[j], memmap_pages);
7479                         } else
7480                                 pr_warn("  %s zone: %lu memmap pages exceeds freesize %lu\n",
7481                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
7482                 }
7483
7484                 /* Account for reserved pages */
7485                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
7486                         freesize -= dma_reserve;
7487                         pr_debug("  %s zone: %lu pages reserved\n", zone_names[0], dma_reserve);
7488                 }
7489
7490                 if (!is_highmem_idx(j))
7491                         nr_kernel_pages += freesize;
7492                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
7493                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
7494                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
7495                 nr_all_pages += freesize;
7496
7497                 /*
7498                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
7499                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
7500                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
7501                  */
7502                 zone_init_internals(zone, j, nid, freesize);
7503
7504                 if (!size)
7505                         continue;
7506
7507                 set_pageblock_order();
7508                 setup_usemap(zone);
7509                 init_currently_empty_zone(zone, zone->zone_start_pfn, size);
7510         }
7511 }
7512
7513 #ifdef CONFIG_FLATMEM
7514 static void __init alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
7515 {
7516         unsigned long __maybe_unused start = 0;
7517         unsigned long __maybe_unused offset = 0;
7518
7519         /* Skip empty nodes */
7520         if (!pgdat->node_spanned_pages)
7521                 return;
7522
7523         start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
7524         offset = pgdat->node_start_pfn - start;
7525         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
7526         if (!pgdat->node_mem_map) {
7527                 unsigned long size, end;
7528                 struct page *map;
7529
7530                 /*
7531                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
7532                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
7533                  * for the buddy allocator to function correctly.
7534                  */
7535                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
7536                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
7537                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
7538                 map = memmap_alloc(size, SMP_CACHE_BYTES, MEMBLOCK_LOW_LIMIT,
7539                                    pgdat->node_id, false);
7540                 if (!map)
7541                         panic("Failed to allocate %ld bytes for node %d memory map\n",
7542                               size, pgdat->node_id);
7543                 pgdat->node_mem_map = map + offset;
7544         }
7545         pr_debug("%s: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
7546                                 __func__, pgdat->node_id, (unsigned long)pgdat,
7547                                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
7548 #ifndef CONFIG_NUMA
7549         /*
7550          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
7551          */
7552         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
7553                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
7554                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
7555                         mem_map -= offset;
7556         }
7557 #endif
7558 }
7559 #else
7560 static inline void alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat) { }
7561 #endif /* CONFIG_FLATMEM */
7562
7563 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
7564 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat)
7565 {
7566         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
7567 }
7568 #else
7569 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat) {}
7570 #endif
7571
7572 static void __init free_area_init_node(int nid)
7573 {
7574         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
7575         unsigned long start_pfn = 0;
7576         unsigned long end_pfn = 0;
7577
7578         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
7579         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->kswapd_highest_zoneidx);
7580
7581         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
7582
7583         pgdat->node_id = nid;
7584         pgdat->node_start_pfn = start_pfn;
7585         pgdat->per_cpu_nodestats = NULL;
7586
7587         pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
7588                 (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
7589                 end_pfn ? ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1 : 0);
7590         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn);
7591
7592         alloc_node_mem_map(pgdat);
7593         pgdat_set_deferred_range(pgdat);
7594
7595         free_area_init_core(pgdat);
7596 }
7597
7598 void __init free_area_init_memoryless_node(int nid)
7599 {
7600         free_area_init_node(nid);
7601 }
7602
7603 #if MAX_NUMNODES > 1
7604 /*
7605  * Figure out the number of possible node ids.
7606  */
7607 void __init setup_nr_node_ids(void)
7608 {
7609         unsigned int highest;
7610
7611         highest = find_last_bit(node_possible_map.bits, MAX_NUMNODES);
7612         nr_node_ids = highest + 1;
7613 }
7614 #endif
7615
7616 /**
7617  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
7618  *
7619  * This function should be called after node map is populated and sorted.
7620  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
7621  * all the nodes.
7622  *
7623  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
7624  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
7625  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
7626  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
7627  *
7628  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
7629  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
7630  * populated node map.
7631  *
7632  * Return: the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
7633  * requirement (single node).
7634  */
7635 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
7636 {
7637         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
7638         unsigned long start, end, mask;
7639         int last_nid = NUMA_NO_NODE;
7640         int i, nid;
7641
7642         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
7643                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
7644                         last_nid = nid;
7645                         last_end = end;
7646                         continue;
7647                 }
7648
7649                 /*
7650                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
7651                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
7652                  * too coarse to separate the current node from the last.
7653                  */
7654                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
7655                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
7656                         mask <<= 1;
7657
7658                 /* accumulate all internode masks */
7659                 accl_mask |= mask;
7660         }
7661
7662         /* convert mask to number of pages */
7663         return ~accl_mask + 1;
7664 }
7665
7666 /**
7667  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
7668  *
7669  * Return: the minimum PFN based on information provided via
7670  * memblock_set_node().
7671  */
7672 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
7673 {
7674         return PHYS_PFN(memblock_start_of_DRAM());
7675 }
7676
7677 /*
7678  * early_calculate_totalpages()
7679  * Sum pages in active regions for movable zone.
7680  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
7681  */
7682 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
7683 {
7684         unsigned long totalpages = 0;
7685         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7686         int i, nid;
7687
7688         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
7689                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
7690
7691                 totalpages += pages;
7692                 if (pages)
7693                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
7694         }
7695         return totalpages;
7696 }
7697
7698 /*
7699  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
7700  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
7701  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
7702  * others
7703  */
7704 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
7705 {
7706         int i, nid;
7707         unsigned long usable_startpfn;
7708         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
7709         /* save the state before borrow the nodemask */
7710         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
7711         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
7712         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
7713         struct memblock_region *r;
7714
7715         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
7716         find_usable_zone_for_movable();
7717
7718         /*
7719          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
7720          * options.
7721          */
7722         if (movable_node_is_enabled()) {
7723                 for_each_mem_region(r) {
7724                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
7725                                 continue;
7726
7727                         nid = memblock_get_region_node(r);
7728
7729                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
7730                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
7731                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
7732                                 usable_startpfn;
7733                 }
7734
7735                 goto out2;
7736         }
7737
7738         /*
7739          * If kernelcore=mirror is specified, ignore movablecore option
7740          */
7741         if (mirrored_kernelcore) {
7742                 bool mem_below_4gb_not_mirrored = false;
7743
7744                 for_each_mem_region(r) {
7745                         if (memblock_is_mirror(r))
7746                                 continue;
7747
7748                         nid = memblock_get_region_node(r);
7749
7750                         usable_startpfn = memblock_region_memory_base_pfn(r);
7751
7752                         if (usable_startpfn < 0x100000) {
7753                                 mem_below_4gb_not_mirrored = true;
7754                                 continue;
7755                         }
7756
7757                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
7758                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
7759                                 usable_startpfn;
7760                 }
7761
7762                 if (mem_below_4gb_not_mirrored)
7763                         pr_warn("This configuration results in unmirrored kernel memory.\n");
7764
7765                 goto out2;
7766         }
7767
7768         /*
7769          * If kernelcore=nn% or movablecore=nn% was specified, calculate the
7770          * amount of necessary memory.
7771          */
7772         if (required_kernelcore_percent)
7773                 required_kernelcore = (totalpages * 100 * required_kernelcore_percent) /
7774                                        10000UL;
7775         if (required_movablecore_percent)
7776                 required_movablecore = (totalpages * 100 * required_movablecore_percent) /
7777                                         10000UL;
7778
7779         /*
7780          * If movablecore= was specified, calculate what size of
7781          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
7782          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
7783          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
7784          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
7785          * what movablecore would have allowed.
7786          */
7787         if (required_movablecore) {
7788                 unsigned long corepages;
7789
7790                 /*
7791                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
7792                  * was requested by the user
7793                  */
7794                 required_movablecore =
7795                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
7796                 required_movablecore = min(totalpages, required_movablecore);
7797                 corepages = totalpages - required_movablecore;
7798
7799                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
7800         }
7801
7802         /*
7803          * If kernelcore was not specified or kernelcore size is larger
7804          * than totalpages, there is no ZONE_MOVABLE.
7805          */
7806         if (!required_kernelcore || required_kernelcore >= totalpages)
7807                 goto out;
7808
7809         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
7810         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
7811
7812 restart:
7813         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
7814         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
7815         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
7816                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
7817
7818                 /*
7819                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
7820                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
7821                  * amount of memory for the kernel
7822                  */
7823                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
7824                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
7825
7826                 /*
7827                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
7828                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
7829                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
7830                  */
7831                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
7832
7833                 /* Go through each range of PFNs within this node */
7834                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
7835                         unsigned long size_pages;
7836
7837                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
7838                         if (start_pfn >= end_pfn)
7839                                 continue;
7840
7841                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
7842                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
7843                                 unsigned long kernel_pages;
7844                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
7845                                                                 - start_pfn;
7846
7847                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
7848                                                         kernelcore_remaining);
7849                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
7850                                                         required_kernelcore);
7851
7852                                 /* Continue if range is now fully accounted */
7853                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
7854
7855                                         /*
7856                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
7857                                          * that if we have to rebalance
7858                                          * kernelcore across nodes, we will
7859                                          * not double account here
7860                                          */
7861                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
7862                                         continue;
7863                                 }
7864                                 start_pfn = usable_startpfn;
7865                         }
7866
7867                         /*
7868                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
7869                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
7870                          * number of pages used as kernelcore
7871                          */
7872                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
7873                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
7874                                 size_pages = kernelcore_remaining;
7875                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
7876
7877                         /*
7878                          * Some kernelcore has been met, update counts and
7879                          * break if the kernelcore for this node has been
7880                          * satisfied
7881                          */
7882                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
7883                                                                 size_pages);
7884                         kernelcore_remaining -= size_pages;
7885                         if (!kernelcore_remaining)
7886                                 break;
7887                 }
7888         }
7889
7890         /*
7891          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
7892          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
7893          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
7894          * satisfied
7895          */
7896         usable_nodes--;
7897         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
7898                 goto restart;
7899
7900 out2:
7901         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
7902         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++) {
7903                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
7904
7905                 zone_movable_pfn[nid] =
7906                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
7907
7908                 get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
7909                 if (zone_movable_pfn[nid] >= end_pfn)
7910                         zone_movable_pfn[nid] = 0;
7911         }
7912
7913 out:
7914         /* restore the node_state */
7915         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
7916 }
7917
7918 /* Any regular or high memory on that node ? */
7919 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
7920 {
7921         enum zone_type zone_type;
7922
7923         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
7924                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
7925                 if (populated_zone(zone)) {
7926                         if (IS_ENABLED(CONFIG_HIGHMEM))
7927                                 node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
7928                         if (zone_type <= ZONE_NORMAL)
7929                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
7930                         break;
7931                 }
7932         }
7933 }
7934
7935 /*
7936  * Some architectures, e.g. ARC may have ZONE_HIGHMEM below ZONE_NORMAL. For
7937  * such cases we allow max_zone_pfn sorted in the descending order
7938  */
7939 bool __weak arch_has_descending_max_zone_pfns(void)
7940 {
7941         return false;
7942 }
7943
7944 /**
7945  * free_area_init - Initialise all pg_data_t and zone data
7946  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
7947  *
7948  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
7949  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
7950  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
7951  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
7952  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
7953  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
7954  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
7955  * at arch_max_dma_pfn.
7956  */
7957 void __init free_area_init(unsigned long *max_zone_pfn)
7958 {
7959         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7960         int i, nid, zone;
7961         bool descending;
7962
7963         /* Record where the zone boundaries are */
7964         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
7965                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
7966         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
7967                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
7968
7969         start_pfn = find_min_pfn_with_active_regions();
7970         descending = arch_has_descending_max_zone_pfns();
7971
7972         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7973                 if (descending)
7974                         zone = MAX_NR_ZONES - i - 1;
7975                 else
7976                         zone = i;
7977
7978                 if (zone == ZONE_MOVABLE)
7979                         continue;
7980
7981                 end_pfn = max(max_zone_pfn[zone], start_pfn);
7982                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone] = start_pfn;
7983                 arch_zone_highest_possible_pfn[zone] = end_pfn;
7984
7985                 start_pfn = end_pfn;
7986         }
7987
7988         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
7989         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
7990         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
7991
7992         /* Print out the zone ranges */
7993         pr_info("Zone ranges:\n");
7994         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7995                 if (i == ZONE_MOVABLE)
7996                         continue;
7997                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
7998                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
7999                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
8000                         pr_cont("empty\n");
8001                 else
8002                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
8003                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
8004                                         << PAGE_SHIFT,
8005                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
8006                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
8007         }
8008
8009         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
8010         pr_info("Movable zone start for each node\n");
8011         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
8012                 if (zone_movable_pfn[i])
8013                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
8014                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
8015         }
8016
8017         /*
8018          * Print out the early node map, and initialize the
8019          * subsection-map relative to active online memory ranges to
8020          * enable future "sub-section" extensions of the memory map.
8021          */
8022         pr_info("Early memory node ranges\n");
8023         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
8024                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
8025                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
8026                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
8027                 subsection_map_init(start_pfn, end_pfn - start_pfn);
8028         }
8029
8030         /* Initialise every node */
8031         mminit_verify_pageflags_layout();
8032         setup_nr_node_ids();
8033         for_each_online_node(nid) {
8034                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
8035                 free_area_init_node(nid);
8036
8037                 /* Any memory on that node */
8038                 if (pgdat->node_present_pages)
8039                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
8040                 check_for_memory(pgdat, nid);
8041         }
8042
8043         memmap_init();
8044 }
8045
8046 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core,
8047                                      unsigned long *percent)
8048 {
8049         unsigned long long coremem;
8050         char *endptr;
8051
8052         if (!p)
8053                 return -EINVAL;
8054
8055         /* Value may be a percentage of total memory, otherwise bytes */
8056         coremem = simple_strtoull(p, &endptr, 0);
8057         if (*endptr == '%') {
8058                 /* Paranoid check for percent values greater than 100 */
8059                 WARN_ON(coremem > 100);
8060
8061                 *percent = coremem;
8062         } else {
8063                 coremem = memparse(p, &p);
8064                 /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
8065                 WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
8066
8067                 *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
8068                 *percent = 0UL;
8069         }
8070         return 0;
8071 }
8072
8073 /*
8074  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
8075  * cannot be reclaimed or migrated.
8076  */
8077 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
8078 {
8079         /* parse kernelcore=mirror */
8080         if (parse_option_str(p, "mirror")) {
8081                 mirrored_kernelcore = true;
8082                 return 0;
8083         }
8084
8085         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore,
8086                                   &required_kernelcore_percent);
8087 }
8088
8089 /*
8090  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
8091  * can be reclaimed or migrated.
8092  */
8093 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
8094 {
8095         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore,
8096                                   &required_movablecore_percent);
8097 }
8098
8099 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
8100 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
8101
8102 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
8103 {
8104         atomic_long_add(count, &page_zone(page)->managed_pages);
8105         totalram_pages_add(count);
8106 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
8107         if (PageHighMem(page))
8108                 totalhigh_pages_add(count);
8109 #endif
8110 }
8111 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
8112
8113 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, const char *s)
8114 {
8115         void *pos;
8116         unsigned long pages = 0;
8117
8118         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
8119         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
8120         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
8121                 struct page *page = virt_to_page(pos);
8122                 void *direct_map_addr;
8123
8124                 /*
8125                  * 'direct_map_addr' might be different from 'pos'
8126                  * because some architectures' virt_to_page()
8127                  * work with aliases.  Getting the direct map
8128                  * address ensures that we get a _writeable_
8129                  * alias for the memset().
8130                  */
8131                 direct_map_addr = page_address(page);
8132                 /*
8133                  * Perform a kasan-unchecked memset() since this memory
8134                  * has not been initialized.
8135                  */
8136                 direct_map_addr = kasan_reset_tag(direct_map_addr);
8137                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
8138                         memset(direct_map_addr, poison, PAGE_SIZE);
8139
8140                 free_reserved_page(page);
8141         }
8142
8143         if (pages && s)
8144                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK\n",
8145                         s, pages << (PAGE_SHIFT - 10));
8146
8147         return pages;
8148 }
8149
8150 void __init mem_init_print_info(void)
8151 {
8152         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
8153         unsigned long init_code_size, init_data_size;
8154
8155         physpages = get_num_physpages();
8156         codesize = _etext - _stext;
8157         datasize = _edata - _sdata;
8158         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
8159         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
8160         init_data_size = __init_end - __init_begin;
8161         init_code_size = _einittext - _sinittext;
8162
8163         /*
8164          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
8165          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
8166          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
8167          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
8168          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
8169          */
8170 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
8171         do { \
8172                 if (&start[0] <= &pos[0] && &pos[0] < &end[0] && size > adj) \
8173                         size -= adj; \
8174         } while (0)
8175
8176         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
8177                      _sinittext, init_code_size);
8178         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
8179         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
8180         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
8181         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
8182
8183 #undef  adj_init_size
8184
8185         pr_info("Memory: %luK/%luK available (%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, %luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
8186 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
8187                 ", %luK highmem"
8188 #endif
8189                 ")\n",
8190                 nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
8191                 physpages << (PAGE_SHIFT - 10),
8192                 codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
8193                 (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
8194                 (physpages - totalram_pages() - totalcma_pages) << (PAGE_SHIFT - 10),
8195                 totalcma_pages << (PAGE_SHIFT - 10)
8196 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
8197                 , totalhigh_pages() << (PAGE_SHIFT - 10)
8198 #endif
8199                 );
8200 }
8201
8202 /**
8203  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
8204  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
8205  *
8206  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by managed_pages.
8207  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
8208  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
8209  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
8210  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
8211  * smaller per-cpu batchsize.
8212  */
8213 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
8214 {
8215         dma_reserve = new_dma_reserve;
8216 }
8217
8218 static int page_alloc_cpu_dead(unsigned int cpu)
8219 {
8220         struct zone *zone;
8221
8222         lru_add_drain_cpu(cpu);
8223         drain_pages(cpu);
8224
8225         /*
8226          * Spill the event counters of the dead processor
8227          * into the current processors event counters.
8228          * This artificially elevates the count of the current
8229          * processor.
8230          */
8231         vm_events_fold_cpu(cpu);
8232
8233         /*
8234          * Zero the differential counters of the dead processor
8235          * so that the vm statistics are consistent.
8236          *
8237          * This is only okay since the processor is dead and cannot
8238          * race with what we are doing.
8239          */
8240         cpu_vm_stats_fold(cpu);
8241
8242         for_each_populated_zone(zone)
8243                 zone_pcp_update(zone, 0);
8244
8245         return 0;
8246 }
8247
8248 static int page_alloc_cpu_online(unsigned int cpu)
8249 {
8250         struct zone *zone;
8251
8252         for_each_populated_zone(zone)
8253                 zone_pcp_update(zone, 1);
8254         return 0;
8255 }
8256
8257 #ifdef CONFIG_NUMA
8258 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
8259
8260 static int __init set_hashdist(char *str)
8261 {
8262         if (!str)
8263                 return 0;
8264         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
8265         return 1;
8266 }
8267 __setup("hashdist=", set_hashdist);
8268 #endif
8269
8270 void __init page_alloc_init(void)
8271 {
8272         int ret;
8273
8274 #ifdef CONFIG_NUMA
8275         if (num_node_state(N_MEMORY) == 1)
8276                 hashdist = 0;
8277 #endif
8278
8279         ret = cpuhp_setup_state_nocalls(CPUHP_PAGE_ALLOC,
8280                                         "mm/page_alloc:pcp",
8281                                         page_alloc_cpu_online,
8282                                         page_alloc_cpu_dead);
8283         WARN_ON(ret < 0);
8284 }
8285
8286 /*
8287  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
8288  *      or min_free_kbytes changes.
8289  */
8290 static void calculate_totalreserve_pages(void)
8291 {
8292         struct pglist_data *pgdat;
8293         unsigned long reserve_pages = 0;
8294         enum zone_type i, j;
8295
8296         for_each_online_pgdat(pgdat) {
8297
8298                 pgdat->totalreserve_pages = 0;
8299
8300                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
8301                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
8302                         long max = 0;
8303                         unsigned long managed_pages = zone_managed_pages(zone);
8304
8305                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
8306                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
8307                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
8308                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
8309                         }
8310
8311                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
8312                         max += high_wmark_pages(zone);
8313
8314                         if (max > managed_pages)
8315                                 max = managed_pages;
8316
8317                         pgdat->totalreserve_pages += max;
8318
8319                         reserve_pages += max;
8320                 }
8321         }
8322         totalreserve_pages = reserve_pages;
8323 }
8324
8325 /*
8326  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
8327  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
8328  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
8329  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
8330  */
8331 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
8332 {
8333         struct pglist_data *pgdat;
8334         enum zone_type i, j;
8335
8336         for_each_online_pgdat(pgdat) {
8337                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES - 1; i++) {
8338                         struct zone *zone = &pgdat->node_zones[i];
8339                         int ratio = sysctl_lowmem_reserve_ratio[i];
8340                         bool clear = !ratio || !zone_managed_pages(zone);
8341                         unsigned long managed_pages = 0;
8342
8343                         for (j = i + 1; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
8344                                 struct zone *upper_zone = &pgdat->node_zones[j];
8345
8346                                 managed_pages += zone_managed_pages(upper_zone);
8347
8348                                 if (clear)
8349                                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
8350                                 else
8351                                         zone->lowmem_reserve[j] = managed_pages / ratio;
8352                         }
8353                 }
8354         }
8355
8356         /* update totalreserve_pages */
8357         calculate_totalreserve_pages();
8358 }
8359
8360 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
8361 {
8362         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
8363         unsigned long lowmem_pages = 0;
8364         struct zone *zone;
8365         unsigned long flags;
8366
8367         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
8368         for_each_zone(zone) {
8369                 if (!is_highmem(zone))
8370                         lowmem_pages += zone_managed_pages(zone);
8371         }
8372
8373         for_each_zone(zone) {
8374                 u64 tmp;
8375
8376                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8377                 tmp = (u64)pages_min * zone_managed_pages(zone);
8378                 do_div(tmp, lowmem_pages);
8379                 if (is_highmem(zone)) {
8380                         /*
8381                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
8382                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
8383                          * value here.
8384                          *
8385                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
8386                          * deltas control async page reclaim, and so should
8387                          * not be capped for highmem.
8388                          */
8389                         unsigned long min_pages;
8390
8391                         min_pages = zone_managed_pages(zone) / 1024;
8392                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
8393                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
8394                 } else {
8395                         /*
8396                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
8397                          * proportionate to the zone's size.
8398                          */
8399                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = tmp;
8400                 }
8401
8402                 /*
8403                  * Set the kswapd watermarks distance according to the
8404                  * scale factor in proportion to available memory, but
8405                  * ensure a minimum size on small systems.
8406                  */
8407                 tmp = max_t(u64, tmp >> 2,
8408                             mult_frac(zone_managed_pages(zone),
8409                                       watermark_scale_factor, 10000));
8410
8411                 zone->watermark_boost = 0;
8412                 zone->_watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + tmp;
8413                 zone->_watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) + tmp * 2;
8414
8415                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8416         }
8417
8418         /* update totalreserve_pages */
8419         calculate_totalreserve_pages();
8420 }
8421
8422 /**
8423  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
8424  * or when memory is hot-{added|removed}
8425  *
8426  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
8427  * correctly with respect to min_free_kbytes.
8428  */
8429 void setup_per_zone_wmarks(void)
8430 {
8431         struct zone *zone;
8432         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
8433
8434         spin_lock(&lock);
8435         __setup_per_zone_wmarks();
8436         spin_unlock(&lock);
8437
8438         /*
8439          * The watermark size have changed so update the pcpu batch
8440          * and high limits or the limits may be inappropriate.
8441          */
8442         for_each_zone(zone)
8443                 zone_pcp_update(zone, 0);
8444 }
8445
8446 /*
8447  * Initialise min_free_kbytes.
8448  *
8449  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
8450  * we want it large (256MB max).  But it is not linear, because network
8451  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
8452  *
8453  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
8454  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
8455  *
8456  * which yields
8457  *
8458  * 16MB:        512k
8459  * 32MB:        724k
8460  * 64MB:        1024k
8461  * 128MB:       1448k
8462  * 256MB:       2048k
8463  * 512MB:       2896k
8464  * 1024MB:      4096k
8465  * 2048MB:      5792k
8466  * 4096MB:      8192k
8467  * 8192MB:      11584k
8468  * 16384MB:     16384k
8469  */
8470 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
8471 {
8472         unsigned long lowmem_kbytes;
8473         int new_min_free_kbytes;
8474
8475         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
8476         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
8477
8478         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes) {
8479                 min_free_kbytes = new_min_free_kbytes;
8480                 if (min_free_kbytes < 128)
8481                         min_free_kbytes = 128;
8482                 if (min_free_kbytes > 262144)
8483                         min_free_kbytes = 262144;
8484         } else {
8485                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
8486                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
8487         }
8488         setup_per_zone_wmarks();
8489         refresh_zone_stat_thresholds();
8490         setup_per_zone_lowmem_reserve();
8491
8492 #ifdef CONFIG_NUMA
8493         setup_min_unmapped_ratio();
8494         setup_min_slab_ratio();
8495 #endif
8496
8497         khugepaged_min_free_kbytes_update();
8498
8499         return 0;
8500 }
8501 postcore_initcall(init_per_zone_wmark_min)
8502
8503 /*
8504  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
8505  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
8506  *      changes.
8507  */
8508 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8509                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8510 {
8511         int rc;
8512
8513         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8514         if (rc)
8515                 return rc;
8516
8517         if (write) {
8518                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
8519                 setup_per_zone_wmarks();
8520         }
8521         return 0;
8522 }
8523
8524 int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8525                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8526 {
8527         int rc;
8528
8529         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8530         if (rc)
8531                 return rc;
8532
8533         if (write)
8534                 setup_per_zone_wmarks();
8535
8536         return 0;
8537 }
8538
8539 #ifdef CONFIG_NUMA
8540 static void setup_min_unmapped_ratio(void)
8541 {
8542         pg_data_t *pgdat;
8543         struct zone *zone;
8544
8545         for_each_online_pgdat(pgdat)
8546                 pgdat->min_unmapped_pages = 0;
8547
8548         for_each_zone(zone)
8549                 zone->zone_pgdat->min_unmapped_pages += (zone_managed_pages(zone) *
8550                                                          sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
8551 }
8552
8553
8554 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8555                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8556 {
8557         int rc;
8558
8559         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8560         if (rc)
8561                 return rc;
8562
8563         setup_min_unmapped_ratio();
8564
8565         return 0;
8566 }
8567
8568 static void setup_min_slab_ratio(void)
8569 {
8570         pg_data_t *pgdat;
8571         struct zone *zone;
8572
8573         for_each_online_pgdat(pgdat)
8574                 pgdat->min_slab_pages = 0;
8575
8576         for_each_zone(zone)
8577                 zone->zone_pgdat->min_slab_pages += (zone_managed_pages(zone) *
8578                                                      sysctl_min_slab_ratio) / 100;
8579 }
8580
8581 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8582                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8583 {
8584         int rc;
8585
8586         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8587         if (rc)
8588                 return rc;
8589
8590         setup_min_slab_ratio();
8591
8592         return 0;
8593 }
8594 #endif
8595
8596 /*
8597  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
8598  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
8599  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
8600  *
8601  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
8602  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
8603  * if in function of the boot time zone sizes.
8604  */
8605 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8606                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8607 {
8608         int i;
8609
8610         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8611
8612         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
8613                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[i] < 1)
8614                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[i] = 0;
8615         }
8616
8617         setup_per_zone_lowmem_reserve();
8618         return 0;
8619 }
8620
8621 /*
8622  * percpu_pagelist_high_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
8623  * cpu. It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
8624  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
8625  */
8626 int percpu_pagelist_high_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table,
8627                 int write, void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8628 {
8629         struct zone *zone;
8630         int old_percpu_pagelist_high_fraction;
8631         int ret;
8632
8633         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
8634         old_percpu_pagelist_high_fraction = percpu_pagelist_high_fraction;
8635
8636         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8637         if (!write || ret < 0)
8638                 goto out;
8639
8640         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
8641         if (percpu_pagelist_high_fraction &&
8642             percpu_pagelist_high_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_HIGH_FRACTION) {
8643                 percpu_pagelist_high_fraction = old_percpu_pagelist_high_fraction;
8644                 ret = -EINVAL;
8645                 goto out;
8646         }
8647
8648         /* No change? */
8649         if (percpu_pagelist_high_fraction == old_percpu_pagelist_high_fraction)
8650                 goto out;
8651
8652         for_each_populated_zone(zone)
8653                 zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0);
8654 out:
8655         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
8656         return ret;
8657 }
8658
8659 #ifndef __HAVE_ARCH_RESERVED_KERNEL_PAGES
8660 /*
8661  * Returns the number of pages that arch has reserved but
8662  * is not known to alloc_large_system_hash().
8663  */
8664 static unsigned long __init arch_reserved_kernel_pages(void)
8665 {
8666         return 0;
8667 }
8668 #endif
8669
8670 /*
8671  * Adaptive scale is meant to reduce sizes of hash tables on large memory
8672  * machines. As memory size is increased the scale is also increased but at
8673  * slower pace.  Starting from ADAPT_SCALE_BASE (64G), every time memory
8674  * quadruples the scale is increased by one, which means the size of hash table
8675  * only doubles, instead of quadrupling as well.
8676  * Because 32-bit systems cannot have large physical memory, where this scaling
8677  * makes sense, it is disabled on such platforms.
8678  */
8679 #if __BITS_PER_LONG > 32
8680 #define ADAPT_SCALE_BASE        (64ul << 30)
8681 #define ADAPT_SCALE_SHIFT       2
8682 #define ADAPT_SCALE_NPAGES      (ADAPT_SCALE_BASE >> PAGE_SHIFT)
8683 #endif
8684
8685 /*
8686  * allocate a large system hash table from bootmem
8687  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
8688  *   quantity of entries
8689  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
8690  */
8691 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
8692                                      unsigned long bucketsize,
8693                                      unsigned long numentries,
8694                                      int scale,
8695                                      int flags,
8696                                      unsigned int *_hash_shift,
8697                                      unsigned int *_hash_mask,
8698                                      unsigned long low_limit,
8699                                      unsigned long high_limit)
8700 {
8701         unsigned long long max = high_limit;
8702         unsigned long log2qty, size;
8703         void *table = NULL;
8704         gfp_t gfp_flags;
8705         bool virt;
8706         bool huge;
8707
8708         /* allow the kernel cmdline to have a say */
8709         if (!numentries) {
8710                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
8711                 numentries = nr_kernel_pages;
8712                 numentries -= arch_reserved_kernel_pages();
8713
8714                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
8715                 if (PAGE_SHIFT < 20)
8716                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
8717
8718 #if __BITS_PER_LONG > 32
8719                 if (!high_limit) {
8720                         unsigned long adapt;
8721
8722                         for (adapt = ADAPT_SCALE_NPAGES; adapt < numentries;
8723                              adapt <<= ADAPT_SCALE_SHIFT)
8724                                 scale++;
8725                 }
8726 #endif
8727
8728                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
8729                 if (scale > PAGE_SHIFT)
8730                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
8731                 else
8732                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
8733
8734                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
8735                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
8736                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
8737                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
8738                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
8739                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
8740                                 BUG_ON(!numentries);
8741                         }
8742                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
8743                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
8744         }
8745         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
8746
8747         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
8748         if (max == 0) {
8749                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
8750                 do_div(max, bucketsize);
8751         }
8752         max = min(max, 0x80000000ULL);
8753
8754         if (numentries < low_limit)
8755                 numentries = low_limit;
8756         if (numentries > max)
8757                 numentries = max;
8758
8759         log2qty = ilog2(numentries);
8760
8761         gfp_flags = (flags & HASH_ZERO) ? GFP_ATOMIC | __GFP_ZERO : GFP_ATOMIC;
8762         do {
8763                 virt = false;
8764                 size = bucketsize << log2qty;
8765                 if (flags & HASH_EARLY) {
8766                         if (flags & HASH_ZERO)
8767                                 table = memblock_alloc(size, SMP_CACHE_BYTES);
8768                         else
8769                                 table = memblock_alloc_raw(size,
8770                                                            SMP_CACHE_BYTES);
8771                 } else if (get_order(size) >= MAX_ORDER || hashdist) {
8772                         table = __vmalloc(size, gfp_flags);
8773                         virt = true;
8774                         huge = is_vm_area_hugepages(table);
8775                 } else {
8776                         /*
8777                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
8778                          * some pages at the end of hash table which
8779                          * alloc_pages_exact() automatically does
8780                          */
8781                         table = alloc_pages_exact(size, gfp_flags);
8782                         kmemleak_alloc(table, size, 1, gfp_flags);
8783                 }
8784         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
8785
8786         if (!table)
8787                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
8788
8789         pr_info("%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes, %s)\n",
8790                 tablename, 1UL << log2qty, ilog2(size) - PAGE_SHIFT, size,
8791                 virt ? (huge ? "vmalloc hugepage" : "vmalloc") : "linear");
8792
8793         if (_hash_shift)
8794                 *_hash_shift = log2qty;
8795         if (_hash_mask)
8796                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
8797
8798         return table;
8799 }
8800
8801 /*
8802  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
8803  *
8804  * PageLRU check without isolation or lru_lock could race so that
8805  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. And __PageMovable
8806  * check without lock_page also may miss some movable non-lru pages at
8807  * race condition. So you can't expect this function should be exact.
8808  *
8809  * Returns a page without holding a reference. If the caller wants to
8810  * dereference that page (e.g., dumping), it has to make sure that it
8811  * cannot get removed (e.g., via memory unplug) concurrently.
8812  *
8813  */
8814 struct page *has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page,
8815                                  int migratetype, int flags)
8816 {
8817         unsigned long iter = 0;
8818         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8819         unsigned long offset = pfn % pageblock_nr_pages;
8820
8821         if (is_migrate_cma_page(page)) {
8822                 /*
8823                  * CMA allocations (alloc_contig_range) really need to mark
8824                  * isolate CMA pageblocks even when they are not movable in fact
8825                  * so consider them movable here.
8826                  */
8827                 if (is_migrate_cma(migratetype))
8828                         return NULL;
8829
8830                 return page;
8831         }
8832
8833         for (; iter < pageblock_nr_pages - offset; iter++) {
8834                 page = pfn_to_page(pfn + iter);
8835
8836                 /*
8837                  * Both, bootmem allocations and memory holes are marked
8838                  * PG_reserved and are unmovable. We can even have unmovable
8839                  * allocations inside ZONE_MOVABLE, for example when
8840                  * specifying "movablecore".
8841                  */
8842                 if (PageReserved(page))
8843                         return page;
8844
8845                 /*
8846                  * If the zone is movable and we have ruled out all reserved
8847                  * pages then it should be reasonably safe to assume the rest
8848                  * is movable.
8849                  */
8850                 if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
8851                         continue;
8852
8853                 /*
8854                  * Hugepages are not in LRU lists, but they're movable.
8855                  * THPs are on the LRU, but need to be counted as #small pages.
8856                  * We need not scan over tail pages because we don't
8857                  * handle each tail page individually in migration.
8858                  */
8859                 if (PageHuge(page) || PageTransCompound(page)) {
8860                         struct page *head = compound_head(page);
8861                         unsigned int skip_pages;
8862
8863                         if (PageHuge(page)) {
8864                                 if (!hugepage_migration_supported(page_hstate(head)))
8865                                         return page;
8866                         } else if (!PageLRU(head) && !__PageMovable(head)) {
8867                                 return page;
8868                         }
8869
8870                         skip_pages = compound_nr(head) - (page - head);
8871                         iter += skip_pages - 1;
8872                         continue;
8873                 }
8874
8875                 /*
8876                  * We can't use page_count without pin a page
8877                  * because another CPU can free compound page.
8878                  * This check already skips compound tails of THP
8879                  * because their page->_refcount is zero at all time.
8880                  */
8881                 if (!page_ref_count(page)) {
8882                         if (PageBuddy(page))
8883                                 iter += (1 << buddy_order(page)) - 1;
8884                         continue;
8885                 }
8886
8887                 /*
8888                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
8889                  * page_count() is not 0.
8890                  */
8891                 if ((flags & MEMORY_OFFLINE) && PageHWPoison(page))
8892                         continue;
8893
8894                 /*
8895                  * We treat all PageOffline() pages as movable when offlining
8896                  * to give drivers a chance to decrement their reference count
8897                  * in MEM_GOING_OFFLINE in order to indicate that these pages
8898                  * can be offlined as there are no direct references anymore.
8899                  * For actually unmovable PageOffline() where the driver does
8900                  * not support this, we will fail later when trying to actually
8901                  * move these pages that still have a reference count > 0.
8902                  * (false negatives in this function only)
8903                  */
8904                 if ((flags & MEMORY_OFFLINE) && PageOffline(page))
8905                         continue;
8906
8907                 if (__PageMovable(page) || PageLRU(page))
8908                         continue;
8909
8910                 /*
8911                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check
8912                  * it.  But now, memory offline itself doesn't call
8913                  * shrink_node_slabs() and it still to be fixed.
8914                  */
8915                 return page;
8916         }
8917         return NULL;
8918 }
8919
8920 #ifdef CONFIG_CONTIG_ALLOC
8921 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
8922 {
8923         return pfn & ~(max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
8924                              pageblock_nr_pages) - 1);
8925 }
8926
8927 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
8928 {
8929         return ALIGN(pfn, max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
8930                                 pageblock_nr_pages));
8931 }
8932
8933 #if defined(CONFIG_DYNAMIC_DEBUG) || \
8934         (defined(CONFIG_DYNAMIC_DEBUG_CORE) && defined(DYNAMIC_DEBUG_MODULE))
8935 /* Usage: See admin-guide/dynamic-debug-howto.rst */
8936 static void alloc_contig_dump_pages(struct list_head *page_list)
8937 {
8938         DEFINE_DYNAMIC_DEBUG_METADATA(descriptor, "migrate failure");
8939
8940         if (DYNAMIC_DEBUG_BRANCH(descriptor)) {
8941                 struct page *page;
8942
8943                 dump_stack();
8944                 list_for_each_entry(page, page_list, lru)
8945                         dump_page(page, "migration failure");
8946         }
8947 }
8948 #else
8949 static inline void alloc_contig_dump_pages(struct list_head *page_list)
8950 {
8951 }
8952 #endif
8953
8954 /* [start, end) must belong to a single zone. */
8955 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
8956                                         unsigned long start, unsigned long end)
8957 {
8958         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
8959         unsigned int nr_reclaimed;
8960         unsigned long pfn = start;
8961         unsigned int tries = 0;
8962         int ret = 0;
8963         struct migration_target_control mtc = {
8964                 .nid = zone_to_nid(cc->zone),
8965                 .gfp_mask = GFP_USER | __GFP_MOVABLE | __GFP_RETRY_MAYFAIL,
8966         };
8967
8968         lru_cache_disable();
8969
8970         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
8971                 if (fatal_signal_pending(current)) {
8972                         ret = -EINTR;
8973                         break;
8974                 }
8975
8976                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
8977                         cc->nr_migratepages = 0;
8978                         ret = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
8979                         if (ret && ret != -EAGAIN)
8980                                 break;
8981                         pfn = cc->migrate_pfn;
8982                         tries = 0;
8983                 } else if (++tries == 5) {
8984                         ret = -EBUSY;
8985                         break;
8986                 }
8987
8988                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
8989                                                         &cc->migratepages);
8990                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
8991
8992                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migration_target,
8993                         NULL, (unsigned long)&mtc, cc->mode, MR_CONTIG_RANGE, NULL);
8994
8995                 /*
8996                  * On -ENOMEM, migrate_pages() bails out right away. It is pointless
8997                  * to retry again over this error, so do the same here.
8998                  */
8999                 if (ret == -ENOMEM)
9000                         break;
9001         }
9002
9003         lru_cache_enable();
9004         if (ret < 0) {
9005                 if (ret == -EBUSY)
9006                         alloc_contig_dump_pages(&cc->migratepages);
9007                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
9008                 return ret;
9009         }
9010         return 0;
9011 }
9012
9013 /**
9014  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
9015  * @start:      start PFN to allocate
9016  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
9017  * @migratetype:        migratetype of the underlying pageblocks (either
9018  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
9019  *                      in range must have the same migratetype and it must
9020  *                      be either of the two.
9021  * @gfp_mask:   GFP mask to use during compaction
9022  *
9023  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
9024  * aligned.  The PFN range must belong to a single zone.
9025  *
9026  * The first thing this routine does is attempt to MIGRATE_ISOLATE all
9027  * pageblocks in the range.  Once isolated, the pageblocks should not
9028  * be modified by others.
9029  *
9030  * Return: zero on success or negative error code.  On success all
9031  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
9032  * need to be freed with free_contig_range().
9033  */
9034 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
9035                        unsigned migratetype, gfp_t gfp_mask)
9036 {
9037         unsigned long outer_start, outer_end;
9038         unsigned int order;
9039         int ret = 0;
9040
9041         struct compact_control cc = {
9042                 .nr_migratepages = 0,
9043                 .order = -1,
9044                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
9045                 .mode = MIGRATE_SYNC,
9046                 .ignore_skip_hint = true,
9047                 .no_set_skip_hint = true,
9048                 .gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask),
9049                 .alloc_contig = true,
9050         };
9051         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
9052
9053         /*
9054          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
9055          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
9056          * have different sizes, and due to the way page allocator
9057          * work, we align the range to biggest of the two pages so
9058          * that page allocator won't try to merge buddies from
9059          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
9060          * other migration type.
9061          *
9062          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
9063          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
9064          * we are interested in).  This will put all the pages in
9065          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
9066          *
9067          * When this is done, we take the pages in range from page
9068          * allocator removing them from the buddy system.  This way
9069          * page allocator will never consider using them.
9070          *
9071          * This lets us mark the pageblocks back as
9072          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
9073          * aligned range but not in the unaligned, original range are
9074          * put back to page allocator so that buddy can use them.
9075          */
9076
9077         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
9078                                        pfn_max_align_up(end), migratetype, 0);
9079         if (ret)
9080                 return ret;
9081
9082         drain_all_pages(cc.zone);
9083
9084         /*
9085          * In case of -EBUSY, we'd like to know which page causes problem.
9086          * So, just fall through. test_pages_isolated() has a tracepoint
9087          * which will report the busy page.
9088          *
9089          * It is possible that busy pages could become available before
9090          * the call to test_pages_isolated, and the range will actually be
9091          * allocated.  So, if we fall through be sure to clear ret so that
9092          * -EBUSY is not accidentally used or returned to caller.
9093          */
9094         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
9095         if (ret && ret != -EBUSY)
9096                 goto done;
9097         ret = 0;
9098
9099         /*
9100          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
9101          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
9102          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
9103          * What we are going to do is to allocate all pages from
9104          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
9105          *
9106          * The only problem is that pages at the beginning and at the
9107          * end of interesting range may be not aligned with pages that
9108          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
9109          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
9110          * once this is done free the pages we are not interested in.
9111          *
9112          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
9113          * isolated thus they won't get removed from buddy.
9114          */
9115
9116         order = 0;
9117         outer_start = start;
9118         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
9119                 if (++order >= MAX_ORDER) {
9120                         outer_start = start;
9121                         break;
9122                 }
9123                 outer_start &= ~0UL << order;
9124         }
9125
9126         if (outer_start != start) {
9127                 order = buddy_order(pfn_to_page(outer_start));
9128
9129                 /*
9130                  * outer_start page could be small order buddy page and
9131                  * it doesn't include start page. Adjust outer_start
9132                  * in this case to report failed page properly
9133                  * on tracepoint in test_pages_isolated()
9134                  */
9135                 if (outer_start + (1UL << order) <= start)
9136                         outer_start = start;
9137         }
9138
9139         /* Make sure the range is really isolated. */
9140         if (test_pages_isolated(outer_start, end, 0)) {
9141                 ret = -EBUSY;
9142                 goto done;
9143         }
9144
9145         /* Grab isolated pages from freelists. */
9146         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
9147         if (!outer_end) {
9148                 ret = -EBUSY;
9149                 goto done;
9150         }
9151
9152         /* Free head and tail (if any) */
9153         if (start != outer_start)
9154                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
9155         if (end != outer_end)
9156                 free_contig_range(end, outer_end - end);
9157
9158 done:
9159         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
9160                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
9161         return ret;
9162 }
9163 EXPORT_SYMBOL(alloc_contig_range);
9164
9165 static int __alloc_contig_pages(unsigned long start_pfn,
9166                                 unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask)
9167 {
9168         unsigned long end_pfn = start_pfn + nr_pages;
9169
9170         return alloc_contig_range(start_pfn, end_pfn, MIGRATE_MOVABLE,
9171                                   gfp_mask);
9172 }
9173
9174 static bool pfn_range_valid_contig(struct zone *z, unsigned long start_pfn,
9175                                    unsigned long nr_pages)
9176 {
9177         unsigned long i, end_pfn = start_pfn + nr_pages;
9178         struct page *page;
9179
9180         for (i = start_pfn; i < end_pfn; i++) {
9181                 page = pfn_to_online_page(i);
9182                 if (!page)
9183                         return false;
9184
9185                 if (page_zone(page) != z)
9186                         return false;
9187
9188                 if (PageReserved(page))
9189                         return false;
9190         }
9191         return true;
9192 }
9193
9194 static bool zone_spans_last_pfn(const struct zone *zone,
9195                                 unsigned long start_pfn, unsigned long nr_pages)
9196 {
9197         unsigned long last_pfn = start_pfn + nr_pages - 1;
9198
9199         return zone_spans_pfn(zone, last_pfn);
9200 }
9201
9202 /**
9203  * alloc_contig_pages() -- tries to find and allocate contiguous range of pages
9204  * @nr_pages:   Number of contiguous pages to allocate
9205  * @gfp_mask:   GFP mask to limit search and used during compaction
9206  * @nid:        Target node
9207  * @nodemask:   Mask for other possible nodes
9208  *
9209  * This routine is a wrapper around alloc_contig_range(). It scans over zones
9210  * on an applicable zonelist to find a contiguous pfn range which can then be
9211  * tried for allocation with alloc_contig_range(). This routine is intended
9212  * for allocation requests which can not be fulfilled with the buddy allocator.
9213  *
9214  * The allocated memory is always aligned to a page boundary. If nr_pages is a
9215  * power of two then the alignment is guaranteed to be to the given nr_pages
9216  * (e.g. 1GB request would be aligned to 1GB).
9217  *
9218  * Allocated pages can be freed with free_contig_range() or by manually calling
9219  * __free_page() on each allocated page.
9220  *
9221  * Return: pointer to contiguous pages on success, or NULL if not successful.
9222  */
9223 struct page *alloc_contig_pages(unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask,
9224                                 int nid, nodemask_t *nodemask)
9225 {
9226         unsigned long ret, pfn, flags;
9227         struct zonelist *zonelist;
9228         struct zone *zone;
9229         struct zoneref *z;
9230
9231         zonelist = node_zonelist(nid, gfp_mask);
9232         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
9233                                         gfp_zone(gfp_mask), nodemask) {
9234                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9235
9236                 pfn = ALIGN(zone->zone_start_pfn, nr_pages);
9237                 while (zone_spans_last_pfn(zone, pfn, nr_pages)) {
9238                         if (pfn_range_valid_contig(zone, pfn, nr_pages)) {
9239                                 /*
9240                                  * We release the zone lock here because
9241                                  * alloc_contig_range() will also lock the zone
9242                                  * at some point. If there's an allocation
9243                                  * spinning on this lock, it may win the race
9244                                  * and cause alloc_contig_range() to fail...
9245                                  */
9246                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9247                                 ret = __alloc_contig_pages(pfn, nr_pages,
9248                                                         gfp_mask);
9249                                 if (!ret)
9250                                         return pfn_to_page(pfn);
9251                                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9252                         }
9253                         pfn += nr_pages;
9254                 }
9255                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9256         }
9257         return NULL;
9258 }
9259 #endif /* CONFIG_CONTIG_ALLOC */
9260
9261 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned long nr_pages)
9262 {
9263         unsigned long count = 0;
9264
9265         for (; nr_pages--; pfn++) {
9266                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
9267
9268                 count += page_count(page) != 1;
9269                 __free_page(page);
9270         }
9271         WARN(count != 0, "%lu pages are still in use!\n", count);
9272 }
9273 EXPORT_SYMBOL(free_contig_range);
9274
9275 /*
9276  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
9277  * page high values need to be recalculated.
9278  */
9279 void zone_pcp_update(struct zone *zone, int cpu_online)
9280 {
9281         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
9282         zone_set_pageset_high_and_batch(zone, cpu_online);
9283         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
9284 }
9285
9286 /*
9287  * Effectively disable pcplists for the zone by setting the high limit to 0
9288  * and draining all cpus. A concurrent page freeing on another CPU that's about
9289  * to put the page on pcplist will either finish before the drain and the page
9290  * will be drained, or observe the new high limit and skip the pcplist.
9291  *
9292  * Must be paired with a call to zone_pcp_enable().
9293  */
9294 void zone_pcp_disable(struct zone *zone)
9295 {
9296         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
9297         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0, 1);
9298         __drain_all_pages(zone, true);
9299 }
9300
9301 void zone_pcp_enable(struct zone *zone)
9302 {
9303         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, zone->pageset_high, zone->pageset_batch);
9304         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
9305 }
9306
9307 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
9308 {
9309         int cpu;
9310         struct per_cpu_zonestat *pzstats;
9311
9312         if (zone->per_cpu_pageset != &boot_pageset) {
9313                 for_each_online_cpu(cpu) {
9314                         pzstats = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_zonestats, cpu);
9315                         drain_zonestat(zone, pzstats);
9316                 }
9317                 free_percpu(zone->per_cpu_pageset);
9318                 free_percpu(zone->per_cpu_zonestats);
9319                 zone->per_cpu_pageset = &boot_pageset;
9320                 zone->per_cpu_zonestats = &boot_zonestats;
9321         }
9322 }
9323
9324 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
9325 /*
9326  * All pages in the range must be in a single zone, must not contain holes,
9327  * must span full sections, and must be isolated before calling this function.
9328  */
9329 void __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
9330 {
9331         unsigned long pfn = start_pfn;
9332         struct page *page;
9333         struct zone *zone;
9334         unsigned int order;
9335         unsigned long flags;
9336
9337         offline_mem_sections(pfn, end_pfn);
9338         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
9339         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9340         while (pfn < end_pfn) {
9341                 page = pfn_to_page(pfn);
9342                 /*
9343                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
9344                  * page_count() is not 0.
9345                  */
9346                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
9347                         pfn++;
9348                         continue;
9349                 }
9350                 /*
9351                  * At this point all remaining PageOffline() pages have a
9352                  * reference count of 0 and can simply be skipped.
9353                  */
9354                 if (PageOffline(page)) {
9355                         BUG_ON(page_count(page));
9356                         BUG_ON(PageBuddy(page));
9357                         pfn++;
9358                         continue;
9359                 }
9360
9361                 BUG_ON(page_count(page));
9362                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
9363                 order = buddy_order(page);
9364                 del_page_from_free_list(page, zone, order);
9365                 pfn += (1 << order);
9366         }
9367         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9368 }
9369 #endif
9370
9371 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
9372 {
9373         struct zone *zone = page_zone(page);
9374         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
9375         unsigned long flags;
9376         unsigned int order;
9377
9378         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9379         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
9380                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
9381
9382                 if (PageBuddy(page_head) && buddy_order(page_head) >= order)
9383                         break;
9384         }
9385         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9386
9387         return order < MAX_ORDER;
9388 }
9389
9390 #ifdef CONFIG_MEMORY_FAILURE
9391 /*
9392  * Break down a higher-order page in sub-pages, and keep our target out of
9393  * buddy allocator.
9394  */
9395 static void break_down_buddy_pages(struct zone *zone, struct page *page,
9396                                    struct page *target, int low, int high,
9397                                    int migratetype)
9398 {
9399         unsigned long size = 1 << high;
9400         struct page *current_buddy, *next_page;
9401
9402         while (high > low) {
9403                 high--;
9404                 size >>= 1;
9405
9406                 if (target >= &page[size]) {
9407                         next_page = page + size;
9408                         current_buddy = page;
9409                 } else {
9410                         next_page = page;
9411                         current_buddy = page + size;
9412                 }
9413
9414                 if (set_page_guard(zone, current_buddy, high, migratetype))
9415                         continue;
9416
9417                 if (current_buddy != target) {
9418                         add_to_free_list(current_buddy, zone, high, migratetype);
9419                         set_buddy_order(current_buddy, high);
9420                         page = next_page;
9421                 }
9422         }
9423 }
9424
9425 /*
9426  * Take a page that will be marked as poisoned off the buddy allocator.
9427  */
9428 bool take_page_off_buddy(struct page *page)
9429 {
9430         struct zone *zone = page_zone(page);
9431         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
9432         unsigned long flags;
9433         unsigned int order;
9434         bool ret = false;
9435
9436         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9437         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
9438                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
9439                 int page_order = buddy_order(page_head);
9440
9441                 if (PageBuddy(page_head) && page_order >= order) {
9442                         unsigned long pfn_head = page_to_pfn(page_head);
9443                         int migratetype = get_pfnblock_migratetype(page_head,
9444                                                                    pfn_head);
9445
9446                         del_page_from_free_list(page_head, zone, page_order);
9447                         break_down_buddy_pages(zone, page_head, page, 0,
9448                                                 page_order, migratetype);
9449                         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
9450                                 __mod_zone_freepage_state(zone, -1, migratetype);
9451                         ret = true;
9452                         break;
9453                 }
9454                 if (page_count(page_head) > 0)
9455                         break;
9456         }
9457         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9458         return ret;
9459 }
9460 #endif
9461
9462 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
9463 bool has_managed_dma(void)
9464 {
9465         struct pglist_data *pgdat;
9466
9467         for_each_online_pgdat(pgdat) {
9468                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[ZONE_DMA];
9469
9470                 if (managed_zone(zone))
9471                         return true;
9472         }
9473         return false;
9474 }
9475 #endif /* CONFIG_ZONE_DMA */