GNU Linux-libre 5.4.257-gnu1
[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/migrate.h>
61 #include <linux/hugetlb.h>
62 #include <linux/sched/rt.h>
63 #include <linux/sched/mm.h>
64 #include <linux/page_owner.h>
65 #include <linux/kthread.h>
66 #include <linux/memcontrol.h>
67 #include <linux/ftrace.h>
68 #include <linux/lockdep.h>
69 #include <linux/nmi.h>
70 #include <linux/psi.h>
71 #include <linux/khugepaged.h>
72
73 #include <asm/sections.h>
74 #include <asm/tlbflush.h>
75 #include <asm/div64.h>
76 #include "internal.h"
77 #include "shuffle.h"
78
79 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
80 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
81 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION    (8)
82
83 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
84 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
85 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
86 #endif
87
88 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(vm_numa_stat_key);
89
90 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
91 /*
92  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
93  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
94  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
95  * defined in <linux/topology.h>.
96  */
97 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
98 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
99 int _node_numa_mem_[MAX_NUMNODES];
100 #endif
101
102 /* work_structs for global per-cpu drains */
103 struct pcpu_drain {
104         struct zone *zone;
105         struct work_struct work;
106 };
107 DEFINE_MUTEX(pcpu_drain_mutex);
108 DEFINE_PER_CPU(struct pcpu_drain, pcpu_drain);
109
110 #ifdef CONFIG_GCC_PLUGIN_LATENT_ENTROPY
111 volatile unsigned long latent_entropy __latent_entropy;
112 EXPORT_SYMBOL(latent_entropy);
113 #endif
114
115 /*
116  * Array of node states.
117  */
118 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
119         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
120         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
121 #ifndef CONFIG_NUMA
122         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
123 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
124         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
125 #endif
126         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
127         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
128 #endif  /* NUMA */
129 };
130 EXPORT_SYMBOL(node_states);
131
132 atomic_long_t _totalram_pages __read_mostly;
133 EXPORT_SYMBOL(_totalram_pages);
134 unsigned long totalreserve_pages __read_mostly;
135 unsigned long totalcma_pages __read_mostly;
136
137 int percpu_pagelist_fraction;
138 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
139 #ifdef CONFIG_INIT_ON_ALLOC_DEFAULT_ON
140 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(init_on_alloc);
141 #else
142 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(init_on_alloc);
143 #endif
144 EXPORT_SYMBOL(init_on_alloc);
145
146 #ifdef CONFIG_INIT_ON_FREE_DEFAULT_ON
147 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(init_on_free);
148 #else
149 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(init_on_free);
150 #endif
151 EXPORT_SYMBOL(init_on_free);
152
153 static int __init early_init_on_alloc(char *buf)
154 {
155         int ret;
156         bool bool_result;
157
158         if (!buf)
159                 return -EINVAL;
160         ret = kstrtobool(buf, &bool_result);
161         if (bool_result && page_poisoning_enabled())
162                 pr_info("mem auto-init: CONFIG_PAGE_POISONING is on, will take precedence over init_on_alloc\n");
163         if (bool_result)
164                 static_branch_enable(&init_on_alloc);
165         else
166                 static_branch_disable(&init_on_alloc);
167         return ret;
168 }
169 early_param("init_on_alloc", early_init_on_alloc);
170
171 static int __init early_init_on_free(char *buf)
172 {
173         int ret;
174         bool bool_result;
175
176         if (!buf)
177                 return -EINVAL;
178         ret = kstrtobool(buf, &bool_result);
179         if (bool_result && page_poisoning_enabled())
180                 pr_info("mem auto-init: CONFIG_PAGE_POISONING is on, will take precedence over init_on_free\n");
181         if (bool_result)
182                 static_branch_enable(&init_on_free);
183         else
184                 static_branch_disable(&init_on_free);
185         return ret;
186 }
187 early_param("init_on_free", early_init_on_free);
188
189 /*
190  * A cached value of the page's pageblock's migratetype, used when the page is
191  * put on a pcplist. Used to avoid the pageblock migratetype lookup when
192  * freeing from pcplists in most cases, at the cost of possibly becoming stale.
193  * Also the migratetype set in the page does not necessarily match the pcplist
194  * index, e.g. page might have MIGRATE_CMA set but be on a pcplist with any
195  * other index - this ensures that it will be put on the correct CMA freelist.
196  */
197 static inline int get_pcppage_migratetype(struct page *page)
198 {
199         return page->index;
200 }
201
202 static inline void set_pcppage_migratetype(struct page *page, int migratetype)
203 {
204         page->index = migratetype;
205 }
206
207 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
208 /*
209  * The following functions are used by the suspend/hibernate code to temporarily
210  * change gfp_allowed_mask in order to avoid using I/O during memory allocations
211  * while devices are suspended.  To avoid races with the suspend/hibernate code,
212  * they should always be called with system_transition_mutex held
213  * (gfp_allowed_mask also should only be modified with system_transition_mutex
214  * held, unless the suspend/hibernate code is guaranteed not to run in parallel
215  * with that modification).
216  */
217
218 static gfp_t saved_gfp_mask;
219
220 void pm_restore_gfp_mask(void)
221 {
222         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
223         if (saved_gfp_mask) {
224                 gfp_allowed_mask = saved_gfp_mask;
225                 saved_gfp_mask = 0;
226         }
227 }
228
229 void pm_restrict_gfp_mask(void)
230 {
231         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
232         WARN_ON(saved_gfp_mask);
233         saved_gfp_mask = gfp_allowed_mask;
234         gfp_allowed_mask &= ~(__GFP_IO | __GFP_FS);
235 }
236
237 bool pm_suspended_storage(void)
238 {
239         if ((gfp_allowed_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
240                 return false;
241         return true;
242 }
243 #endif /* CONFIG_PM_SLEEP */
244
245 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
246 unsigned int pageblock_order __read_mostly;
247 #endif
248
249 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order);
250
251 /*
252  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
253  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
254  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
255  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
256  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
257  *      HIGHMEM allocation will leave (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
258  *
259  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
260  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
261  */
262 int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES] = {
263 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
264         [ZONE_DMA] = 256,
265 #endif
266 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
267         [ZONE_DMA32] = 256,
268 #endif
269         [ZONE_NORMAL] = 32,
270 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
271         [ZONE_HIGHMEM] = 0,
272 #endif
273         [ZONE_MOVABLE] = 0,
274 };
275
276 static char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
277 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
278          "DMA",
279 #endif
280 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
281          "DMA32",
282 #endif
283          "Normal",
284 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
285          "HighMem",
286 #endif
287          "Movable",
288 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
289          "Device",
290 #endif
291 };
292
293 const char * const migratetype_names[MIGRATE_TYPES] = {
294         "Unmovable",
295         "Movable",
296         "Reclaimable",
297         "HighAtomic",
298 #ifdef CONFIG_CMA
299         "CMA",
300 #endif
301 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
302         "Isolate",
303 #endif
304 };
305
306 compound_page_dtor * const compound_page_dtors[] = {
307         NULL,
308         free_compound_page,
309 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
310         free_huge_page,
311 #endif
312 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
313         free_transhuge_page,
314 #endif
315 };
316
317 int min_free_kbytes = 1024;
318 int user_min_free_kbytes = -1;
319 #ifdef CONFIG_DISCONTIGMEM
320 /*
321  * DiscontigMem defines memory ranges as separate pg_data_t even if the ranges
322  * are not on separate NUMA nodes. Functionally this works but with
323  * watermark_boost_factor, it can reclaim prematurely as the ranges can be
324  * quite small. By default, do not boost watermarks on discontigmem as in
325  * many cases very high-order allocations like THP are likely to be
326  * unsupported and the premature reclaim offsets the advantage of long-term
327  * fragmentation avoidance.
328  */
329 int watermark_boost_factor __read_mostly;
330 #else
331 int watermark_boost_factor __read_mostly = 15000;
332 #endif
333 int watermark_scale_factor = 10;
334
335 static unsigned long nr_kernel_pages __initdata;
336 static unsigned long nr_all_pages __initdata;
337 static unsigned long dma_reserve __initdata;
338
339 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
340 static unsigned long arch_zone_lowest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __initdata;
341 static unsigned long arch_zone_highest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __initdata;
342 static unsigned long required_kernelcore __initdata;
343 static unsigned long required_kernelcore_percent __initdata;
344 static unsigned long required_movablecore __initdata;
345 static unsigned long required_movablecore_percent __initdata;
346 static unsigned long zone_movable_pfn[MAX_NUMNODES] __initdata;
347 static bool mirrored_kernelcore __meminitdata;
348
349 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
350 int movable_zone;
351 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
352 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
353
354 #if MAX_NUMNODES > 1
355 unsigned int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
356 unsigned int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
357 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
358 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
359 #endif
360
361 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
362
363 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
364 /*
365  * During boot we initialize deferred pages on-demand, as needed, but once
366  * page_alloc_init_late() has finished, the deferred pages are all initialized,
367  * and we can permanently disable that path.
368  */
369 static DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(deferred_pages);
370
371 /*
372  * Calling kasan_free_pages() only after deferred memory initialization
373  * has completed. Poisoning pages during deferred memory init will greatly
374  * lengthen the process and cause problem in large memory systems as the
375  * deferred pages initialization is done with interrupt disabled.
376  *
377  * Assuming that there will be no reference to those newly initialized
378  * pages before they are ever allocated, this should have no effect on
379  * KASAN memory tracking as the poison will be properly inserted at page
380  * allocation time. The only corner case is when pages are allocated by
381  * on-demand allocation and then freed again before the deferred pages
382  * initialization is done, but this is not likely to happen.
383  */
384 static inline void kasan_free_nondeferred_pages(struct page *page, int order)
385 {
386         if (!static_branch_unlikely(&deferred_pages))
387                 kasan_free_pages(page, order);
388 }
389
390 /* Returns true if the struct page for the pfn is uninitialised */
391 static inline bool __meminit early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
392 {
393         int nid = early_pfn_to_nid(pfn);
394
395         if (node_online(nid) && pfn >= NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn)
396                 return true;
397
398         return false;
399 }
400
401 /*
402  * Returns true when the remaining initialisation should be deferred until
403  * later in the boot cycle when it can be parallelised.
404  */
405 static bool __meminit
406 defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
407 {
408         static unsigned long prev_end_pfn, nr_initialised;
409
410         /*
411          * prev_end_pfn static that contains the end of previous zone
412          * No need to protect because called very early in boot before smp_init.
413          */
414         if (prev_end_pfn != end_pfn) {
415                 prev_end_pfn = end_pfn;
416                 nr_initialised = 0;
417         }
418
419         /* Always populate low zones for address-constrained allocations */
420         if (end_pfn < pgdat_end_pfn(NODE_DATA(nid)))
421                 return false;
422
423         /*
424          * We start only with one section of pages, more pages are added as
425          * needed until the rest of deferred pages are initialized.
426          */
427         nr_initialised++;
428         if ((nr_initialised > PAGES_PER_SECTION) &&
429             (pfn & (PAGES_PER_SECTION - 1)) == 0) {
430                 NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn = pfn;
431                 return true;
432         }
433         return false;
434 }
435 #else
436 #define kasan_free_nondeferred_pages(p, o)      kasan_free_pages(p, o)
437
438 static inline bool early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
439 {
440         return false;
441 }
442
443 static inline bool defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
444 {
445         return false;
446 }
447 #endif
448
449 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
450 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(struct page *page,
451                                                         unsigned long pfn)
452 {
453 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
454         return section_to_usemap(__pfn_to_section(pfn));
455 #else
456         return page_zone(page)->pageblock_flags;
457 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
458 }
459
460 static inline int pfn_to_bitidx(struct page *page, unsigned long pfn)
461 {
462 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
463         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
464         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
465 #else
466         pfn = pfn - round_down(page_zone(page)->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
467         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
468 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
469 }
470
471 /**
472  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
473  * @page: The page within the block of interest
474  * @pfn: The target page frame number
475  * @end_bitidx: The last bit of interest to retrieve
476  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
477  *
478  * Return: pageblock_bits flags
479  */
480 static __always_inline unsigned long __get_pfnblock_flags_mask(struct page *page,
481                                         unsigned long pfn,
482                                         unsigned long end_bitidx,
483                                         unsigned long mask)
484 {
485         unsigned long *bitmap;
486         unsigned long bitidx, word_bitidx;
487         unsigned long word;
488
489         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
490         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
491         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
492         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
493
494         word = bitmap[word_bitidx];
495         bitidx += end_bitidx;
496         return (word >> (BITS_PER_LONG - bitidx - 1)) & mask;
497 }
498
499 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long pfn,
500                                         unsigned long end_bitidx,
501                                         unsigned long mask)
502 {
503         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, end_bitidx, mask);
504 }
505
506 static __always_inline int get_pfnblock_migratetype(struct page *page, unsigned long pfn)
507 {
508         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, PB_migrate_end, MIGRATETYPE_MASK);
509 }
510
511 /**
512  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
513  * @page: The page within the block of interest
514  * @flags: The flags to set
515  * @pfn: The target page frame number
516  * @end_bitidx: The last bit of interest
517  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
518  */
519 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
520                                         unsigned long pfn,
521                                         unsigned long end_bitidx,
522                                         unsigned long mask)
523 {
524         unsigned long *bitmap;
525         unsigned long bitidx, word_bitidx;
526         unsigned long old_word, word;
527
528         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
529         BUILD_BUG_ON(MIGRATE_TYPES > (1 << PB_migratetype_bits));
530
531         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
532         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
533         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
534         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
535
536         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(page_zone(page), pfn), page);
537
538         bitidx += end_bitidx;
539         mask <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
540         flags <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
541
542         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
543         for (;;) {
544                 old_word = cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], word, (word & ~mask) | flags);
545                 if (word == old_word)
546                         break;
547                 word = old_word;
548         }
549 }
550
551 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
552 {
553         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
554                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
555                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
556
557         set_pageblock_flags_group(page, (unsigned long)migratetype,
558                                         PB_migrate, PB_migrate_end);
559 }
560
561 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
562 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
563 {
564         int ret = 0;
565         unsigned seq;
566         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
567         unsigned long sp, start_pfn;
568
569         do {
570                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
571                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
572                 sp = zone->spanned_pages;
573                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
574                         ret = 1;
575         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
576
577         if (ret)
578                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
579                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
580                         start_pfn, start_pfn + sp);
581
582         return ret;
583 }
584
585 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
586 {
587         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page)))
588                 return 0;
589         if (zone != page_zone(page))
590                 return 0;
591
592         return 1;
593 }
594 /*
595  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
596  */
597 static int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
598 {
599         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
600                 return 1;
601         if (!page_is_consistent(zone, page))
602                 return 1;
603
604         return 0;
605 }
606 #else
607 static inline int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
608 {
609         return 0;
610 }
611 #endif
612
613 static void bad_page(struct page *page, const char *reason,
614                 unsigned long bad_flags)
615 {
616         static unsigned long resume;
617         static unsigned long nr_shown;
618         static unsigned long nr_unshown;
619
620         /*
621          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
622          * or allow a steady drip of one report per second.
623          */
624         if (nr_shown == 60) {
625                 if (time_before(jiffies, resume)) {
626                         nr_unshown++;
627                         goto out;
628                 }
629                 if (nr_unshown) {
630                         pr_alert(
631                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
632                                 nr_unshown);
633                         nr_unshown = 0;
634                 }
635                 nr_shown = 0;
636         }
637         if (nr_shown++ == 0)
638                 resume = jiffies + 60 * HZ;
639
640         pr_alert("BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
641                 current->comm, page_to_pfn(page));
642         __dump_page(page, reason);
643         bad_flags &= page->flags;
644         if (bad_flags)
645                 pr_alert("bad because of flags: %#lx(%pGp)\n",
646                                                 bad_flags, &bad_flags);
647         dump_page_owner(page);
648
649         print_modules();
650         dump_stack();
651 out:
652         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
653         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
654         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
655 }
656
657 /*
658  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
659  *
660  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page" and have PG_head set.
661  *
662  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages". PageTail() is encoded
663  * in bit 0 of page->compound_head. The rest of bits is pointer to head page.
664  *
665  * The first tail page's ->compound_dtor holds the offset in array of compound
666  * page destructors. See compound_page_dtors.
667  *
668  * The first tail page's ->compound_order holds the order of allocation.
669  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
670  */
671
672 void free_compound_page(struct page *page)
673 {
674         mem_cgroup_uncharge(page);
675         __free_pages_ok(page, compound_order(page));
676 }
677
678 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned int order)
679 {
680         int i;
681         int nr_pages = 1 << order;
682
683         set_compound_page_dtor(page, COMPOUND_PAGE_DTOR);
684         set_compound_order(page, order);
685         __SetPageHead(page);
686         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
687                 struct page *p = page + i;
688                 set_page_count(p, 0);
689                 p->mapping = TAIL_MAPPING;
690                 set_compound_head(p, page);
691         }
692         atomic_set(compound_mapcount_ptr(page), -1);
693 }
694
695 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
696 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
697
698 bool _debug_pagealloc_enabled_early __read_mostly
699                         = IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC_ENABLE_DEFAULT);
700 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled_early);
701 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(_debug_pagealloc_enabled);
702 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled);
703
704 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(_debug_guardpage_enabled);
705
706 static int __init early_debug_pagealloc(char *buf)
707 {
708         return kstrtobool(buf, &_debug_pagealloc_enabled_early);
709 }
710 early_param("debug_pagealloc", early_debug_pagealloc);
711
712 void init_debug_pagealloc(void)
713 {
714         if (!debug_pagealloc_enabled())
715                 return;
716
717         static_branch_enable(&_debug_pagealloc_enabled);
718
719         if (!debug_guardpage_minorder())
720                 return;
721
722         static_branch_enable(&_debug_guardpage_enabled);
723 }
724
725 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
726 {
727         unsigned long res;
728
729         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
730                 pr_err("Bad debug_guardpage_minorder value\n");
731                 return 0;
732         }
733         _debug_guardpage_minorder = res;
734         pr_info("Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
735         return 0;
736 }
737 early_param("debug_guardpage_minorder", debug_guardpage_minorder_setup);
738
739 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
740                                 unsigned int order, int migratetype)
741 {
742         if (!debug_guardpage_enabled())
743                 return false;
744
745         if (order >= debug_guardpage_minorder())
746                 return false;
747
748         __SetPageGuard(page);
749         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
750         set_page_private(page, order);
751         /* Guard pages are not available for any usage */
752         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order), migratetype);
753
754         return true;
755 }
756
757 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
758                                 unsigned int order, int migratetype)
759 {
760         if (!debug_guardpage_enabled())
761                 return;
762
763         __ClearPageGuard(page);
764
765         set_page_private(page, 0);
766         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
767                 __mod_zone_freepage_state(zone, (1 << order), migratetype);
768 }
769 #else
770 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
771                         unsigned int order, int migratetype) { return false; }
772 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
773                                 unsigned int order, int migratetype) {}
774 #endif
775
776 static inline void set_page_order(struct page *page, unsigned int order)
777 {
778         set_page_private(page, order);
779         __SetPageBuddy(page);
780 }
781
782 /*
783  * This function checks whether a page is free && is the buddy
784  * we can coalesce a page and its buddy if
785  * (a) the buddy is not in a hole (check before calling!) &&
786  * (b) the buddy is in the buddy system &&
787  * (c) a page and its buddy have the same order &&
788  * (d) a page and its buddy are in the same zone.
789  *
790  * For recording whether a page is in the buddy system, we set PageBuddy.
791  * Setting, clearing, and testing PageBuddy is serialized by zone->lock.
792  *
793  * For recording page's order, we use page_private(page).
794  */
795 static inline int page_is_buddy(struct page *page, struct page *buddy,
796                                                         unsigned int order)
797 {
798         if (page_is_guard(buddy) && page_order(buddy) == order) {
799                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
800                         return 0;
801
802                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
803
804                 return 1;
805         }
806
807         if (PageBuddy(buddy) && page_order(buddy) == order) {
808                 /*
809                  * zone check is done late to avoid uselessly
810                  * calculating zone/node ids for pages that could
811                  * never merge.
812                  */
813                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
814                         return 0;
815
816                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
817
818                 return 1;
819         }
820         return 0;
821 }
822
823 #ifdef CONFIG_COMPACTION
824 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
825 {
826         struct capture_control *capc = current->capture_control;
827
828         return capc &&
829                 !(current->flags & PF_KTHREAD) &&
830                 !capc->page &&
831                 capc->cc->zone == zone &&
832                 capc->cc->direct_compaction ? capc : NULL;
833 }
834
835 static inline bool
836 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
837                    int order, int migratetype)
838 {
839         if (!capc || order != capc->cc->order)
840                 return false;
841
842         /* Do not accidentally pollute CMA or isolated regions*/
843         if (is_migrate_cma(migratetype) ||
844             is_migrate_isolate(migratetype))
845                 return false;
846
847         /*
848          * Do not let lower order allocations polluate a movable pageblock.
849          * This might let an unmovable request use a reclaimable pageblock
850          * and vice-versa but no more than normal fallback logic which can
851          * have trouble finding a high-order free page.
852          */
853         if (order < pageblock_order && migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
854                 return false;
855
856         capc->page = page;
857         return true;
858 }
859
860 #else
861 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
862 {
863         return NULL;
864 }
865
866 static inline bool
867 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
868                    int order, int migratetype)
869 {
870         return false;
871 }
872 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
873
874 /*
875  * Freeing function for a buddy system allocator.
876  *
877  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
878  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
879  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
880  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
881  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
882  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
883  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
884  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
885  * parts of the VM system.
886  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
887  * free pages of length of (1 << order) and marked with PageBuddy.
888  * Page's order is recorded in page_private(page) field.
889  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
890  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
891  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
892  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
893  * triggers coalescing into a block of larger size.
894  *
895  * -- nyc
896  */
897
898 static inline void __free_one_page(struct page *page,
899                 unsigned long pfn,
900                 struct zone *zone, unsigned int order,
901                 int migratetype)
902 {
903         unsigned long combined_pfn;
904         unsigned long uninitialized_var(buddy_pfn);
905         struct page *buddy;
906         unsigned int max_order;
907         struct capture_control *capc = task_capc(zone);
908
909         max_order = min_t(unsigned int, MAX_ORDER - 1, pageblock_order);
910
911         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
912         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
913
914         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
915         if (likely(!is_migrate_isolate(migratetype)))
916                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
917
918         VM_BUG_ON_PAGE(pfn & ((1 << order) - 1), page);
919         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
920
921 continue_merging:
922         while (order < max_order) {
923                 if (compaction_capture(capc, page, order, migratetype)) {
924                         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
925                                                                 migratetype);
926                         return;
927                 }
928                 buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
929                 buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
930
931                 if (!pfn_valid_within(buddy_pfn))
932                         goto done_merging;
933                 if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
934                         goto done_merging;
935                 /*
936                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
937                  * merge with it and move up one order.
938                  */
939                 if (page_is_guard(buddy))
940                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
941                 else
942                         del_page_from_free_area(buddy, &zone->free_area[order]);
943                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
944                 page = page + (combined_pfn - pfn);
945                 pfn = combined_pfn;
946                 order++;
947         }
948         if (order < MAX_ORDER - 1) {
949                 /* If we are here, it means order is >= pageblock_order.
950                  * We want to prevent merge between freepages on isolate
951                  * pageblock and normal pageblock. Without this, pageblock
952                  * isolation could cause incorrect freepage or CMA accounting.
953                  *
954                  * We don't want to hit this code for the more frequent
955                  * low-order merging.
956                  */
957                 if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone))) {
958                         int buddy_mt;
959
960                         buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
961                         buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
962                         buddy_mt = get_pageblock_migratetype(buddy);
963
964                         if (migratetype != buddy_mt
965                                         && (is_migrate_isolate(migratetype) ||
966                                                 is_migrate_isolate(buddy_mt)))
967                                 goto done_merging;
968                 }
969                 max_order = order + 1;
970                 goto continue_merging;
971         }
972
973 done_merging:
974         set_page_order(page, order);
975
976         /*
977          * If this is not the largest possible page, check if the buddy
978          * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
979          * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
980          * that is happening, add the free page to the tail of the list
981          * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
982          * as a higher order page
983          */
984         if ((order < MAX_ORDER-2) && pfn_valid_within(buddy_pfn)
985                         && !is_shuffle_order(order)) {
986                 struct page *higher_page, *higher_buddy;
987                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
988                 higher_page = page + (combined_pfn - pfn);
989                 buddy_pfn = __find_buddy_pfn(combined_pfn, order + 1);
990                 higher_buddy = higher_page + (buddy_pfn - combined_pfn);
991                 if (pfn_valid_within(buddy_pfn) &&
992                     page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1)) {
993                         add_to_free_area_tail(page, &zone->free_area[order],
994                                               migratetype);
995                         return;
996                 }
997         }
998
999         if (is_shuffle_order(order))
1000                 add_to_free_area_random(page, &zone->free_area[order],
1001                                 migratetype);
1002         else
1003                 add_to_free_area(page, &zone->free_area[order], migratetype);
1004
1005 }
1006
1007 /*
1008  * A bad page could be due to a number of fields. Instead of multiple branches,
1009  * try and check multiple fields with one check. The caller must do a detailed
1010  * check if necessary.
1011  */
1012 static inline bool page_expected_state(struct page *page,
1013                                         unsigned long check_flags)
1014 {
1015         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1016                 return false;
1017
1018         if (unlikely((unsigned long)page->mapping |
1019                         page_ref_count(page) |
1020 #ifdef CONFIG_MEMCG
1021                         (unsigned long)page->mem_cgroup |
1022 #endif
1023                         (page->flags & check_flags)))
1024                 return false;
1025
1026         return true;
1027 }
1028
1029 static void free_pages_check_bad(struct page *page)
1030 {
1031         const char *bad_reason;
1032         unsigned long bad_flags;
1033
1034         bad_reason = NULL;
1035         bad_flags = 0;
1036
1037         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1038                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1039         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1040                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1041         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
1042                 bad_reason = "nonzero _refcount";
1043         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)) {
1044                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
1045                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE;
1046         }
1047 #ifdef CONFIG_MEMCG
1048         if (unlikely(page->mem_cgroup))
1049                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
1050 #endif
1051         bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
1052 }
1053
1054 static inline int free_pages_check(struct page *page)
1055 {
1056         if (likely(page_expected_state(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)))
1057                 return 0;
1058
1059         /* Something has gone sideways, find it */
1060         free_pages_check_bad(page);
1061         return 1;
1062 }
1063
1064 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
1065 {
1066         int ret = 1;
1067
1068         /*
1069          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
1070          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
1071          */
1072         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
1073
1074         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM)) {
1075                 ret = 0;
1076                 goto out;
1077         }
1078         switch (page - head_page) {
1079         case 1:
1080                 /* the first tail page: ->mapping may be compound_mapcount() */
1081                 if (unlikely(compound_mapcount(page))) {
1082                         bad_page(page, "nonzero compound_mapcount", 0);
1083                         goto out;
1084                 }
1085                 break;
1086         case 2:
1087                 /*
1088                  * the second tail page: ->mapping is
1089                  * deferred_list.next -- ignore value.
1090                  */
1091                 break;
1092         default:
1093                 if (page->mapping != TAIL_MAPPING) {
1094                         bad_page(page, "corrupted mapping in tail page", 0);
1095                         goto out;
1096                 }
1097                 break;
1098         }
1099         if (unlikely(!PageTail(page))) {
1100                 bad_page(page, "PageTail not set", 0);
1101                 goto out;
1102         }
1103         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
1104                 bad_page(page, "compound_head not consistent", 0);
1105                 goto out;
1106         }
1107         ret = 0;
1108 out:
1109         page->mapping = NULL;
1110         clear_compound_head(page);
1111         return ret;
1112 }
1113
1114 static void kernel_init_free_pages(struct page *page, int numpages)
1115 {
1116         int i;
1117
1118         for (i = 0; i < numpages; i++)
1119                 clear_highpage(page + i);
1120 }
1121
1122 static __always_inline bool free_pages_prepare(struct page *page,
1123                                         unsigned int order, bool check_free)
1124 {
1125         int bad = 0;
1126
1127         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
1128
1129         trace_mm_page_free(page, order);
1130
1131         /*
1132          * Check tail pages before head page information is cleared to
1133          * avoid checking PageCompound for order-0 pages.
1134          */
1135         if (unlikely(order)) {
1136                 bool compound = PageCompound(page);
1137                 int i;
1138
1139                 VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
1140
1141                 if (compound)
1142                         ClearPageDoubleMap(page);
1143                 for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1144                         if (compound)
1145                                 bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
1146                         if (unlikely(free_pages_check(page + i))) {
1147                                 bad++;
1148                                 continue;
1149                         }
1150                         (page + i)->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1151                 }
1152         }
1153         if (PageMappingFlags(page))
1154                 page->mapping = NULL;
1155         if (memcg_kmem_enabled() && PageKmemcg(page))
1156                 __memcg_kmem_uncharge(page, order);
1157         if (check_free)
1158                 bad += free_pages_check(page);
1159         if (bad)
1160                 return false;
1161
1162         page_cpupid_reset_last(page);
1163         page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1164         reset_page_owner(page, order);
1165
1166         if (!PageHighMem(page)) {
1167                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1168                                            PAGE_SIZE << order);
1169                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1170                                            PAGE_SIZE << order);
1171         }
1172         if (want_init_on_free())
1173                 kernel_init_free_pages(page, 1 << order);
1174
1175         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 0);
1176         /*
1177          * arch_free_page() can make the page's contents inaccessible.  s390
1178          * does this.  So nothing which can access the page's contents should
1179          * happen after this.
1180          */
1181         arch_free_page(page, order);
1182
1183         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1184                 kernel_map_pages(page, 1 << order, 0);
1185
1186         kasan_free_nondeferred_pages(page, order);
1187
1188         return true;
1189 }
1190
1191 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1192 /*
1193  * With DEBUG_VM enabled, order-0 pages are checked immediately when being freed
1194  * to pcp lists. With debug_pagealloc also enabled, they are also rechecked when
1195  * moved from pcp lists to free lists.
1196  */
1197 static bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1198 {
1199         return free_pages_prepare(page, 0, true);
1200 }
1201
1202 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1203 {
1204         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1205                 return free_pages_check(page);
1206         else
1207                 return false;
1208 }
1209 #else
1210 /*
1211  * With DEBUG_VM disabled, order-0 pages being freed are checked only when
1212  * moving from pcp lists to free list in order to reduce overhead. With
1213  * debug_pagealloc enabled, they are checked also immediately when being freed
1214  * to the pcp lists.
1215  */
1216 static bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1217 {
1218         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1219                 return free_pages_prepare(page, 0, true);
1220         else
1221                 return free_pages_prepare(page, 0, false);
1222 }
1223
1224 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1225 {
1226         return free_pages_check(page);
1227 }
1228 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1229
1230 static inline void prefetch_buddy(struct page *page)
1231 {
1232         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1233         unsigned long buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, 0);
1234         struct page *buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
1235
1236         prefetch(buddy);
1237 }
1238
1239 /*
1240  * Frees a number of pages from the PCP lists
1241  * Assumes all pages on list are in same zone, and of same order.
1242  * count is the number of pages to free.
1243  *
1244  * If the zone was previously in an "all pages pinned" state then look to
1245  * see if this freeing clears that state.
1246  *
1247  * And clear the zone's pages_scanned counter, to hold off the "all pages are
1248  * pinned" detection logic.
1249  */
1250 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
1251                                         struct per_cpu_pages *pcp)
1252 {
1253         int migratetype = 0;
1254         int batch_free = 0;
1255         int prefetch_nr = 0;
1256         bool isolated_pageblocks;
1257         struct page *page, *tmp;
1258         LIST_HEAD(head);
1259
1260         /*
1261          * Ensure proper count is passed which otherwise would stuck in the
1262          * below while (list_empty(list)) loop.
1263          */
1264         count = min(pcp->count, count);
1265         while (count) {
1266                 struct list_head *list;
1267
1268                 /*
1269                  * Remove pages from lists in a round-robin fashion. A
1270                  * batch_free count is maintained that is incremented when an
1271                  * empty list is encountered.  This is so more pages are freed
1272                  * off fuller lists instead of spinning excessively around empty
1273                  * lists
1274                  */
1275                 do {
1276                         batch_free++;
1277                         if (++migratetype == MIGRATE_PCPTYPES)
1278                                 migratetype = 0;
1279                         list = &pcp->lists[migratetype];
1280                 } while (list_empty(list));
1281
1282                 /* This is the only non-empty list. Free them all. */
1283                 if (batch_free == MIGRATE_PCPTYPES)
1284                         batch_free = count;
1285
1286                 do {
1287                         page = list_last_entry(list, struct page, lru);
1288                         /* must delete to avoid corrupting pcp list */
1289                         list_del(&page->lru);
1290                         pcp->count--;
1291
1292                         if (bulkfree_pcp_prepare(page))
1293                                 continue;
1294
1295                         list_add_tail(&page->lru, &head);
1296
1297                         /*
1298                          * We are going to put the page back to the global
1299                          * pool, prefetch its buddy to speed up later access
1300                          * under zone->lock. It is believed the overhead of
1301                          * an additional test and calculating buddy_pfn here
1302                          * can be offset by reduced memory latency later. To
1303                          * avoid excessive prefetching due to large count, only
1304                          * prefetch buddy for the first pcp->batch nr of pages.
1305                          */
1306                         if (prefetch_nr++ < pcp->batch)
1307                                 prefetch_buddy(page);
1308                 } while (--count && --batch_free && !list_empty(list));
1309         }
1310
1311         spin_lock(&zone->lock);
1312         isolated_pageblocks = has_isolate_pageblock(zone);
1313
1314         /*
1315          * Use safe version since after __free_one_page(),
1316          * page->lru.next will not point to original list.
1317          */
1318         list_for_each_entry_safe(page, tmp, &head, lru) {
1319                 int mt = get_pcppage_migratetype(page);
1320                 /* MIGRATE_ISOLATE page should not go to pcplists */
1321                 VM_BUG_ON_PAGE(is_migrate_isolate(mt), page);
1322                 /* Pageblock could have been isolated meanwhile */
1323                 if (unlikely(isolated_pageblocks))
1324                         mt = get_pageblock_migratetype(page);
1325
1326                 __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, 0, mt);
1327                 trace_mm_page_pcpu_drain(page, 0, mt);
1328         }
1329         spin_unlock(&zone->lock);
1330 }
1331
1332 static void free_one_page(struct zone *zone,
1333                                 struct page *page, unsigned long pfn,
1334                                 unsigned int order,
1335                                 int migratetype)
1336 {
1337         spin_lock(&zone->lock);
1338         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1339                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1340                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1341         }
1342         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype);
1343         spin_unlock(&zone->lock);
1344 }
1345
1346 static void __meminit __init_single_page(struct page *page, unsigned long pfn,
1347                                 unsigned long zone, int nid)
1348 {
1349         mm_zero_struct_page(page);
1350         set_page_links(page, zone, nid, pfn);
1351         init_page_count(page);
1352         page_mapcount_reset(page);
1353         page_cpupid_reset_last(page);
1354         page_kasan_tag_reset(page);
1355
1356         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1357 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
1358         /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
1359         if (!is_highmem_idx(zone))
1360                 set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
1361 #endif
1362 }
1363
1364 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1365 static void __meminit init_reserved_page(unsigned long pfn)
1366 {
1367         pg_data_t *pgdat;
1368         int nid, zid;
1369
1370         if (!early_page_uninitialised(pfn))
1371                 return;
1372
1373         nid = early_pfn_to_nid(pfn);
1374         pgdat = NODE_DATA(nid);
1375
1376         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1377                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zid];
1378
1379                 if (pfn >= zone->zone_start_pfn && pfn < zone_end_pfn(zone))
1380                         break;
1381         }
1382         __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zid, nid);
1383 }
1384 #else
1385 static inline void init_reserved_page(unsigned long pfn)
1386 {
1387 }
1388 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1389
1390 /*
1391  * Initialised pages do not have PageReserved set. This function is
1392  * called for each range allocated by the bootmem allocator and
1393  * marks the pages PageReserved. The remaining valid pages are later
1394  * sent to the buddy page allocator.
1395  */
1396 void __meminit reserve_bootmem_region(phys_addr_t start, phys_addr_t end)
1397 {
1398         unsigned long start_pfn = PFN_DOWN(start);
1399         unsigned long end_pfn = PFN_UP(end);
1400
1401         for (; start_pfn < end_pfn; start_pfn++) {
1402                 if (pfn_valid(start_pfn)) {
1403                         struct page *page = pfn_to_page(start_pfn);
1404
1405                         init_reserved_page(start_pfn);
1406
1407                         /* Avoid false-positive PageTail() */
1408                         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1409
1410                         /*
1411                          * no need for atomic set_bit because the struct
1412                          * page is not visible yet so nobody should
1413                          * access it yet.
1414                          */
1415                         __SetPageReserved(page);
1416                 }
1417         }
1418 }
1419
1420 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order)
1421 {
1422         unsigned long flags;
1423         int migratetype;
1424         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1425
1426         if (!free_pages_prepare(page, order, true))
1427                 return;
1428
1429         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1430         local_irq_save(flags);
1431         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1432         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype);
1433         local_irq_restore(flags);
1434 }
1435
1436 void __free_pages_core(struct page *page, unsigned int order)
1437 {
1438         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1439         struct page *p = page;
1440         unsigned int loop;
1441
1442         prefetchw(p);
1443         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1444                 prefetchw(p + 1);
1445                 __ClearPageReserved(p);
1446                 set_page_count(p, 0);
1447         }
1448         __ClearPageReserved(p);
1449         set_page_count(p, 0);
1450
1451         atomic_long_add(nr_pages, &page_zone(page)->managed_pages);
1452         set_page_refcounted(page);
1453         __free_pages(page, order);
1454 }
1455
1456 #if defined(CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID) || \
1457         defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP)
1458
1459 static struct mminit_pfnnid_cache early_pfnnid_cache __meminitdata;
1460
1461 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
1462 {
1463         static DEFINE_SPINLOCK(early_pfn_lock);
1464         int nid;
1465
1466         spin_lock(&early_pfn_lock);
1467         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1468         if (nid < 0)
1469                 nid = first_online_node;
1470         spin_unlock(&early_pfn_lock);
1471
1472         return nid;
1473 }
1474 #endif
1475
1476 #ifdef CONFIG_NODES_SPAN_OTHER_NODES
1477 /* Only safe to use early in boot when initialisation is single-threaded */
1478 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1479 {
1480         int nid;
1481
1482         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1483         if (nid >= 0 && nid != node)
1484                 return false;
1485         return true;
1486 }
1487
1488 #else
1489 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1490 {
1491         return true;
1492 }
1493 #endif
1494
1495
1496 void __init memblock_free_pages(struct page *page, unsigned long pfn,
1497                                                         unsigned int order)
1498 {
1499         if (early_page_uninitialised(pfn))
1500                 return;
1501         __free_pages_core(page, order);
1502 }
1503
1504 /*
1505  * Check that the whole (or subset of) a pageblock given by the interval of
1506  * [start_pfn, end_pfn) is valid and within the same zone, before scanning it
1507  * with the migration of free compaction scanner. The scanners then need to
1508  * use only pfn_valid_within() check for arches that allow holes within
1509  * pageblocks.
1510  *
1511  * Return struct page pointer of start_pfn, or NULL if checks were not passed.
1512  *
1513  * It's possible on some configurations to have a setup like node0 node1 node0
1514  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of pages do not
1515  * belong to a single zone. We assume that a border between node0 and node1
1516  * can occur within a single pageblock, but not a node0 node1 node0
1517  * interleaving within a single pageblock. It is therefore sufficient to check
1518  * the first and last page of a pageblock and avoid checking each individual
1519  * page in a pageblock.
1520  */
1521 struct page *__pageblock_pfn_to_page(unsigned long start_pfn,
1522                                      unsigned long end_pfn, struct zone *zone)
1523 {
1524         struct page *start_page;
1525         struct page *end_page;
1526
1527         /* end_pfn is one past the range we are checking */
1528         end_pfn--;
1529
1530         if (!pfn_valid(start_pfn) || !pfn_valid(end_pfn))
1531                 return NULL;
1532
1533         start_page = pfn_to_online_page(start_pfn);
1534         if (!start_page)
1535                 return NULL;
1536
1537         if (page_zone(start_page) != zone)
1538                 return NULL;
1539
1540         end_page = pfn_to_page(end_pfn);
1541
1542         /* This gives a shorter code than deriving page_zone(end_page) */
1543         if (page_zone_id(start_page) != page_zone_id(end_page))
1544                 return NULL;
1545
1546         return start_page;
1547 }
1548
1549 void set_zone_contiguous(struct zone *zone)
1550 {
1551         unsigned long block_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
1552         unsigned long block_end_pfn;
1553
1554         block_end_pfn = ALIGN(block_start_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
1555         for (; block_start_pfn < zone_end_pfn(zone);
1556                         block_start_pfn = block_end_pfn,
1557                          block_end_pfn += pageblock_nr_pages) {
1558
1559                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, zone_end_pfn(zone));
1560
1561                 if (!__pageblock_pfn_to_page(block_start_pfn,
1562                                              block_end_pfn, zone))
1563                         return;
1564                 cond_resched();
1565         }
1566
1567         /* We confirm that there is no hole */
1568         zone->contiguous = true;
1569 }
1570
1571 void clear_zone_contiguous(struct zone *zone)
1572 {
1573         zone->contiguous = false;
1574 }
1575
1576 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1577 static void __init deferred_free_range(unsigned long pfn,
1578                                        unsigned long nr_pages)
1579 {
1580         struct page *page;
1581         unsigned long i;
1582
1583         if (!nr_pages)
1584                 return;
1585
1586         page = pfn_to_page(pfn);
1587
1588         /* Free a large naturally-aligned chunk if possible */
1589         if (nr_pages == pageblock_nr_pages &&
1590             (pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0) {
1591                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1592                 __free_pages_core(page, pageblock_order);
1593                 return;
1594         }
1595
1596         for (i = 0; i < nr_pages; i++, page++, pfn++) {
1597                 if ((pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0)
1598                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1599                 __free_pages_core(page, 0);
1600         }
1601 }
1602
1603 /* Completion tracking for deferred_init_memmap() threads */
1604 static atomic_t pgdat_init_n_undone __initdata;
1605 static __initdata DECLARE_COMPLETION(pgdat_init_all_done_comp);
1606
1607 static inline void __init pgdat_init_report_one_done(void)
1608 {
1609         if (atomic_dec_and_test(&pgdat_init_n_undone))
1610                 complete(&pgdat_init_all_done_comp);
1611 }
1612
1613 /*
1614  * Returns true if page needs to be initialized or freed to buddy allocator.
1615  *
1616  * First we check if pfn is valid on architectures where it is possible to have
1617  * holes within pageblock_nr_pages. On systems where it is not possible, this
1618  * function is optimized out.
1619  *
1620  * Then, we check if a current large page is valid by only checking the validity
1621  * of the head pfn.
1622  */
1623 static inline bool __init deferred_pfn_valid(unsigned long pfn)
1624 {
1625         if (!pfn_valid_within(pfn))
1626                 return false;
1627         if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) && !pfn_valid(pfn))
1628                 return false;
1629         return true;
1630 }
1631
1632 /*
1633  * Free pages to buddy allocator. Try to free aligned pages in
1634  * pageblock_nr_pages sizes.
1635  */
1636 static void __init deferred_free_pages(unsigned long pfn,
1637                                        unsigned long end_pfn)
1638 {
1639         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1640         unsigned long nr_free = 0;
1641
1642         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1643                 if (!deferred_pfn_valid(pfn)) {
1644                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1645                         nr_free = 0;
1646                 } else if (!(pfn & nr_pgmask)) {
1647                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1648                         nr_free = 1;
1649                 } else {
1650                         nr_free++;
1651                 }
1652         }
1653         /* Free the last block of pages to allocator */
1654         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1655 }
1656
1657 /*
1658  * Initialize struct pages.  We minimize pfn page lookups and scheduler checks
1659  * by performing it only once every pageblock_nr_pages.
1660  * Return number of pages initialized.
1661  */
1662 static unsigned long  __init deferred_init_pages(struct zone *zone,
1663                                                  unsigned long pfn,
1664                                                  unsigned long end_pfn)
1665 {
1666         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1667         int nid = zone_to_nid(zone);
1668         unsigned long nr_pages = 0;
1669         int zid = zone_idx(zone);
1670         struct page *page = NULL;
1671
1672         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1673                 if (!deferred_pfn_valid(pfn)) {
1674                         page = NULL;
1675                         continue;
1676                 } else if (!page || !(pfn & nr_pgmask)) {
1677                         page = pfn_to_page(pfn);
1678                 } else {
1679                         page++;
1680                 }
1681                 __init_single_page(page, pfn, zid, nid);
1682                 nr_pages++;
1683         }
1684         return (nr_pages);
1685 }
1686
1687 /*
1688  * This function is meant to pre-load the iterator for the zone init.
1689  * Specifically it walks through the ranges until we are caught up to the
1690  * first_init_pfn value and exits there. If we never encounter the value we
1691  * return false indicating there are no valid ranges left.
1692  */
1693 static bool __init
1694 deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(u64 *i, struct zone *zone,
1695                                     unsigned long *spfn, unsigned long *epfn,
1696                                     unsigned long first_init_pfn)
1697 {
1698         u64 j;
1699
1700         /*
1701          * Start out by walking through the ranges in this zone that have
1702          * already been initialized. We don't need to do anything with them
1703          * so we just need to flush them out of the system.
1704          */
1705         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone(j, zone, spfn, epfn) {
1706                 if (*epfn <= first_init_pfn)
1707                         continue;
1708                 if (*spfn < first_init_pfn)
1709                         *spfn = first_init_pfn;
1710                 *i = j;
1711                 return true;
1712         }
1713
1714         return false;
1715 }
1716
1717 /*
1718  * Initialize and free pages. We do it in two loops: first we initialize
1719  * struct page, then free to buddy allocator, because while we are
1720  * freeing pages we can access pages that are ahead (computing buddy
1721  * page in __free_one_page()).
1722  *
1723  * In order to try and keep some memory in the cache we have the loop
1724  * broken along max page order boundaries. This way we will not cause
1725  * any issues with the buddy page computation.
1726  */
1727 static unsigned long __init
1728 deferred_init_maxorder(u64 *i, struct zone *zone, unsigned long *start_pfn,
1729                        unsigned long *end_pfn)
1730 {
1731         unsigned long mo_pfn = ALIGN(*start_pfn + 1, MAX_ORDER_NR_PAGES);
1732         unsigned long spfn = *start_pfn, epfn = *end_pfn;
1733         unsigned long nr_pages = 0;
1734         u64 j = *i;
1735
1736         /* First we loop through and initialize the page values */
1737         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone_from(j, zone, start_pfn, end_pfn) {
1738                 unsigned long t;
1739
1740                 if (mo_pfn <= *start_pfn)
1741                         break;
1742
1743                 t = min(mo_pfn, *end_pfn);
1744                 nr_pages += deferred_init_pages(zone, *start_pfn, t);
1745
1746                 if (mo_pfn < *end_pfn) {
1747                         *start_pfn = mo_pfn;
1748                         break;
1749                 }
1750         }
1751
1752         /* Reset values and now loop through freeing pages as needed */
1753         swap(j, *i);
1754
1755         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone_from(j, zone, &spfn, &epfn) {
1756                 unsigned long t;
1757
1758                 if (mo_pfn <= spfn)
1759                         break;
1760
1761                 t = min(mo_pfn, epfn);
1762                 deferred_free_pages(spfn, t);
1763
1764                 if (mo_pfn <= epfn)
1765                         break;
1766         }
1767
1768         return nr_pages;
1769 }
1770
1771 /* Initialise remaining memory on a node */
1772 static int __init deferred_init_memmap(void *data)
1773 {
1774         pg_data_t *pgdat = data;
1775         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
1776         unsigned long spfn = 0, epfn = 0, nr_pages = 0;
1777         unsigned long first_init_pfn, flags;
1778         unsigned long start = jiffies;
1779         struct zone *zone;
1780         int zid;
1781         u64 i;
1782
1783         /* Bind memory initialisation thread to a local node if possible */
1784         if (!cpumask_empty(cpumask))
1785                 set_cpus_allowed_ptr(current, cpumask);
1786
1787         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
1788         first_init_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1789         if (first_init_pfn == ULONG_MAX) {
1790                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1791                 pgdat_init_report_one_done();
1792                 return 0;
1793         }
1794
1795         /* Sanity check boundaries */
1796         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn < pgdat->node_start_pfn);
1797         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn > pgdat_end_pfn(pgdat));
1798         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
1799
1800         /*
1801          * Once we unlock here, the zone cannot be grown anymore, thus if an
1802          * interrupt thread must allocate this early in boot, zone must be
1803          * pre-grown prior to start of deferred page initialization.
1804          */
1805         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1806
1807         /* Only the highest zone is deferred so find it */
1808         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1809                 zone = pgdat->node_zones + zid;
1810                 if (first_init_pfn < zone_end_pfn(zone))
1811                         break;
1812         }
1813
1814         /* If the zone is empty somebody else may have cleared out the zone */
1815         if (!deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
1816                                                  first_init_pfn))
1817                 goto zone_empty;
1818
1819         /*
1820          * Initialize and free pages in MAX_ORDER sized increments so
1821          * that we can avoid introducing any issues with the buddy
1822          * allocator.
1823          */
1824         while (spfn < epfn) {
1825                 nr_pages += deferred_init_maxorder(&i, zone, &spfn, &epfn);
1826                 cond_resched();
1827         }
1828 zone_empty:
1829         /* Sanity check that the next zone really is unpopulated */
1830         WARN_ON(++zid < MAX_NR_ZONES && populated_zone(++zone));
1831
1832         pr_info("node %d initialised, %lu pages in %ums\n",
1833                 pgdat->node_id, nr_pages, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
1834
1835         pgdat_init_report_one_done();
1836         return 0;
1837 }
1838
1839 /*
1840  * If this zone has deferred pages, try to grow it by initializing enough
1841  * deferred pages to satisfy the allocation specified by order, rounded up to
1842  * the nearest PAGES_PER_SECTION boundary.  So we're adding memory in increments
1843  * of SECTION_SIZE bytes by initializing struct pages in increments of
1844  * PAGES_PER_SECTION * sizeof(struct page) bytes.
1845  *
1846  * Return true when zone was grown, otherwise return false. We return true even
1847  * when we grow less than requested, to let the caller decide if there are
1848  * enough pages to satisfy the allocation.
1849  *
1850  * Note: We use noinline because this function is needed only during boot, and
1851  * it is called from a __ref function _deferred_grow_zone. This way we are
1852  * making sure that it is not inlined into permanent text section.
1853  */
1854 static noinline bool __init
1855 deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
1856 {
1857         unsigned long nr_pages_needed = ALIGN(1 << order, PAGES_PER_SECTION);
1858         pg_data_t *pgdat = zone->zone_pgdat;
1859         unsigned long first_deferred_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1860         unsigned long spfn, epfn, flags;
1861         unsigned long nr_pages = 0;
1862         u64 i;
1863
1864         /* Only the last zone may have deferred pages */
1865         if (zone_end_pfn(zone) != pgdat_end_pfn(pgdat))
1866                 return false;
1867
1868         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
1869
1870         /*
1871          * If someone grew this zone while we were waiting for spinlock, return
1872          * true, as there might be enough pages already.
1873          */
1874         if (first_deferred_pfn != pgdat->first_deferred_pfn) {
1875                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1876                 return true;
1877         }
1878
1879         /* If the zone is empty somebody else may have cleared out the zone */
1880         if (!deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
1881                                                  first_deferred_pfn)) {
1882                 pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
1883                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1884                 /* Retry only once. */
1885                 return first_deferred_pfn != ULONG_MAX;
1886         }
1887
1888         /*
1889          * Initialize and free pages in MAX_ORDER sized increments so
1890          * that we can avoid introducing any issues with the buddy
1891          * allocator.
1892          */
1893         while (spfn < epfn) {
1894                 /* update our first deferred PFN for this section */
1895                 first_deferred_pfn = spfn;
1896
1897                 nr_pages += deferred_init_maxorder(&i, zone, &spfn, &epfn);
1898                 touch_nmi_watchdog();
1899
1900                 /* We should only stop along section boundaries */
1901                 if ((first_deferred_pfn ^ spfn) < PAGES_PER_SECTION)
1902                         continue;
1903
1904                 /* If our quota has been met we can stop here */
1905                 if (nr_pages >= nr_pages_needed)
1906                         break;
1907         }
1908
1909         pgdat->first_deferred_pfn = spfn;
1910         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1911
1912         return nr_pages > 0;
1913 }
1914
1915 /*
1916  * deferred_grow_zone() is __init, but it is called from
1917  * get_page_from_freelist() during early boot until deferred_pages permanently
1918  * disables this call. This is why we have refdata wrapper to avoid warning,
1919  * and to ensure that the function body gets unloaded.
1920  */
1921 static bool __ref
1922 _deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
1923 {
1924         return deferred_grow_zone(zone, order);
1925 }
1926
1927 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1928
1929 void __init page_alloc_init_late(void)
1930 {
1931         struct zone *zone;
1932         int nid;
1933
1934 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1935
1936         /* There will be num_node_state(N_MEMORY) threads */
1937         atomic_set(&pgdat_init_n_undone, num_node_state(N_MEMORY));
1938         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
1939                 kthread_run(deferred_init_memmap, NODE_DATA(nid), "pgdatinit%d", nid);
1940         }
1941
1942         /* Block until all are initialised */
1943         wait_for_completion(&pgdat_init_all_done_comp);
1944
1945         /*
1946          * The number of managed pages has changed due to the initialisation
1947          * so the pcpu batch and high limits needs to be updated or the limits
1948          * will be artificially small.
1949          */
1950         for_each_populated_zone(zone)
1951                 zone_pcp_update(zone);
1952
1953         /*
1954          * We initialized the rest of the deferred pages.  Permanently disable
1955          * on-demand struct page initialization.
1956          */
1957         static_branch_disable(&deferred_pages);
1958
1959         /* Reinit limits that are based on free pages after the kernel is up */
1960         files_maxfiles_init();
1961 #endif
1962
1963         /* Discard memblock private memory */
1964         memblock_discard();
1965
1966         for_each_node_state(nid, N_MEMORY)
1967                 shuffle_free_memory(NODE_DATA(nid));
1968
1969         for_each_populated_zone(zone)
1970                 set_zone_contiguous(zone);
1971 }
1972
1973 #ifdef CONFIG_CMA
1974 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
1975 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
1976 {
1977         unsigned i = pageblock_nr_pages;
1978         struct page *p = page;
1979
1980         do {
1981                 __ClearPageReserved(p);
1982                 set_page_count(p, 0);
1983         } while (++p, --i);
1984
1985         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
1986
1987         if (pageblock_order >= MAX_ORDER) {
1988                 i = pageblock_nr_pages;
1989                 p = page;
1990                 do {
1991                         set_page_refcounted(p);
1992                         __free_pages(p, MAX_ORDER - 1);
1993                         p += MAX_ORDER_NR_PAGES;
1994                 } while (i -= MAX_ORDER_NR_PAGES);
1995         } else {
1996                 set_page_refcounted(page);
1997                 __free_pages(page, pageblock_order);
1998         }
1999
2000         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
2001 }
2002 #endif
2003
2004 /*
2005  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
2006  * Please do not alter this order without good reasons and regression
2007  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
2008  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
2009  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
2010  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
2011  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
2012  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
2013  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
2014  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
2015  *
2016  * -- nyc
2017  */
2018 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
2019         int low, int high, struct free_area *area,
2020         int migratetype)
2021 {
2022         unsigned long size = 1 << high;
2023
2024         while (high > low) {
2025                 area--;
2026                 high--;
2027                 size >>= 1;
2028                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
2029
2030                 /*
2031                  * Mark as guard pages (or page), that will allow to
2032                  * merge back to allocator when buddy will be freed.
2033                  * Corresponding page table entries will not be touched,
2034                  * pages will stay not present in virtual address space
2035                  */
2036                 if (set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype))
2037                         continue;
2038
2039                 add_to_free_area(&page[size], area, migratetype);
2040                 set_page_order(&page[size], high);
2041         }
2042 }
2043
2044 static void check_new_page_bad(struct page *page)
2045 {
2046         const char *bad_reason = NULL;
2047         unsigned long bad_flags = 0;
2048
2049         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
2050                 bad_reason = "nonzero mapcount";
2051         if (unlikely(page->mapping != NULL))
2052                 bad_reason = "non-NULL mapping";
2053         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
2054                 bad_reason = "nonzero _refcount";
2055         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
2056                 bad_reason = "HWPoisoned (hardware-corrupted)";
2057                 bad_flags = __PG_HWPOISON;
2058                 /* Don't complain about hwpoisoned pages */
2059                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
2060                 return;
2061         }
2062         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)) {
2063                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag set";
2064                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
2065         }
2066 #ifdef CONFIG_MEMCG
2067         if (unlikely(page->mem_cgroup))
2068                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
2069 #endif
2070         bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
2071 }
2072
2073 /*
2074  * This page is about to be returned from the page allocator
2075  */
2076 static inline int check_new_page(struct page *page)
2077 {
2078         if (likely(page_expected_state(page,
2079                                 PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP|__PG_HWPOISON)))
2080                 return 0;
2081
2082         check_new_page_bad(page);
2083         return 1;
2084 }
2085
2086 static inline bool free_pages_prezeroed(void)
2087 {
2088         return (IS_ENABLED(CONFIG_PAGE_POISONING_ZERO) &&
2089                 page_poisoning_enabled()) || want_init_on_free();
2090 }
2091
2092 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
2093 /*
2094  * With DEBUG_VM enabled, order-0 pages are checked for expected state when
2095  * being allocated from pcp lists. With debug_pagealloc also enabled, they are
2096  * also checked when pcp lists are refilled from the free lists.
2097  */
2098 static inline bool check_pcp_refill(struct page *page)
2099 {
2100         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2101                 return check_new_page(page);
2102         else
2103                 return false;
2104 }
2105
2106 static inline bool check_new_pcp(struct page *page)
2107 {
2108         return check_new_page(page);
2109 }
2110 #else
2111 /*
2112  * With DEBUG_VM disabled, free order-0 pages are checked for expected state
2113  * when pcp lists are being refilled from the free lists. With debug_pagealloc
2114  * enabled, they are also checked when being allocated from the pcp lists.
2115  */
2116 static inline bool check_pcp_refill(struct page *page)
2117 {
2118         return check_new_page(page);
2119 }
2120 static inline bool check_new_pcp(struct page *page)
2121 {
2122         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2123                 return check_new_page(page);
2124         else
2125                 return false;
2126 }
2127 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
2128
2129 static bool check_new_pages(struct page *page, unsigned int order)
2130 {
2131         int i;
2132         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
2133                 struct page *p = page + i;
2134
2135                 if (unlikely(check_new_page(p)))
2136                         return true;
2137         }
2138
2139         return false;
2140 }
2141
2142 inline void post_alloc_hook(struct page *page, unsigned int order,
2143                                 gfp_t gfp_flags)
2144 {
2145         set_page_private(page, 0);
2146         set_page_refcounted(page);
2147
2148         arch_alloc_page(page, order);
2149         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2150                 kernel_map_pages(page, 1 << order, 1);
2151         kasan_alloc_pages(page, order);
2152         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 1);
2153         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
2154 }
2155
2156 static void prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
2157                                                         unsigned int alloc_flags)
2158 {
2159         post_alloc_hook(page, order, gfp_flags);
2160
2161         if (!free_pages_prezeroed() && want_init_on_alloc(gfp_flags))
2162                 kernel_init_free_pages(page, 1 << order);
2163
2164         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
2165                 prep_compound_page(page, order);
2166
2167         /*
2168          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
2169          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
2170          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
2171          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
2172          */
2173         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
2174                 set_page_pfmemalloc(page);
2175         else
2176                 clear_page_pfmemalloc(page);
2177 }
2178
2179 /*
2180  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
2181  * the smallest available page from the freelists
2182  */
2183 static __always_inline
2184 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
2185                                                 int migratetype)
2186 {
2187         unsigned int current_order;
2188         struct free_area *area;
2189         struct page *page;
2190
2191         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
2192         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
2193                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2194                 page = get_page_from_free_area(area, migratetype);
2195                 if (!page)
2196                         continue;
2197                 del_page_from_free_area(page, area);
2198                 expand(zone, page, order, current_order, area, migratetype);
2199                 set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2200                 return page;
2201         }
2202
2203         return NULL;
2204 }
2205
2206
2207 /*
2208  * This array describes the order lists are fallen back to when
2209  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
2210  */
2211 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][4] = {
2212         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2213         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_TYPES },
2214         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2215 #ifdef CONFIG_CMA
2216         [MIGRATE_CMA]         = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
2217 #endif
2218 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
2219         [MIGRATE_ISOLATE]     = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
2220 #endif
2221 };
2222
2223 #ifdef CONFIG_CMA
2224 static __always_inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2225                                         unsigned int order)
2226 {
2227         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
2228 }
2229 #else
2230 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2231                                         unsigned int order) { return NULL; }
2232 #endif
2233
2234 /*
2235  * Move the free pages in a range to the free lists of the requested type.
2236  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
2237  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
2238  */
2239 static int move_freepages(struct zone *zone,
2240                           struct page *start_page, struct page *end_page,
2241                           int migratetype, int *num_movable)
2242 {
2243         struct page *page;
2244         unsigned int order;
2245         int pages_moved = 0;
2246
2247         for (page = start_page; page <= end_page;) {
2248                 if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page))) {
2249                         page++;
2250                         continue;
2251                 }
2252
2253                 if (!PageBuddy(page)) {
2254                         /*
2255                          * We assume that pages that could be isolated for
2256                          * migration are movable. But we don't actually try
2257                          * isolating, as that would be expensive.
2258                          */
2259                         if (num_movable &&
2260                                         (PageLRU(page) || __PageMovable(page)))
2261                                 (*num_movable)++;
2262
2263                         page++;
2264                         continue;
2265                 }
2266
2267                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
2268                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
2269                 VM_BUG_ON_PAGE(page_zone(page) != zone, page);
2270
2271                 order = page_order(page);
2272                 move_to_free_area(page, &zone->free_area[order], migratetype);
2273                 page += 1 << order;
2274                 pages_moved += 1 << order;
2275         }
2276
2277         return pages_moved;
2278 }
2279
2280 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
2281                                 int migratetype, int *num_movable)
2282 {
2283         unsigned long start_pfn, end_pfn;
2284         struct page *start_page, *end_page;
2285
2286         if (num_movable)
2287                 *num_movable = 0;
2288
2289         start_pfn = page_to_pfn(page);
2290         start_pfn = start_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
2291         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
2292         end_page = start_page + pageblock_nr_pages - 1;
2293         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
2294
2295         /* Do not cross zone boundaries */
2296         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
2297                 start_page = page;
2298         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
2299                 return 0;
2300
2301         return move_freepages(zone, start_page, end_page, migratetype,
2302                                                                 num_movable);
2303 }
2304
2305 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
2306                                         int start_order, int migratetype)
2307 {
2308         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
2309
2310         while (nr_pageblocks--) {
2311                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
2312                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
2313         }
2314 }
2315
2316 /*
2317  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
2318  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
2319  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
2320  *
2321  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
2322  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
2323  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
2324  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
2325  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
2326  * pageblocks.
2327  */
2328 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
2329 {
2330         /*
2331          * Leaving this order check is intended, although there is
2332          * relaxed order check in next check. The reason is that
2333          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
2334          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
2335          * so could be changed anytime.
2336          */
2337         if (order >= pageblock_order)
2338                 return true;
2339
2340         if (order >= pageblock_order / 2 ||
2341                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
2342                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
2343                 page_group_by_mobility_disabled)
2344                 return true;
2345
2346         return false;
2347 }
2348
2349 static inline bool boost_watermark(struct zone *zone)
2350 {
2351         unsigned long max_boost;
2352
2353         if (!watermark_boost_factor)
2354                 return false;
2355         /*
2356          * Don't bother in zones that are unlikely to produce results.
2357          * On small machines, including kdump capture kernels running
2358          * in a small area, boosting the watermark can cause an out of
2359          * memory situation immediately.
2360          */
2361         if ((pageblock_nr_pages * 4) > zone_managed_pages(zone))
2362                 return false;
2363
2364         max_boost = mult_frac(zone->_watermark[WMARK_HIGH],
2365                         watermark_boost_factor, 10000);
2366
2367         /*
2368          * high watermark may be uninitialised if fragmentation occurs
2369          * very early in boot so do not boost. We do not fall
2370          * through and boost by pageblock_nr_pages as failing
2371          * allocations that early means that reclaim is not going
2372          * to help and it may even be impossible to reclaim the
2373          * boosted watermark resulting in a hang.
2374          */
2375         if (!max_boost)
2376                 return false;
2377
2378         max_boost = max(pageblock_nr_pages, max_boost);
2379
2380         zone->watermark_boost = min(zone->watermark_boost + pageblock_nr_pages,
2381                 max_boost);
2382
2383         return true;
2384 }
2385
2386 /*
2387  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
2388  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
2389  * pageblock to our migratetype and determine how many already-allocated pages
2390  * are there in the pageblock with a compatible migratetype. If at least half
2391  * of pages are free or compatible, we can change migratetype of the pageblock
2392  * itself, so pages freed in the future will be put on the correct free list.
2393  */
2394 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
2395                 unsigned int alloc_flags, int start_type, bool whole_block)
2396 {
2397         unsigned int current_order = page_order(page);
2398         struct free_area *area;
2399         int free_pages, movable_pages, alike_pages;
2400         int old_block_type;
2401
2402         old_block_type = get_pageblock_migratetype(page);
2403
2404         /*
2405          * This can happen due to races and we want to prevent broken
2406          * highatomic accounting.
2407          */
2408         if (is_migrate_highatomic(old_block_type))
2409                 goto single_page;
2410
2411         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
2412         if (current_order >= pageblock_order) {
2413                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
2414                 goto single_page;
2415         }
2416
2417         /*
2418          * Boost watermarks to increase reclaim pressure to reduce the
2419          * likelihood of future fallbacks. Wake kswapd now as the node
2420          * may be balanced overall and kswapd will not wake naturally.
2421          */
2422         if (boost_watermark(zone) && (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD))
2423                 set_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
2424
2425         /* We are not allowed to try stealing from the whole block */
2426         if (!whole_block)
2427                 goto single_page;
2428
2429         free_pages = move_freepages_block(zone, page, start_type,
2430                                                 &movable_pages);
2431         /*
2432          * Determine how many pages are compatible with our allocation.
2433          * For movable allocation, it's the number of movable pages which
2434          * we just obtained. For other types it's a bit more tricky.
2435          */
2436         if (start_type == MIGRATE_MOVABLE) {
2437                 alike_pages = movable_pages;
2438         } else {
2439                 /*
2440                  * If we are falling back a RECLAIMABLE or UNMOVABLE allocation
2441                  * to MOVABLE pageblock, consider all non-movable pages as
2442                  * compatible. If it's UNMOVABLE falling back to RECLAIMABLE or
2443                  * vice versa, be conservative since we can't distinguish the
2444                  * exact migratetype of non-movable pages.
2445                  */
2446                 if (old_block_type == MIGRATE_MOVABLE)
2447                         alike_pages = pageblock_nr_pages
2448                                                 - (free_pages + movable_pages);
2449                 else
2450                         alike_pages = 0;
2451         }
2452
2453         /* moving whole block can fail due to zone boundary conditions */
2454         if (!free_pages)
2455                 goto single_page;
2456
2457         /*
2458          * If a sufficient number of pages in the block are either free or of
2459          * comparable migratability as our allocation, claim the whole block.
2460          */
2461         if (free_pages + alike_pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
2462                         page_group_by_mobility_disabled)
2463                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
2464
2465         return;
2466
2467 single_page:
2468         area = &zone->free_area[current_order];
2469         move_to_free_area(page, area, start_type);
2470 }
2471
2472 /*
2473  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
2474  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
2475  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
2476  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
2477  */
2478 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
2479                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
2480 {
2481         int i;
2482         int fallback_mt;
2483
2484         if (area->nr_free == 0)
2485                 return -1;
2486
2487         *can_steal = false;
2488         for (i = 0;; i++) {
2489                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
2490                 if (fallback_mt == MIGRATE_TYPES)
2491                         break;
2492
2493                 if (free_area_empty(area, fallback_mt))
2494                         continue;
2495
2496                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
2497                         *can_steal = true;
2498
2499                 if (!only_stealable)
2500                         return fallback_mt;
2501
2502                 if (*can_steal)
2503                         return fallback_mt;
2504         }
2505
2506         return -1;
2507 }
2508
2509 /*
2510  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
2511  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
2512  */
2513 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone,
2514                                 unsigned int alloc_order)
2515 {
2516         int mt;
2517         unsigned long max_managed, flags;
2518
2519         /*
2520          * Limit the number reserved to 1 pageblock or roughly 1% of a zone.
2521          * Check is race-prone but harmless.
2522          */
2523         max_managed = (zone_managed_pages(zone) / 100) + pageblock_nr_pages;
2524         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2525                 return;
2526
2527         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2528
2529         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
2530         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2531                 goto out_unlock;
2532
2533         /* Yoink! */
2534         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2535         if (!is_migrate_highatomic(mt) && !is_migrate_isolate(mt)
2536             && !is_migrate_cma(mt)) {
2537                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
2538                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2539                 move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_HIGHATOMIC, NULL);
2540         }
2541
2542 out_unlock:
2543         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2544 }
2545
2546 /*
2547  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
2548  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
2549  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
2550  * to recover from than an OOM.
2551  *
2552  * If @force is true, try to unreserve a pageblock even though highatomic
2553  * pageblock is exhausted.
2554  */
2555 static bool unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac,
2556                                                 bool force)
2557 {
2558         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2559         unsigned long flags;
2560         struct zoneref *z;
2561         struct zone *zone;
2562         struct page *page;
2563         int order;
2564         bool ret;
2565
2566         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->high_zoneidx,
2567                                                                 ac->nodemask) {
2568                 /*
2569                  * Preserve at least one pageblock unless memory pressure
2570                  * is really high.
2571                  */
2572                 if (!force && zone->nr_reserved_highatomic <=
2573                                         pageblock_nr_pages)
2574                         continue;
2575
2576                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2577                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
2578                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
2579
2580                         page = get_page_from_free_area(area, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2581                         if (!page)
2582                                 continue;
2583
2584                         /*
2585                          * In page freeing path, migratetype change is racy so
2586                          * we can counter several free pages in a pageblock
2587                          * in this loop althoug we changed the pageblock type
2588                          * from highatomic to ac->migratetype. So we should
2589                          * adjust the count once.
2590                          */
2591                         if (is_migrate_highatomic_page(page)) {
2592                                 /*
2593                                  * It should never happen but changes to
2594                                  * locking could inadvertently allow a per-cpu
2595                                  * drain to add pages to MIGRATE_HIGHATOMIC
2596                                  * while unreserving so be safe and watch for
2597                                  * underflows.
2598                                  */
2599                                 zone->nr_reserved_highatomic -= min(
2600                                                 pageblock_nr_pages,
2601                                                 zone->nr_reserved_highatomic);
2602                         }
2603
2604                         /*
2605                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
2606                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
2607                          * is doing the work and needs the pages. More
2608                          * importantly, if the block was always converted to
2609                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
2610                          * of pageblocks that cannot be completely freed
2611                          * may increase.
2612                          */
2613                         set_pageblock_migratetype(page, ac->migratetype);
2614                         ret = move_freepages_block(zone, page, ac->migratetype,
2615                                                                         NULL);
2616                         if (ret) {
2617                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2618                                 return ret;
2619                         }
2620                 }
2621                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2622         }
2623
2624         return false;
2625 }
2626
2627 /*
2628  * Try finding a free buddy page on the fallback list and put it on the free
2629  * list of requested migratetype, possibly along with other pages from the same
2630  * block, depending on fragmentation avoidance heuristics. Returns true if
2631  * fallback was found so that __rmqueue_smallest() can grab it.
2632  *
2633  * The use of signed ints for order and current_order is a deliberate
2634  * deviation from the rest of this file, to make the for loop
2635  * condition simpler.
2636  */
2637 static __always_inline bool
2638 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, int order, int start_migratetype,
2639                                                 unsigned int alloc_flags)
2640 {
2641         struct free_area *area;
2642         int current_order;
2643         int min_order = order;
2644         struct page *page;
2645         int fallback_mt;
2646         bool can_steal;
2647
2648         /*
2649          * Do not steal pages from freelists belonging to other pageblocks
2650          * i.e. orders < pageblock_order. If there are no local zones free,
2651          * the zonelists will be reiterated without ALLOC_NOFRAGMENT.
2652          */
2653         if (alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT)
2654                 min_order = pageblock_order;
2655
2656         /*
2657          * Find the largest available free page in the other list. This roughly
2658          * approximates finding the pageblock with the most free pages, which
2659          * would be too costly to do exactly.
2660          */
2661         for (current_order = MAX_ORDER - 1; current_order >= min_order;
2662                                 --current_order) {
2663                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2664                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2665                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2666                 if (fallback_mt == -1)
2667                         continue;
2668
2669                 /*
2670                  * We cannot steal all free pages from the pageblock and the
2671                  * requested migratetype is movable. In that case it's better to
2672                  * steal and split the smallest available page instead of the
2673                  * largest available page, because even if the next movable
2674                  * allocation falls back into a different pageblock than this
2675                  * one, it won't cause permanent fragmentation.
2676                  */
2677                 if (!can_steal && start_migratetype == MIGRATE_MOVABLE
2678                                         && current_order > order)
2679                         goto find_smallest;
2680
2681                 goto do_steal;
2682         }
2683
2684         return false;
2685
2686 find_smallest:
2687         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER;
2688                                                         current_order++) {
2689                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2690                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2691                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2692                 if (fallback_mt != -1)
2693                         break;
2694         }
2695
2696         /*
2697          * This should not happen - we already found a suitable fallback
2698          * when looking for the largest page.
2699          */
2700         VM_BUG_ON(current_order == MAX_ORDER);
2701
2702 do_steal:
2703         page = get_page_from_free_area(area, fallback_mt);
2704
2705         steal_suitable_fallback(zone, page, alloc_flags, start_migratetype,
2706                                                                 can_steal);
2707
2708         trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
2709                 start_migratetype, fallback_mt);
2710
2711         return true;
2712
2713 }
2714
2715 /*
2716  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
2717  * Call me with the zone->lock already held.
2718  */
2719 static __always_inline struct page *
2720 __rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order, int migratetype,
2721                                                 unsigned int alloc_flags)
2722 {
2723         struct page *page;
2724
2725 retry:
2726         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
2727         if (unlikely(!page)) {
2728                 if (migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
2729                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2730
2731                 if (!page && __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype,
2732                                                                 alloc_flags))
2733                         goto retry;
2734         }
2735
2736         trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
2737         return page;
2738 }
2739
2740 /*
2741  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
2742  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
2743  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
2744  */
2745 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
2746                         unsigned long count, struct list_head *list,
2747                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
2748 {
2749         int i, alloced = 0;
2750
2751         spin_lock(&zone->lock);
2752         for (i = 0; i < count; ++i) {
2753                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype,
2754                                                                 alloc_flags);
2755                 if (unlikely(page == NULL))
2756                         break;
2757
2758                 if (unlikely(check_pcp_refill(page)))
2759                         continue;
2760
2761                 /*
2762                  * Split buddy pages returned by expand() are received here in
2763                  * physical page order. The page is added to the tail of
2764                  * caller's list. From the callers perspective, the linked list
2765                  * is ordered by page number under some conditions. This is
2766                  * useful for IO devices that can forward direction from the
2767                  * head, thus also in the physical page order. This is useful
2768                  * for IO devices that can merge IO requests if the physical
2769                  * pages are ordered properly.
2770                  */
2771                 list_add_tail(&page->lru, list);
2772                 alloced++;
2773                 if (is_migrate_cma(get_pcppage_migratetype(page)))
2774                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
2775                                               -(1 << order));
2776         }
2777
2778         /*
2779          * i pages were removed from the buddy list even if some leak due
2780          * to check_pcp_refill failing so adjust NR_FREE_PAGES based
2781          * on i. Do not confuse with 'alloced' which is the number of
2782          * pages added to the pcp list.
2783          */
2784         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
2785         spin_unlock(&zone->lock);
2786         return alloced;
2787 }
2788
2789 #ifdef CONFIG_NUMA
2790 /*
2791  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
2792  * currently executing processor on remote nodes after they have
2793  * expired.
2794  *
2795  * Note that this function must be called with the thread pinned to
2796  * a single processor.
2797  */
2798 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
2799 {
2800         unsigned long flags;
2801         int to_drain, batch;
2802
2803         local_irq_save(flags);
2804         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2805         to_drain = min(pcp->count, batch);
2806         if (to_drain > 0)
2807                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp);
2808         local_irq_restore(flags);
2809 }
2810 #endif
2811
2812 /*
2813  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
2814  *
2815  * The processor must either be the current processor and the
2816  * thread pinned to the current processor or a processor that
2817  * is not online.
2818  */
2819 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
2820 {
2821         unsigned long flags;
2822         struct per_cpu_pageset *pset;
2823         struct per_cpu_pages *pcp;
2824
2825         local_irq_save(flags);
2826         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2827
2828         pcp = &pset->pcp;
2829         if (pcp->count)
2830                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp);
2831         local_irq_restore(flags);
2832 }
2833
2834 /*
2835  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
2836  *
2837  * The processor must either be the current processor and the
2838  * thread pinned to the current processor or a processor that
2839  * is not online.
2840  */
2841 static void drain_pages(unsigned int cpu)
2842 {
2843         struct zone *zone;
2844
2845         for_each_populated_zone(zone) {
2846                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2847         }
2848 }
2849
2850 /*
2851  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
2852  *
2853  * The CPU has to be pinned. When zone parameter is non-NULL, spill just
2854  * the single zone's pages.
2855  */
2856 void drain_local_pages(struct zone *zone)
2857 {
2858         int cpu = smp_processor_id();
2859
2860         if (zone)
2861                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2862         else
2863                 drain_pages(cpu);
2864 }
2865
2866 static void drain_local_pages_wq(struct work_struct *work)
2867 {
2868         struct pcpu_drain *drain;
2869
2870         drain = container_of(work, struct pcpu_drain, work);
2871
2872         /*
2873          * drain_all_pages doesn't use proper cpu hotplug protection so
2874          * we can race with cpu offline when the WQ can move this from
2875          * a cpu pinned worker to an unbound one. We can operate on a different
2876          * cpu which is allright but we also have to make sure to not move to
2877          * a different one.
2878          */
2879         preempt_disable();
2880         drain_local_pages(drain->zone);
2881         preempt_enable();
2882 }
2883
2884 /*
2885  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
2886  *
2887  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
2888  *
2889  * Note that this can be extremely slow as the draining happens in a workqueue.
2890  */
2891 void drain_all_pages(struct zone *zone)
2892 {
2893         int cpu;
2894
2895         /*
2896          * Allocate in the BSS so we wont require allocation in
2897          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
2898          */
2899         static cpumask_t cpus_with_pcps;
2900
2901         /*
2902          * Make sure nobody triggers this path before mm_percpu_wq is fully
2903          * initialized.
2904          */
2905         if (WARN_ON_ONCE(!mm_percpu_wq))
2906                 return;
2907
2908         /*
2909          * Do not drain if one is already in progress unless it's specific to
2910          * a zone. Such callers are primarily CMA and memory hotplug and need
2911          * the drain to be complete when the call returns.
2912          */
2913         if (unlikely(!mutex_trylock(&pcpu_drain_mutex))) {
2914                 if (!zone)
2915                         return;
2916                 mutex_lock(&pcpu_drain_mutex);
2917         }
2918
2919         /*
2920          * We don't care about racing with CPU hotplug event
2921          * as offline notification will cause the notified
2922          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
2923          * disables preemption as part of its processing
2924          */
2925         for_each_online_cpu(cpu) {
2926                 struct per_cpu_pageset *pcp;
2927                 struct zone *z;
2928                 bool has_pcps = false;
2929
2930                 if (zone) {
2931                         pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2932                         if (pcp->pcp.count)
2933                                 has_pcps = true;
2934                 } else {
2935                         for_each_populated_zone(z) {
2936                                 pcp = per_cpu_ptr(z->pageset, cpu);
2937                                 if (pcp->pcp.count) {
2938                                         has_pcps = true;
2939                                         break;
2940                                 }
2941                         }
2942                 }
2943
2944                 if (has_pcps)
2945                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2946                 else
2947                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2948         }
2949
2950         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps) {
2951                 struct pcpu_drain *drain = per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu);
2952
2953                 drain->zone = zone;
2954                 INIT_WORK(&drain->work, drain_local_pages_wq);
2955                 queue_work_on(cpu, mm_percpu_wq, &drain->work);
2956         }
2957         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps)
2958                 flush_work(&per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu)->work);
2959
2960         mutex_unlock(&pcpu_drain_mutex);
2961 }
2962
2963 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
2964
2965 /*
2966  * Touch the watchdog for every WD_PAGE_COUNT pages.
2967  */
2968 #define WD_PAGE_COUNT   (128*1024)
2969
2970 void mark_free_pages(struct zone *zone)
2971 {
2972         unsigned long pfn, max_zone_pfn, page_count = WD_PAGE_COUNT;
2973         unsigned long flags;
2974         unsigned int order, t;
2975         struct page *page;
2976
2977         if (zone_is_empty(zone))
2978                 return;
2979
2980         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2981
2982         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
2983         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
2984                 if (pfn_valid(pfn)) {
2985                         page = pfn_to_page(pfn);
2986
2987                         if (!--page_count) {
2988                                 touch_nmi_watchdog();
2989                                 page_count = WD_PAGE_COUNT;
2990                         }
2991
2992                         if (page_zone(page) != zone)
2993                                 continue;
2994
2995                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
2996                                 swsusp_unset_page_free(page);
2997                 }
2998
2999         for_each_migratetype_order(order, t) {
3000                 list_for_each_entry(page,
3001                                 &zone->free_area[order].free_list[t], lru) {
3002                         unsigned long i;
3003
3004                         pfn = page_to_pfn(page);
3005                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++) {
3006                                 if (!--page_count) {
3007                                         touch_nmi_watchdog();
3008                                         page_count = WD_PAGE_COUNT;
3009                                 }
3010                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
3011                         }
3012                 }
3013         }
3014         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3015 }
3016 #endif /* CONFIG_PM */
3017
3018 static bool free_unref_page_prepare(struct page *page, unsigned long pfn)
3019 {
3020         int migratetype;
3021
3022         if (!free_pcp_prepare(page))
3023                 return false;
3024
3025         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
3026         set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
3027         return true;
3028 }
3029
3030 static void free_unref_page_commit(struct page *page, unsigned long pfn)
3031 {
3032         struct zone *zone = page_zone(page);
3033         struct per_cpu_pages *pcp;
3034         int migratetype;
3035
3036         migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
3037         __count_vm_event(PGFREE);
3038
3039         /*
3040          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
3041          * Free ISOLATE pages back to the allocator because they are being
3042          * offlined but treat HIGHATOMIC as movable pages so we can get those
3043          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
3044          * excessively into the page allocator
3045          */
3046         if (migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES) {
3047                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
3048                         free_one_page(zone, page, pfn, 0, migratetype);
3049                         return;
3050                 }
3051                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
3052         }
3053
3054         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
3055         list_add(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
3056         pcp->count++;
3057         if (pcp->count >= pcp->high) {
3058                 unsigned long batch = READ_ONCE(pcp->batch);
3059                 free_pcppages_bulk(zone, batch, pcp);
3060         }
3061 }
3062
3063 /*
3064  * Free a 0-order page
3065  */
3066 void free_unref_page(struct page *page)
3067 {
3068         unsigned long flags;
3069         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
3070
3071         if (!free_unref_page_prepare(page, pfn))
3072                 return;
3073
3074         local_irq_save(flags);
3075         free_unref_page_commit(page, pfn);
3076         local_irq_restore(flags);
3077 }
3078
3079 /*
3080  * Free a list of 0-order pages
3081  */
3082 void free_unref_page_list(struct list_head *list)
3083 {
3084         struct page *page, *next;
3085         unsigned long flags, pfn;
3086         int batch_count = 0;
3087
3088         /* Prepare pages for freeing */
3089         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
3090                 pfn = page_to_pfn(page);
3091                 if (!free_unref_page_prepare(page, pfn))
3092                         list_del(&page->lru);
3093                 set_page_private(page, pfn);
3094         }
3095
3096         local_irq_save(flags);
3097         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
3098                 unsigned long pfn = page_private(page);
3099
3100                 set_page_private(page, 0);
3101                 trace_mm_page_free_batched(page);
3102                 free_unref_page_commit(page, pfn);
3103
3104                 /*
3105                  * Guard against excessive IRQ disabled times when we get
3106                  * a large list of pages to free.
3107                  */
3108                 if (++batch_count == SWAP_CLUSTER_MAX) {
3109                         local_irq_restore(flags);
3110                         batch_count = 0;
3111                         local_irq_save(flags);
3112                 }
3113         }
3114         local_irq_restore(flags);
3115 }
3116
3117 /*
3118  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
3119  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
3120  * Each sub-page must be freed individually.
3121  *
3122  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
3123  * Please consult with lkml before using this in your driver.
3124  */
3125 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
3126 {
3127         int i;
3128
3129         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
3130         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
3131
3132         for (i = 1; i < (1 << order); i++)
3133                 set_page_refcounted(page + i);
3134         split_page_owner(page, 1 << order);
3135 }
3136 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
3137
3138 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
3139 {
3140         struct free_area *area = &page_zone(page)->free_area[order];
3141         unsigned long watermark;
3142         struct zone *zone;
3143         int mt;
3144
3145         BUG_ON(!PageBuddy(page));
3146
3147         zone = page_zone(page);
3148         mt = get_pageblock_migratetype(page);
3149
3150         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
3151                 /*
3152                  * Obey watermarks as if the page was being allocated. We can
3153                  * emulate a high-order watermark check with a raised order-0
3154                  * watermark, because we already know our high-order page
3155                  * exists.
3156                  */
3157                 watermark = zone->_watermark[WMARK_MIN] + (1UL << order);
3158                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, ALLOC_CMA))
3159                         return 0;
3160
3161                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
3162         }
3163
3164         /* Remove page from free list */
3165
3166         del_page_from_free_area(page, area);
3167
3168         /*
3169          * Set the pageblock if the isolated page is at least half of a
3170          * pageblock
3171          */
3172         if (order >= pageblock_order - 1) {
3173                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
3174                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
3175                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
3176                         if (!is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt)
3177                             && !is_migrate_highatomic(mt))
3178                                 set_pageblock_migratetype(page,
3179                                                           MIGRATE_MOVABLE);
3180                 }
3181         }
3182
3183
3184         return 1UL << order;
3185 }
3186
3187 /*
3188  * Update NUMA hit/miss statistics
3189  *
3190  * Must be called with interrupts disabled.
3191  */
3192 static inline void zone_statistics(struct zone *preferred_zone, struct zone *z)
3193 {
3194 #ifdef CONFIG_NUMA
3195         enum numa_stat_item local_stat = NUMA_LOCAL;
3196
3197         /* skip numa counters update if numa stats is disabled */
3198         if (!static_branch_likely(&vm_numa_stat_key))
3199                 return;
3200
3201         if (zone_to_nid(z) != numa_node_id())
3202                 local_stat = NUMA_OTHER;
3203
3204         if (zone_to_nid(z) == zone_to_nid(preferred_zone))
3205                 __inc_numa_state(z, NUMA_HIT);
3206         else {
3207                 __inc_numa_state(z, NUMA_MISS);
3208                 __inc_numa_state(preferred_zone, NUMA_FOREIGN);
3209         }
3210         __inc_numa_state(z, local_stat);
3211 #endif
3212 }
3213
3214 /* Remove page from the per-cpu list, caller must protect the list */
3215 static struct page *__rmqueue_pcplist(struct zone *zone, int migratetype,
3216                         unsigned int alloc_flags,
3217                         struct per_cpu_pages *pcp,
3218                         struct list_head *list)
3219 {
3220         struct page *page;
3221
3222         do {
3223                 if (list_empty(list)) {
3224                         pcp->count += rmqueue_bulk(zone, 0,
3225                                         pcp->batch, list,
3226                                         migratetype, alloc_flags);
3227                         if (unlikely(list_empty(list)))
3228                                 return NULL;
3229                 }
3230
3231                 page = list_first_entry(list, struct page, lru);
3232                 list_del(&page->lru);
3233                 pcp->count--;
3234         } while (check_new_pcp(page));
3235
3236         return page;
3237 }
3238
3239 /* Lock and remove page from the per-cpu list */
3240 static struct page *rmqueue_pcplist(struct zone *preferred_zone,
3241                         struct zone *zone, gfp_t gfp_flags,
3242                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
3243 {
3244         struct per_cpu_pages *pcp;
3245         struct list_head *list;
3246         struct page *page;
3247         unsigned long flags;
3248
3249         local_irq_save(flags);
3250         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
3251         list = &pcp->lists[migratetype];
3252         page = __rmqueue_pcplist(zone,  migratetype, alloc_flags, pcp, list);
3253         if (page) {
3254                 __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1);
3255                 zone_statistics(preferred_zone, zone);
3256         }
3257         local_irq_restore(flags);
3258         return page;
3259 }
3260
3261 /*
3262  * Allocate a page from the given zone. Use pcplists for order-0 allocations.
3263  */
3264 static inline
3265 struct page *rmqueue(struct zone *preferred_zone,
3266                         struct zone *zone, unsigned int order,
3267                         gfp_t gfp_flags, unsigned int alloc_flags,
3268                         int migratetype)
3269 {
3270         unsigned long flags;
3271         struct page *page;
3272
3273         if (likely(order == 0)) {
3274                 page = rmqueue_pcplist(preferred_zone, zone, gfp_flags,
3275                                         migratetype, alloc_flags);
3276                 goto out;
3277         }
3278
3279         /*
3280          * We most definitely don't want callers attempting to
3281          * allocate greater than order-1 page units with __GFP_NOFAIL.
3282          */
3283         WARN_ON_ONCE((gfp_flags & __GFP_NOFAIL) && (order > 1));
3284         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3285
3286         do {
3287                 page = NULL;
3288                 if (alloc_flags & ALLOC_HARDER) {
3289                         page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
3290                         if (page)
3291                                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
3292                 }
3293                 if (!page)
3294                         page = __rmqueue(zone, order, migratetype, alloc_flags);
3295         } while (page && check_new_pages(page, order));
3296         spin_unlock(&zone->lock);
3297         if (!page)
3298                 goto failed;
3299         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
3300                                   get_pcppage_migratetype(page));
3301
3302         __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
3303         zone_statistics(preferred_zone, zone);
3304         local_irq_restore(flags);
3305
3306 out:
3307         /* Separate test+clear to avoid unnecessary atomics */
3308         if (test_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags)) {
3309                 clear_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
3310                 wakeup_kswapd(zone, 0, 0, zone_idx(zone));
3311         }
3312
3313         VM_BUG_ON_PAGE(page && bad_range(zone, page), page);
3314         return page;
3315
3316 failed:
3317         local_irq_restore(flags);
3318         return NULL;
3319 }
3320
3321 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
3322
3323 static struct {
3324         struct fault_attr attr;
3325
3326         bool ignore_gfp_highmem;
3327         bool ignore_gfp_reclaim;
3328         u32 min_order;
3329 } fail_page_alloc = {
3330         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
3331         .ignore_gfp_reclaim = true,
3332         .ignore_gfp_highmem = true,
3333         .min_order = 1,
3334 };
3335
3336 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
3337 {
3338         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
3339 }
3340 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
3341
3342 static bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3343 {
3344         if (order < fail_page_alloc.min_order)
3345                 return false;
3346         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3347                 return false;
3348         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
3349                 return false;
3350         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim &&
3351                         (gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3352                 return false;
3353
3354         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
3355 }
3356
3357 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
3358
3359 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
3360 {
3361         umode_t mode = S_IFREG | 0600;
3362         struct dentry *dir;
3363
3364         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
3365                                         &fail_page_alloc.attr);
3366
3367         debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
3368                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim);
3369         debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
3370                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem);
3371         debugfs_create_u32("min-order", mode, dir, &fail_page_alloc.min_order);
3372
3373         return 0;
3374 }
3375
3376 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
3377
3378 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
3379
3380 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3381
3382 static inline bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3383 {
3384         return false;
3385 }
3386
3387 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3388
3389 noinline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3390 {
3391         return __should_fail_alloc_page(gfp_mask, order);
3392 }
3393 ALLOW_ERROR_INJECTION(should_fail_alloc_page, TRUE);
3394
3395 /*
3396  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
3397  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
3398  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
3399  * to check in the allocation paths if no pages are free.
3400  */
3401 bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3402                          int classzone_idx, unsigned int alloc_flags,
3403                          long free_pages)
3404 {
3405         long min = mark;
3406         int o;
3407         const bool alloc_harder = (alloc_flags & (ALLOC_HARDER|ALLOC_OOM));
3408
3409         /* free_pages may go negative - that's OK */
3410         free_pages -= (1 << order) - 1;
3411
3412         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
3413                 min -= min / 2;
3414
3415         /*
3416          * If the caller does not have rights to ALLOC_HARDER then subtract
3417          * the high-atomic reserves. This will over-estimate the size of the
3418          * atomic reserve but it avoids a search.
3419          */
3420         if (likely(!alloc_harder)) {
3421                 free_pages -= z->nr_reserved_highatomic;
3422         } else {
3423                 /*
3424                  * OOM victims can try even harder than normal ALLOC_HARDER
3425                  * users on the grounds that it's definitely going to be in
3426                  * the exit path shortly and free memory. Any allocation it
3427                  * makes during the free path will be small and short-lived.
3428                  */
3429                 if (alloc_flags & ALLOC_OOM)
3430                         min -= min / 2;
3431                 else
3432                         min -= min / 4;
3433         }
3434
3435
3436 #ifdef CONFIG_CMA
3437         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
3438         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
3439                 free_pages -= zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
3440 #endif
3441
3442         /*
3443          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
3444          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
3445          * even if a suitable page happened to be free.
3446          */
3447         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
3448                 return false;
3449
3450         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
3451         if (!order)
3452                 return true;
3453
3454         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
3455         for (o = order; o < MAX_ORDER; o++) {
3456                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
3457                 int mt;
3458
3459                 if (!area->nr_free)
3460                         continue;
3461
3462                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
3463                         if (!free_area_empty(area, mt))
3464                                 return true;
3465                 }
3466
3467 #ifdef CONFIG_CMA
3468                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
3469                     !free_area_empty(area, MIGRATE_CMA)) {
3470                         return true;
3471                 }
3472 #endif
3473                 if (alloc_harder &&
3474                         !list_empty(&area->free_list[MIGRATE_HIGHATOMIC]))
3475                         return true;
3476         }
3477         return false;
3478 }
3479
3480 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3481                       int classzone_idx, unsigned int alloc_flags)
3482 {
3483         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
3484                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
3485 }
3486
3487 static inline bool zone_watermark_fast(struct zone *z, unsigned int order,
3488                                 unsigned long mark, int classzone_idx,
3489                                 unsigned int alloc_flags, gfp_t gfp_mask)
3490 {
3491         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3492         long cma_pages = 0;
3493
3494 #ifdef CONFIG_CMA
3495         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
3496         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
3497                 cma_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
3498 #endif
3499
3500         /*
3501          * Fast check for order-0 only. If this fails then the reserves
3502          * need to be calculated. There is a corner case where the check
3503          * passes but only the high-order atomic reserve are free. If
3504          * the caller is !atomic then it'll uselessly search the free
3505          * list. That corner case is then slower but it is harmless.
3506          */
3507         if (!order && (free_pages - cma_pages) > mark + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
3508                 return true;
3509
3510         if (__zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
3511                                         free_pages))
3512                 return true;
3513         /*
3514          * Ignore watermark boosting for GFP_ATOMIC order-0 allocations
3515          * when checking the min watermark. The min watermark is the
3516          * point where boosting is ignored so that kswapd is woken up
3517          * when below the low watermark.
3518          */
3519         if (unlikely(!order && (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) && z->watermark_boost
3520                 && ((alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK) == WMARK_MIN))) {
3521                 mark = z->_watermark[WMARK_MIN];
3522                 return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx,
3523                                         alloc_flags, free_pages);
3524         }
3525
3526         return false;
3527 }
3528
3529 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
3530                         unsigned long mark, int classzone_idx)
3531 {
3532         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3533
3534         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
3535                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
3536
3537         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, 0,
3538                                                                 free_pages);
3539 }
3540
3541 #ifdef CONFIG_NUMA
3542 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3543 {
3544         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <=
3545                                 node_reclaim_distance;
3546 }
3547 #else   /* CONFIG_NUMA */
3548 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3549 {
3550         return true;
3551 }
3552 #endif  /* CONFIG_NUMA */
3553
3554 /*
3555  * The restriction on ZONE_DMA32 as being a suitable zone to use to avoid
3556  * fragmentation is subtle. If the preferred zone was HIGHMEM then
3557  * premature use of a lower zone may cause lowmem pressure problems that
3558  * are worse than fragmentation. If the next zone is ZONE_DMA then it is
3559  * probably too small. It only makes sense to spread allocations to avoid
3560  * fragmentation between the Normal and DMA32 zones.
3561  */
3562 static inline unsigned int
3563 alloc_flags_nofragment(struct zone *zone, gfp_t gfp_mask)
3564 {
3565         unsigned int alloc_flags = 0;
3566
3567         if (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM)
3568                 alloc_flags |= ALLOC_KSWAPD;
3569
3570 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
3571         if (!zone)
3572                 return alloc_flags;
3573
3574         if (zone_idx(zone) != ZONE_NORMAL)
3575                 return alloc_flags;
3576
3577         /*
3578          * If ZONE_DMA32 exists, assume it is the one after ZONE_NORMAL and
3579          * the pointer is within zone->zone_pgdat->node_zones[]. Also assume
3580          * on UMA that if Normal is populated then so is DMA32.
3581          */
3582         BUILD_BUG_ON(ZONE_NORMAL - ZONE_DMA32 != 1);
3583         if (nr_online_nodes > 1 && !populated_zone(--zone))
3584                 return alloc_flags;
3585
3586         alloc_flags |= ALLOC_NOFRAGMENT;
3587 #endif /* CONFIG_ZONE_DMA32 */
3588         return alloc_flags;
3589 }
3590
3591 /*
3592  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
3593  * a page.
3594  */
3595 static struct page *
3596 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
3597                                                 const struct alloc_context *ac)
3598 {
3599         struct zoneref *z;
3600         struct zone *zone;
3601         struct pglist_data *last_pgdat_dirty_limit = NULL;
3602         bool no_fallback;
3603
3604 retry:
3605         /*
3606          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
3607          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
3608          */
3609         no_fallback = alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT;
3610         z = ac->preferred_zoneref;
3611         for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
3612                                                                 ac->nodemask) {
3613                 struct page *page;
3614                 unsigned long mark;
3615
3616                 if (cpusets_enabled() &&
3617                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
3618                         !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
3619                                 continue;
3620                 /*
3621                  * When allocating a page cache page for writing, we
3622                  * want to get it from a node that is within its dirty
3623                  * limit, such that no single node holds more than its
3624                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
3625                  * The dirty limits take into account the node's
3626                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
3627                  * should be able to balance it without having to
3628                  * write pages from its LRU list.
3629                  *
3630                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
3631                  * exceed the per-node dirty limit in the slowpath
3632                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
3633                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
3634                  * nodes are together not big enough to reach the
3635                  * global limit.  The proper fix for these situations
3636                  * will require awareness of nodes in the
3637                  * dirty-throttling and the flusher threads.
3638                  */
3639                 if (ac->spread_dirty_pages) {
3640                         if (last_pgdat_dirty_limit == zone->zone_pgdat)
3641                                 continue;
3642
3643                         if (!node_dirty_ok(zone->zone_pgdat)) {
3644                                 last_pgdat_dirty_limit = zone->zone_pgdat;
3645                                 continue;
3646                         }
3647                 }
3648
3649                 if (no_fallback && nr_online_nodes > 1 &&
3650                     zone != ac->preferred_zoneref->zone) {
3651                         int local_nid;
3652
3653                         /*
3654                          * If moving to a remote node, retry but allow
3655                          * fragmenting fallbacks. Locality is more important
3656                          * than fragmentation avoidance.
3657                          */
3658                         local_nid = zone_to_nid(ac->preferred_zoneref->zone);
3659                         if (zone_to_nid(zone) != local_nid) {
3660                                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
3661                                 goto retry;
3662                         }
3663                 }
3664
3665                 mark = wmark_pages(zone, alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK);
3666                 if (!zone_watermark_fast(zone, order, mark,
3667                                        ac_classzone_idx(ac), alloc_flags,
3668                                        gfp_mask)) {
3669                         int ret;
3670
3671 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
3672                         /*
3673                          * Watermark failed for this zone, but see if we can
3674                          * grow this zone if it contains deferred pages.
3675                          */
3676                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
3677                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
3678                                         goto try_this_zone;
3679                         }
3680 #endif
3681                         /* Checked here to keep the fast path fast */
3682                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
3683                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
3684                                 goto try_this_zone;
3685
3686                         if (node_reclaim_mode == 0 ||
3687                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zoneref->zone, zone))
3688                                 continue;
3689
3690                         ret = node_reclaim(zone->zone_pgdat, gfp_mask, order);
3691                         switch (ret) {
3692                         case NODE_RECLAIM_NOSCAN:
3693                                 /* did not scan */
3694                                 continue;
3695                         case NODE_RECLAIM_FULL:
3696                                 /* scanned but unreclaimable */
3697                                 continue;
3698                         default:
3699                                 /* did we reclaim enough */
3700                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
3701                                                 ac_classzone_idx(ac), alloc_flags))
3702                                         goto try_this_zone;
3703
3704                                 continue;
3705                         }
3706                 }
3707
3708 try_this_zone:
3709                 page = rmqueue(ac->preferred_zoneref->zone, zone, order,
3710                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
3711                 if (page) {
3712                         prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
3713
3714                         /*
3715                          * If this is a high-order atomic allocation then check
3716                          * if the pageblock should be reserved for the future
3717                          */
3718                         if (unlikely(order && (alloc_flags & ALLOC_HARDER)))
3719                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone, order);
3720
3721                         return page;
3722                 } else {
3723 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
3724                         /* Try again if zone has deferred pages */
3725                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
3726                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
3727                                         goto try_this_zone;
3728                         }
3729 #endif
3730                 }
3731         }
3732
3733         /*
3734          * It's possible on a UMA machine to get through all zones that are
3735          * fragmented. If avoiding fragmentation, reset and try again.
3736          */
3737         if (no_fallback) {
3738                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
3739                 goto retry;
3740         }
3741
3742         return NULL;
3743 }
3744
3745 static void warn_alloc_show_mem(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
3746 {
3747         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3748
3749         /*
3750          * This documents exceptions given to allocations in certain
3751          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
3752          * of allowed nodes.
3753          */
3754         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3755                 if (tsk_is_oom_victim(current) ||
3756                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
3757                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3758         if (in_interrupt() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3759                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3760
3761         show_mem(filter, nodemask);
3762 }
3763
3764 void warn_alloc(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask, const char *fmt, ...)
3765 {
3766         struct va_format vaf;
3767         va_list args;
3768         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs, 10*HZ, 1);
3769
3770         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) ||
3771              !__ratelimit(&nopage_rs) ||
3772              ((gfp_mask & __GFP_DMA) && !has_managed_dma()))
3773                 return;
3774
3775         va_start(args, fmt);
3776         vaf.fmt = fmt;
3777         vaf.va = &args;
3778         pr_warn("%s: %pV, mode:%#x(%pGg), nodemask=%*pbl",
3779                         current->comm, &vaf, gfp_mask, &gfp_mask,
3780                         nodemask_pr_args(nodemask));
3781         va_end(args);
3782
3783         cpuset_print_current_mems_allowed();
3784         pr_cont("\n");
3785         dump_stack();
3786         warn_alloc_show_mem(gfp_mask, nodemask);
3787 }
3788
3789 static inline struct page *
3790 __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3791                               unsigned int alloc_flags,
3792                               const struct alloc_context *ac)
3793 {
3794         struct page *page;
3795
3796         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3797                         alloc_flags|ALLOC_CPUSET, ac);
3798         /*
3799          * fallback to ignore cpuset restriction if our nodes
3800          * are depleted
3801          */
3802         if (!page)
3803                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3804                                 alloc_flags, ac);
3805
3806         return page;
3807 }
3808
3809 static inline struct page *
3810 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3811         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
3812 {
3813         struct oom_control oc = {
3814                 .zonelist = ac->zonelist,
3815                 .nodemask = ac->nodemask,
3816                 .memcg = NULL,
3817                 .gfp_mask = gfp_mask,
3818                 .order = order,
3819         };
3820         struct page *page;
3821
3822         *did_some_progress = 0;
3823
3824         /*
3825          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
3826          * making progress for us.
3827          */
3828         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
3829                 *did_some_progress = 1;
3830                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
3831                 return NULL;
3832         }
3833
3834         /*
3835          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
3836          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
3837          * we're still under heavy pressure. But make sure that this reclaim
3838          * attempt shall not depend on __GFP_DIRECT_RECLAIM && !__GFP_NORETRY
3839          * allocation which will never fail due to oom_lock already held.
3840          */
3841         page = get_page_from_freelist((gfp_mask | __GFP_HARDWALL) &
3842                                       ~__GFP_DIRECT_RECLAIM, order,
3843                                       ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
3844         if (page)
3845                 goto out;
3846
3847         /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
3848         if (current->flags & PF_DUMPCORE)
3849                 goto out;
3850         /* The OOM killer will not help higher order allocs */
3851         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3852                 goto out;
3853         /*
3854          * We have already exhausted all our reclaim opportunities without any
3855          * success so it is time to admit defeat. We will skip the OOM killer
3856          * because it is very likely that the caller has a more reasonable
3857          * fallback than shooting a random task.
3858          */
3859         if (gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL)
3860                 goto out;
3861         /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
3862         if (ac->high_zoneidx < ZONE_NORMAL)
3863                 goto out;
3864         if (pm_suspended_storage())
3865                 goto out;
3866         /*
3867          * XXX: GFP_NOFS allocations should rather fail than rely on
3868          * other request to make a forward progress.
3869          * We are in an unfortunate situation where out_of_memory cannot
3870          * do much for this context but let's try it to at least get
3871          * access to memory reserved if the current task is killed (see
3872          * out_of_memory). Once filesystems are ready to handle allocation
3873          * failures more gracefully we should just bail out here.
3874          */
3875
3876         /* The OOM killer may not free memory on a specific node */
3877         if (gfp_mask & __GFP_THISNODE)
3878                 goto out;
3879
3880         /* Exhausted what can be done so it's blame time */
3881         if (out_of_memory(&oc) || WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
3882                 *did_some_progress = 1;
3883
3884                 /*
3885                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
3886                  * reserves
3887                  */
3888                 if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3889                         page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order,
3890                                         ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3891         }
3892 out:
3893         mutex_unlock(&oom_lock);
3894         return page;
3895 }
3896
3897 /*
3898  * Maximum number of compaction retries wit a progress before OOM
3899  * killer is consider as the only way to move forward.
3900  */
3901 #define MAX_COMPACT_RETRIES 16
3902
3903 #ifdef CONFIG_COMPACTION
3904 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
3905 static struct page *
3906 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3907                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3908                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
3909 {
3910         struct page *page = NULL;
3911         unsigned long pflags;
3912         unsigned int noreclaim_flag;
3913
3914         if (!order)
3915                 return NULL;
3916
3917         psi_memstall_enter(&pflags);
3918         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
3919
3920         *compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3921                                                                 prio, &page);
3922
3923         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
3924         psi_memstall_leave(&pflags);
3925
3926         /*
3927          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
3928          * count a compaction stall
3929          */
3930         count_vm_event(COMPACTSTALL);
3931
3932         /* Prep a captured page if available */
3933         if (page)
3934                 prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
3935
3936         /* Try get a page from the freelist if available */
3937         if (!page)
3938                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3939
3940         if (page) {
3941                 struct zone *zone = page_zone(page);
3942
3943                 zone->compact_blockskip_flush = false;
3944                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
3945                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
3946                 return page;
3947         }
3948
3949         /*
3950          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
3951          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
3952          */
3953         count_vm_event(COMPACTFAIL);
3954
3955         cond_resched();
3956
3957         return NULL;
3958 }
3959
3960 static inline bool
3961 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, int order, int alloc_flags,
3962                      enum compact_result compact_result,
3963                      enum compact_priority *compact_priority,
3964                      int *compaction_retries)
3965 {
3966         int max_retries = MAX_COMPACT_RETRIES;
3967         int min_priority;
3968         bool ret = false;
3969         int retries = *compaction_retries;
3970         enum compact_priority priority = *compact_priority;
3971
3972         if (!order)
3973                 return false;
3974
3975         if (compaction_made_progress(compact_result))
3976                 (*compaction_retries)++;
3977
3978         /*
3979          * compaction considers all the zone as desperately out of memory
3980          * so it doesn't really make much sense to retry except when the
3981          * failure could be caused by insufficient priority
3982          */
3983         if (compaction_failed(compact_result))
3984                 goto check_priority;
3985
3986         /*
3987          * compaction was skipped because there are not enough order-0 pages
3988          * to work with, so we retry only if it looks like reclaim can help.
3989          */
3990         if (compaction_needs_reclaim(compact_result)) {
3991                 ret = compaction_zonelist_suitable(ac, order, alloc_flags);
3992                 goto out;
3993         }
3994
3995         /*
3996          * make sure the compaction wasn't deferred or didn't bail out early
3997          * due to locks contention before we declare that we should give up.
3998          * But the next retry should use a higher priority if allowed, so
3999          * we don't just keep bailing out endlessly.
4000          */
4001         if (compaction_withdrawn(compact_result)) {
4002                 goto check_priority;
4003         }
4004
4005         /*
4006          * !costly requests are much more important than __GFP_RETRY_MAYFAIL
4007          * costly ones because they are de facto nofail and invoke OOM
4008          * killer to move on while costly can fail and users are ready
4009          * to cope with that. 1/4 retries is rather arbitrary but we
4010          * would need much more detailed feedback from compaction to
4011          * make a better decision.
4012          */
4013         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4014                 max_retries /= 4;
4015         if (*compaction_retries <= max_retries) {
4016                 ret = true;
4017                 goto out;
4018         }
4019
4020         /*
4021          * Make sure there are attempts at the highest priority if we exhausted
4022          * all retries or failed at the lower priorities.
4023          */
4024 check_priority:
4025         min_priority = (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) ?
4026                         MIN_COMPACT_COSTLY_PRIORITY : MIN_COMPACT_PRIORITY;
4027
4028         if (*compact_priority > min_priority) {
4029                 (*compact_priority)--;
4030                 *compaction_retries = 0;
4031                 ret = true;
4032         }
4033 out:
4034         trace_compact_retry(order, priority, compact_result, retries, max_retries, ret);
4035         return ret;
4036 }
4037 #else
4038 static inline struct page *
4039 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4040                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4041                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
4042 {
4043         *compact_result = COMPACT_SKIPPED;
4044         return NULL;
4045 }
4046
4047 static inline bool
4048 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, unsigned int order, int alloc_flags,
4049                      enum compact_result compact_result,
4050                      enum compact_priority *compact_priority,
4051                      int *compaction_retries)
4052 {
4053         struct zone *zone;
4054         struct zoneref *z;
4055
4056         if (!order || order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4057                 return false;
4058
4059         /*
4060          * There are setups with compaction disabled which would prefer to loop
4061          * inside the allocator rather than hit the oom killer prematurely.
4062          * Let's give them a good hope and keep retrying while the order-0
4063          * watermarks are OK.
4064          */
4065         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
4066                                         ac->nodemask) {
4067                 if (zone_watermark_ok(zone, 0, min_wmark_pages(zone),
4068                                         ac_classzone_idx(ac), alloc_flags))
4069                         return true;
4070         }
4071         return false;
4072 }
4073 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
4074
4075 #ifdef CONFIG_LOCKDEP
4076 static struct lockdep_map __fs_reclaim_map =
4077         STATIC_LOCKDEP_MAP_INIT("fs_reclaim", &__fs_reclaim_map);
4078
4079 static bool __need_fs_reclaim(gfp_t gfp_mask)
4080 {
4081         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4082
4083         /* no reclaim without waiting on it */
4084         if (!(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
4085                 return false;
4086
4087         /* this guy won't enter reclaim */
4088         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4089                 return false;
4090
4091         /* We're only interested __GFP_FS allocations for now */
4092         if (!(gfp_mask & __GFP_FS))
4093                 return false;
4094
4095         if (gfp_mask & __GFP_NOLOCKDEP)
4096                 return false;
4097
4098         return true;
4099 }
4100
4101 void __fs_reclaim_acquire(void)
4102 {
4103         lock_map_acquire(&__fs_reclaim_map);
4104 }
4105
4106 void __fs_reclaim_release(void)
4107 {
4108         lock_map_release(&__fs_reclaim_map);
4109 }
4110
4111 void fs_reclaim_acquire(gfp_t gfp_mask)
4112 {
4113         if (__need_fs_reclaim(gfp_mask))
4114                 __fs_reclaim_acquire();
4115 }
4116 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_acquire);
4117
4118 void fs_reclaim_release(gfp_t gfp_mask)
4119 {
4120         if (__need_fs_reclaim(gfp_mask))
4121                 __fs_reclaim_release();
4122 }
4123 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_release);
4124 #endif
4125
4126 /*
4127  * Zonelists may change due to hotplug during allocation. Detect when zonelists
4128  * have been rebuilt so allocation retries. Reader side does not lock and
4129  * retries the allocation if zonelist changes. Writer side is protected by the
4130  * embedded spin_lock.
4131  */
4132 static DEFINE_SEQLOCK(zonelist_update_seq);
4133
4134 static unsigned int zonelist_iter_begin(void)
4135 {
4136         if (IS_ENABLED(CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE))
4137                 return read_seqbegin(&zonelist_update_seq);
4138
4139         return 0;
4140 }
4141
4142 static unsigned int check_retry_zonelist(unsigned int seq)
4143 {
4144         if (IS_ENABLED(CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE))
4145                 return read_seqretry(&zonelist_update_seq, seq);
4146
4147         return seq;
4148 }
4149
4150 /* Perform direct synchronous page reclaim */
4151 static int
4152 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4153                                         const struct alloc_context *ac)
4154 {
4155         int progress;
4156         unsigned int noreclaim_flag;
4157         unsigned long pflags;
4158
4159         cond_resched();
4160
4161         /* We now go into synchronous reclaim */
4162         cpuset_memory_pressure_bump();
4163         psi_memstall_enter(&pflags);
4164         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
4165         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4166
4167         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
4168                                                                 ac->nodemask);
4169
4170         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4171         fs_reclaim_release(gfp_mask);
4172         psi_memstall_leave(&pflags);
4173
4174         cond_resched();
4175
4176         return progress;
4177 }
4178
4179 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
4180 static inline struct page *
4181 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4182                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4183                 unsigned long *did_some_progress)
4184 {
4185         struct page *page = NULL;
4186         bool drained = false;
4187
4188         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
4189         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
4190                 return NULL;
4191
4192 retry:
4193         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4194
4195         /*
4196          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
4197          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
4198          * Shrink them them and try again
4199          */
4200         if (!page && !drained) {
4201                 unreserve_highatomic_pageblock(ac, false);
4202                 drain_all_pages(NULL);
4203                 drained = true;
4204                 goto retry;
4205         }
4206
4207         return page;
4208 }
4209
4210 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, gfp_t gfp_mask,
4211                              const struct alloc_context *ac)
4212 {
4213         struct zoneref *z;
4214         struct zone *zone;
4215         pg_data_t *last_pgdat = NULL;
4216         enum zone_type high_zoneidx = ac->high_zoneidx;
4217
4218         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, high_zoneidx,
4219                                         ac->nodemask) {
4220                 if (last_pgdat != zone->zone_pgdat)
4221                         wakeup_kswapd(zone, gfp_mask, order, high_zoneidx);
4222                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
4223         }
4224 }
4225
4226 static inline unsigned int
4227 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4228 {
4229         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
4230
4231         /* __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH to save a branch. */
4232         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
4233
4234         /*
4235          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
4236          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
4237          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
4238          * set both ALLOC_HARDER (__GFP_ATOMIC) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
4239          */
4240         alloc_flags |= (__force int) (gfp_mask & __GFP_HIGH);
4241
4242         if (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) {
4243                 /*
4244                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
4245                  * if it can't schedule.
4246                  */
4247                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4248                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
4249                 /*
4250                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
4251                  * comment for __cpuset_node_allowed().
4252                  */
4253                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
4254         } else if (unlikely(rt_task(current)) && !in_interrupt())
4255                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
4256
4257         if (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM)
4258                 alloc_flags |= ALLOC_KSWAPD;
4259
4260 #ifdef CONFIG_CMA
4261         if (gfpflags_to_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
4262                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
4263 #endif
4264         return alloc_flags;
4265 }
4266
4267 static bool oom_reserves_allowed(struct task_struct *tsk)
4268 {
4269         if (!tsk_is_oom_victim(tsk))
4270                 return false;
4271
4272         /*
4273          * !MMU doesn't have oom reaper so give access to memory reserves
4274          * only to the thread with TIF_MEMDIE set
4275          */
4276         if (!IS_ENABLED(CONFIG_MMU) && !test_thread_flag(TIF_MEMDIE))
4277                 return false;
4278
4279         return true;
4280 }
4281
4282 /*
4283  * Distinguish requests which really need access to full memory
4284  * reserves from oom victims which can live with a portion of it
4285  */
4286 static inline int __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4287 {
4288         if (unlikely(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4289                 return 0;
4290         if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
4291                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4292         if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
4293                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4294         if (!in_interrupt()) {
4295                 if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4296                         return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4297                 else if (oom_reserves_allowed(current))
4298                         return ALLOC_OOM;
4299         }
4300
4301         return 0;
4302 }
4303
4304 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
4305 {
4306         return !!__gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4307 }
4308
4309 /*
4310  * Checks whether it makes sense to retry the reclaim to make a forward progress
4311  * for the given allocation request.
4312  *
4313  * We give up when we either have tried MAX_RECLAIM_RETRIES in a row
4314  * without success, or when we couldn't even meet the watermark if we
4315  * reclaimed all remaining pages on the LRU lists.
4316  *
4317  * Returns true if a retry is viable or false to enter the oom path.
4318  */
4319 static inline bool
4320 should_reclaim_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned order,
4321                      struct alloc_context *ac, int alloc_flags,
4322                      bool did_some_progress, int *no_progress_loops)
4323 {
4324         struct zone *zone;
4325         struct zoneref *z;
4326         bool ret = false;
4327
4328         /*
4329          * Costly allocations might have made a progress but this doesn't mean
4330          * their order will become available due to high fragmentation so
4331          * always increment the no progress counter for them
4332          */
4333         if (did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4334                 *no_progress_loops = 0;
4335         else
4336                 (*no_progress_loops)++;
4337
4338         /*
4339          * Make sure we converge to OOM if we cannot make any progress
4340          * several times in the row.
4341          */
4342         if (*no_progress_loops > MAX_RECLAIM_RETRIES) {
4343                 /* Before OOM, exhaust highatomic_reserve */
4344                 return unreserve_highatomic_pageblock(ac, true);
4345         }
4346
4347         /*
4348          * Keep reclaiming pages while there is a chance this will lead
4349          * somewhere.  If none of the target zones can satisfy our allocation
4350          * request even if all reclaimable pages are considered then we are
4351          * screwed and have to go OOM.
4352          */
4353         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
4354                                         ac->nodemask) {
4355                 unsigned long available;
4356                 unsigned long reclaimable;
4357                 unsigned long min_wmark = min_wmark_pages(zone);
4358                 bool wmark;
4359
4360                 available = reclaimable = zone_reclaimable_pages(zone);
4361                 available += zone_page_state_snapshot(zone, NR_FREE_PAGES);
4362
4363                 /*
4364                  * Would the allocation succeed if we reclaimed all
4365                  * reclaimable pages?
4366                  */
4367                 wmark = __zone_watermark_ok(zone, order, min_wmark,
4368                                 ac_classzone_idx(ac), alloc_flags, available);
4369                 trace_reclaim_retry_zone(z, order, reclaimable,
4370                                 available, min_wmark, *no_progress_loops, wmark);
4371                 if (wmark) {
4372                         /*
4373                          * If we didn't make any progress and have a lot of
4374                          * dirty + writeback pages then we should wait for
4375                          * an IO to complete to slow down the reclaim and
4376                          * prevent from pre mature OOM
4377                          */
4378                         if (!did_some_progress) {
4379                                 unsigned long write_pending;
4380
4381                                 write_pending = zone_page_state_snapshot(zone,
4382                                                         NR_ZONE_WRITE_PENDING);
4383
4384                                 if (2 * write_pending > reclaimable) {
4385                                         congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
4386                                         return true;
4387                                 }
4388                         }
4389
4390                         ret = true;
4391                         goto out;
4392                 }
4393         }
4394
4395 out:
4396         /*
4397          * Memory allocation/reclaim might be called from a WQ context and the
4398          * current implementation of the WQ concurrency control doesn't
4399          * recognize that a particular WQ is congested if the worker thread is
4400          * looping without ever sleeping. Therefore we have to do a short sleep
4401          * here rather than calling cond_resched().
4402          */
4403         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
4404                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
4405         else
4406                 cond_resched();
4407         return ret;
4408 }
4409
4410 static inline bool
4411 check_retry_cpuset(int cpuset_mems_cookie, struct alloc_context *ac)
4412 {
4413         /*
4414          * It's possible that cpuset's mems_allowed and the nodemask from
4415          * mempolicy don't intersect. This should be normally dealt with by
4416          * policy_nodemask(), but it's possible to race with cpuset update in
4417          * such a way the check therein was true, and then it became false
4418          * before we got our cpuset_mems_cookie here.
4419          * This assumes that for all allocations, ac->nodemask can come only
4420          * from MPOL_BIND mempolicy (whose documented semantics is to be ignored
4421          * when it does not intersect with the cpuset restrictions) or the
4422          * caller can deal with a violated nodemask.
4423          */
4424         if (cpusets_enabled() && ac->nodemask &&
4425                         !cpuset_nodemask_valid_mems_allowed(ac->nodemask)) {
4426                 ac->nodemask = NULL;
4427                 return true;
4428         }
4429
4430         /*
4431          * When updating a task's mems_allowed or mempolicy nodemask, it is
4432          * possible to race with parallel threads in such a way that our
4433          * allocation can fail while the mask is being updated. If we are about
4434          * to fail, check if the cpuset changed during allocation and if so,
4435          * retry.
4436          */
4437         if (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))
4438                 return true;
4439
4440         return false;
4441 }
4442
4443 static inline struct page *
4444 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4445                                                 struct alloc_context *ac)
4446 {
4447         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
4448         const bool costly_order = order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER;
4449         struct page *page = NULL;
4450         unsigned int alloc_flags;
4451         unsigned long did_some_progress;
4452         enum compact_priority compact_priority;
4453         enum compact_result compact_result;
4454         int compaction_retries;
4455         int no_progress_loops;
4456         unsigned int cpuset_mems_cookie;
4457         unsigned int zonelist_iter_cookie;
4458         int reserve_flags;
4459
4460         /*
4461          * We also sanity check to catch abuse of atomic reserves being used by
4462          * callers that are not in atomic context.
4463          */
4464         if (WARN_ON_ONCE((gfp_mask & (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)) ==
4465                                 (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)))
4466                 gfp_mask &= ~__GFP_ATOMIC;
4467
4468 restart:
4469         compaction_retries = 0;
4470         no_progress_loops = 0;
4471         compact_priority = DEF_COMPACT_PRIORITY;
4472         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
4473         zonelist_iter_cookie = zonelist_iter_begin();
4474
4475         /*
4476          * The fast path uses conservative alloc_flags to succeed only until
4477          * kswapd needs to be woken up, and to avoid the cost of setting up
4478          * alloc_flags precisely. So we do that now.
4479          */
4480         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
4481
4482         /*
4483          * We need to recalculate the starting point for the zonelist iterator
4484          * because we might have used different nodemask in the fast path, or
4485          * there was a cpuset modification and we are retrying - otherwise we
4486          * could end up iterating over non-eligible zones endlessly.
4487          */
4488         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4489                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
4490         if (!ac->preferred_zoneref->zone)
4491                 goto nopage;
4492
4493         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4494                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4495
4496         /*
4497          * The adjusted alloc_flags might result in immediate success, so try
4498          * that first
4499          */
4500         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4501         if (page)
4502                 goto got_pg;
4503
4504         /*
4505          * For costly allocations, try direct compaction first, as it's likely
4506          * that we have enough base pages and don't need to reclaim. For non-
4507          * movable high-order allocations, do that as well, as compaction will
4508          * try prevent permanent fragmentation by migrating from blocks of the
4509          * same migratetype.
4510          * Don't try this for allocations that are allowed to ignore
4511          * watermarks, as the ALLOC_NO_WATERMARKS attempt didn't yet happen.
4512          */
4513         if (can_direct_reclaim &&
4514                         (costly_order ||
4515                            (order > 0 && ac->migratetype != MIGRATE_MOVABLE))
4516                         && !gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_mask)) {
4517                 page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order,
4518                                                 alloc_flags, ac,
4519                                                 INIT_COMPACT_PRIORITY,
4520                                                 &compact_result);
4521                 if (page)
4522                         goto got_pg;
4523
4524                  if (order >= pageblock_order && (gfp_mask & __GFP_IO) &&
4525                      !(gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL)) {
4526                         /*
4527                          * If allocating entire pageblock(s) and compaction
4528                          * failed because all zones are below low watermarks
4529                          * or is prohibited because it recently failed at this
4530                          * order, fail immediately unless the allocator has
4531                          * requested compaction and reclaim retry.
4532                          *
4533                          * Reclaim is
4534                          *  - potentially very expensive because zones are far
4535                          *    below their low watermarks or this is part of very
4536                          *    bursty high order allocations,
4537                          *  - not guaranteed to help because isolate_freepages()
4538                          *    may not iterate over freed pages as part of its
4539                          *    linear scan, and
4540                          *  - unlikely to make entire pageblocks free on its
4541                          *    own.
4542                          */
4543                         if (compact_result == COMPACT_SKIPPED ||
4544                             compact_result == COMPACT_DEFERRED)
4545                                 goto nopage;
4546                 }
4547
4548                 /*
4549                  * Checks for costly allocations with __GFP_NORETRY, which
4550                  * includes THP page fault allocations
4551                  */
4552                 if (costly_order && (gfp_mask & __GFP_NORETRY)) {
4553                         /*
4554                          * If compaction is deferred for high-order allocations,
4555                          * it is because sync compaction recently failed. If
4556                          * this is the case and the caller requested a THP
4557                          * allocation, we do not want to heavily disrupt the
4558                          * system, so we fail the allocation instead of entering
4559                          * direct reclaim.
4560                          */
4561                         if (compact_result == COMPACT_DEFERRED)
4562                                 goto nopage;
4563
4564                         /*
4565                          * Looks like reclaim/compaction is worth trying, but
4566                          * sync compaction could be very expensive, so keep
4567                          * using async compaction.
4568                          */
4569                         compact_priority = INIT_COMPACT_PRIORITY;
4570                 }
4571         }
4572
4573 retry:
4574         /* Ensure kswapd doesn't accidentally go to sleep as long as we loop */
4575         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4576                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4577
4578         reserve_flags = __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4579         if (reserve_flags)
4580                 alloc_flags = reserve_flags;
4581
4582         /*
4583          * Reset the nodemask and zonelist iterators if memory policies can be
4584          * ignored. These allocations are high priority and system rather than
4585          * user oriented.
4586          */
4587         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) || reserve_flags) {
4588                 ac->nodemask = NULL;
4589                 ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4590                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
4591         }
4592
4593         /* Attempt with potentially adjusted zonelist and alloc_flags */
4594         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4595         if (page)
4596                 goto got_pg;
4597
4598         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
4599         if (!can_direct_reclaim)
4600                 goto nopage;
4601
4602         /* Avoid recursion of direct reclaim */
4603         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4604                 goto nopage;
4605
4606         /* Try direct reclaim and then allocating */
4607         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4608                                                         &did_some_progress);
4609         if (page)
4610                 goto got_pg;
4611
4612         /* Try direct compaction and then allocating */
4613         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4614                                         compact_priority, &compact_result);
4615         if (page)
4616                 goto got_pg;
4617
4618         /* Do not loop if specifically requested */
4619         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
4620                 goto nopage;
4621
4622         /*
4623          * Do not retry costly high order allocations unless they are
4624          * __GFP_RETRY_MAYFAIL
4625          */
4626         if (costly_order && !(gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL))
4627                 goto nopage;
4628
4629         if (should_reclaim_retry(gfp_mask, order, ac, alloc_flags,
4630                                  did_some_progress > 0, &no_progress_loops))
4631                 goto retry;
4632
4633         /*
4634          * It doesn't make any sense to retry for the compaction if the order-0
4635          * reclaim is not able to make any progress because the current
4636          * implementation of the compaction depends on the sufficient amount
4637          * of free memory (see __compaction_suitable)
4638          */
4639         if (did_some_progress > 0 &&
4640                         should_compact_retry(ac, order, alloc_flags,
4641                                 compact_result, &compact_priority,
4642                                 &compaction_retries))
4643                 goto retry;
4644
4645
4646         /*
4647          * Deal with possible cpuset update races or zonelist updates to avoid
4648          * a unnecessary OOM kill.
4649          */
4650         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac) ||
4651             check_retry_zonelist(zonelist_iter_cookie))
4652                 goto restart;
4653
4654         /* Reclaim has failed us, start killing things */
4655         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
4656         if (page)
4657                 goto got_pg;
4658
4659         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
4660         if (tsk_is_oom_victim(current) &&
4661             (alloc_flags == ALLOC_OOM ||
4662              (gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC)))
4663                 goto nopage;
4664
4665         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
4666         if (did_some_progress) {
4667                 no_progress_loops = 0;
4668                 goto retry;
4669         }
4670
4671 nopage:
4672         /*
4673          * Deal with possible cpuset update races or zonelist updates to avoid
4674          * a unnecessary OOM kill.
4675          */
4676         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac) ||
4677             check_retry_zonelist(zonelist_iter_cookie))
4678                 goto restart;
4679
4680         /*
4681          * Make sure that __GFP_NOFAIL request doesn't leak out and make sure
4682          * we always retry
4683          */
4684         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL) {
4685                 /*
4686                  * All existing users of the __GFP_NOFAIL are blockable, so warn
4687                  * of any new users that actually require GFP_NOWAIT
4688                  */
4689                 if (WARN_ON_ONCE(!can_direct_reclaim))
4690                         goto fail;
4691
4692                 /*
4693                  * PF_MEMALLOC request from this context is rather bizarre
4694                  * because we cannot reclaim anything and only can loop waiting
4695                  * for somebody to do a work for us
4696                  */
4697                 WARN_ON_ONCE(current->flags & PF_MEMALLOC);
4698
4699                 /*
4700                  * non failing costly orders are a hard requirement which we
4701                  * are not prepared for much so let's warn about these users
4702                  * so that we can identify them and convert them to something
4703                  * else.
4704                  */
4705                 WARN_ON_ONCE(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
4706
4707                 /*
4708                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
4709                  * reserves but do not use ALLOC_NO_WATERMARKS because this
4710                  * could deplete whole memory reserves which would just make
4711                  * the situation worse
4712                  */
4713                 page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order, ALLOC_HARDER, ac);
4714                 if (page)
4715                         goto got_pg;
4716
4717                 cond_resched();
4718                 goto retry;
4719         }
4720 fail:
4721         warn_alloc(gfp_mask, ac->nodemask,
4722                         "page allocation failure: order:%u", order);
4723 got_pg:
4724         return page;
4725 }
4726
4727 static inline bool prepare_alloc_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4728                 int preferred_nid, nodemask_t *nodemask,
4729                 struct alloc_context *ac, gfp_t *alloc_mask,
4730                 unsigned int *alloc_flags)
4731 {
4732         ac->high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
4733         ac->zonelist = node_zonelist(preferred_nid, gfp_mask);
4734         ac->nodemask = nodemask;
4735         ac->migratetype = gfpflags_to_migratetype(gfp_mask);
4736
4737         if (cpusets_enabled()) {
4738                 *alloc_mask |= __GFP_HARDWALL;
4739                 if (!ac->nodemask)
4740                         ac->nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
4741                 else
4742                         *alloc_flags |= ALLOC_CPUSET;
4743         }
4744
4745         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
4746         fs_reclaim_release(gfp_mask);
4747
4748         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM);
4749
4750         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
4751                 return false;
4752
4753         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA) && ac->migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
4754                 *alloc_flags |= ALLOC_CMA;
4755
4756         return true;
4757 }
4758
4759 /* Determine whether to spread dirty pages and what the first usable zone */
4760 static inline void finalise_ac(gfp_t gfp_mask, struct alloc_context *ac)
4761 {
4762         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
4763         ac->spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
4764
4765         /*
4766          * The preferred zone is used for statistics but crucially it is
4767          * also used as the starting point for the zonelist iterator. It
4768          * may get reset for allocations that ignore memory policies.
4769          */
4770         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4771                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
4772 }
4773
4774 /*
4775  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
4776  */
4777 struct page *
4778 __alloc_pages_nodemask(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int preferred_nid,
4779                                                         nodemask_t *nodemask)
4780 {
4781         struct page *page;
4782         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
4783         gfp_t alloc_mask; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
4784         struct alloc_context ac = { };
4785
4786         /*
4787          * There are several places where we assume that the order value is sane
4788          * so bail out early if the request is out of bound.
4789          */
4790         if (unlikely(order >= MAX_ORDER)) {
4791                 WARN_ON_ONCE(!(gfp_mask & __GFP_NOWARN));
4792                 return NULL;
4793         }
4794
4795         gfp_mask &= gfp_allowed_mask;
4796         alloc_mask = gfp_mask;
4797         if (!prepare_alloc_pages(gfp_mask, order, preferred_nid, nodemask, &ac, &alloc_mask, &alloc_flags))
4798                 return NULL;
4799
4800         finalise_ac(gfp_mask, &ac);
4801
4802         /*
4803          * Forbid the first pass from falling back to types that fragment
4804          * memory until all local zones are considered.
4805          */
4806         alloc_flags |= alloc_flags_nofragment(ac.preferred_zoneref->zone, gfp_mask);
4807
4808         /* First allocation attempt */
4809         page = get_page_from_freelist(alloc_mask, order, alloc_flags, &ac);
4810         if (likely(page))
4811                 goto out;
4812
4813         /*
4814          * Apply scoped allocation constraints. This is mainly about GFP_NOFS
4815          * resp. GFP_NOIO which has to be inherited for all allocation requests
4816          * from a particular context which has been marked by
4817          * memalloc_no{fs,io}_{save,restore}.
4818          */
4819         alloc_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4820         ac.spread_dirty_pages = false;
4821
4822         /*
4823          * Restore the original nodemask if it was potentially replaced with
4824          * &cpuset_current_mems_allowed to optimize the fast-path attempt.
4825          */
4826         if (unlikely(ac.nodemask != nodemask))
4827                 ac.nodemask = nodemask;
4828
4829         page = __alloc_pages_slowpath(alloc_mask, order, &ac);
4830
4831 out:
4832         if (memcg_kmem_enabled() && (gfp_mask & __GFP_ACCOUNT) && page &&
4833             unlikely(__memcg_kmem_charge(page, gfp_mask, order) != 0)) {
4834                 __free_pages(page, order);
4835                 page = NULL;
4836         }
4837
4838         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_mask, ac.migratetype);
4839
4840         return page;
4841 }
4842 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages_nodemask);
4843
4844 /*
4845  * Common helper functions. Never use with __GFP_HIGHMEM because the returned
4846  * address cannot represent highmem pages. Use alloc_pages and then kmap if
4847  * you need to access high mem.
4848  */
4849 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
4850 {
4851         struct page *page;
4852
4853         page = alloc_pages(gfp_mask & ~__GFP_HIGHMEM, order);
4854         if (!page)
4855                 return 0;
4856         return (unsigned long) page_address(page);
4857 }
4858 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
4859
4860 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
4861 {
4862         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
4863 }
4864 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
4865
4866 static inline void free_the_page(struct page *page, unsigned int order)
4867 {
4868         if (order == 0)         /* Via pcp? */
4869                 free_unref_page(page);
4870         else
4871                 __free_pages_ok(page, order);
4872 }
4873
4874 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
4875 {
4876         if (put_page_testzero(page))
4877                 free_the_page(page, order);
4878 }
4879 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
4880
4881 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
4882 {
4883         if (addr != 0) {
4884                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
4885                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
4886         }
4887 }
4888
4889 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
4890
4891 /*
4892  * Page Fragment:
4893  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
4894  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
4895  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
4896  *
4897  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
4898  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
4899  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
4900  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
4901  */
4902 static struct page *__page_frag_cache_refill(struct page_frag_cache *nc,
4903                                              gfp_t gfp_mask)
4904 {
4905         struct page *page = NULL;
4906         gfp_t gfp = gfp_mask;
4907
4908 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4909         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
4910                     __GFP_NOMEMALLOC;
4911         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
4912                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
4913         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
4914 #endif
4915         if (unlikely(!page))
4916                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
4917
4918         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
4919
4920         return page;
4921 }
4922
4923 void __page_frag_cache_drain(struct page *page, unsigned int count)
4924 {
4925         VM_BUG_ON_PAGE(page_ref_count(page) == 0, page);
4926
4927         if (page_ref_sub_and_test(page, count))
4928                 free_the_page(page, compound_order(page));
4929 }
4930 EXPORT_SYMBOL(__page_frag_cache_drain);
4931
4932 void *page_frag_alloc(struct page_frag_cache *nc,
4933                       unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask)
4934 {
4935         unsigned int size = PAGE_SIZE;
4936         struct page *page;
4937         int offset;
4938
4939         if (unlikely(!nc->va)) {
4940 refill:
4941                 page = __page_frag_cache_refill(nc, gfp_mask);
4942                 if (!page)
4943                         return NULL;
4944
4945 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4946                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
4947                 size = nc->size;
4948 #endif
4949                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
4950                  * This would break get_page_unless_zero() users.
4951                  */
4952                 page_ref_add(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE);
4953
4954                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
4955                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
4956                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
4957                 nc->offset = size;
4958         }
4959
4960         offset = nc->offset - fragsz;
4961         if (unlikely(offset < 0)) {
4962                 page = virt_to_page(nc->va);
4963
4964                 if (!page_ref_sub_and_test(page, nc->pagecnt_bias))
4965                         goto refill;
4966
4967                 if (unlikely(nc->pfmemalloc)) {
4968                         free_the_page(page, compound_order(page));
4969                         goto refill;
4970                 }
4971
4972 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4973                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
4974                 size = nc->size;
4975 #endif
4976                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
4977                 set_page_count(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1);
4978
4979                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
4980                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
4981                 offset = size - fragsz;
4982                 if (unlikely(offset < 0)) {
4983                         /*
4984                          * The caller is trying to allocate a fragment
4985                          * with fragsz > PAGE_SIZE but the cache isn't big
4986                          * enough to satisfy the request, this may
4987                          * happen in low memory conditions.
4988                          * We don't release the cache page because
4989                          * it could make memory pressure worse
4990                          * so we simply return NULL here.
4991                          */
4992                         return NULL;
4993                 }
4994         }
4995
4996         nc->pagecnt_bias--;
4997         nc->offset = offset;
4998
4999         return nc->va + offset;
5000 }
5001 EXPORT_SYMBOL(page_frag_alloc);
5002
5003 /*
5004  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
5005  */
5006 void page_frag_free(void *addr)
5007 {
5008         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
5009
5010         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
5011                 free_the_page(page, compound_order(page));
5012 }
5013 EXPORT_SYMBOL(page_frag_free);
5014
5015 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
5016                 size_t size)
5017 {
5018         if (addr) {
5019                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
5020                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
5021
5022                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
5023                 while (used < alloc_end) {
5024                         free_page(used);
5025                         used += PAGE_SIZE;
5026                 }
5027         }
5028         return (void *)addr;
5029 }
5030
5031 /**
5032  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
5033  * @size: the number of bytes to allocate
5034  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
5035  *
5036  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
5037  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
5038  * allocate memory in power-of-two pages.
5039  *
5040  * This function is also limited by MAX_ORDER.
5041  *
5042  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
5043  *
5044  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
5045  */
5046 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
5047 {
5048         unsigned int order = get_order(size);
5049         unsigned long addr;
5050
5051         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_COMP))
5052                 gfp_mask &= ~__GFP_COMP;
5053
5054         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
5055         return make_alloc_exact(addr, order, size);
5056 }
5057 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
5058
5059 /**
5060  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
5061  *                         pages on a node.
5062  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
5063  * @size: the number of bytes to allocate
5064  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
5065  *
5066  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
5067  * back.
5068  *
5069  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
5070  */
5071 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
5072 {
5073         unsigned int order = get_order(size);
5074         struct page *p;
5075
5076         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_COMP))
5077                 gfp_mask &= ~__GFP_COMP;
5078
5079         p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
5080         if (!p)
5081                 return NULL;
5082         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
5083 }
5084
5085 /**
5086  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
5087  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
5088  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
5089  *
5090  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
5091  */
5092 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
5093 {
5094         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
5095         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
5096
5097         while (addr < end) {
5098                 free_page(addr);
5099                 addr += PAGE_SIZE;
5100         }
5101 }
5102 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
5103
5104 /**
5105  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
5106  * @offset: The zone index of the highest zone
5107  *
5108  * nr_free_zone_pages() counts the number of pages which are beyond the
5109  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
5110  * zone, the number of pages is calculated as:
5111  *
5112  *     nr_free_zone_pages = managed_pages - high_pages
5113  *
5114  * Return: number of pages beyond high watermark.
5115  */
5116 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
5117 {
5118         struct zoneref *z;
5119         struct zone *zone;
5120
5121         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
5122         unsigned long sum = 0;
5123
5124         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
5125
5126         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
5127                 unsigned long size = zone_managed_pages(zone);
5128                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
5129                 if (size > high)
5130                         sum += size - high;
5131         }
5132
5133         return sum;
5134 }
5135
5136 /**
5137  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
5138  *
5139  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
5140  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
5141  *
5142  * Return: number of pages beyond high watermark within ZONE_DMA and
5143  * ZONE_NORMAL.
5144  */
5145 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
5146 {
5147         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
5148 }
5149 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
5150
5151 /**
5152  * nr_free_pagecache_pages - count number of pages beyond high watermark
5153  *
5154  * nr_free_pagecache_pages() counts the number of pages which are beyond the
5155  * high watermark within all zones.
5156  *
5157  * Return: number of pages beyond high watermark within all zones.
5158  */
5159 unsigned long nr_free_pagecache_pages(void)
5160 {
5161         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
5162 }
5163
5164 static inline void show_node(struct zone *zone)
5165 {
5166         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
5167                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
5168 }
5169
5170 long si_mem_available(void)
5171 {
5172         long available;
5173         unsigned long pagecache;
5174         unsigned long wmark_low = 0;
5175         unsigned long pages[NR_LRU_LISTS];
5176         unsigned long reclaimable;
5177         struct zone *zone;
5178         int lru;
5179
5180         for (lru = LRU_BASE; lru < NR_LRU_LISTS; lru++)
5181                 pages[lru] = global_node_page_state(NR_LRU_BASE + lru);
5182
5183         for_each_zone(zone)
5184                 wmark_low += low_wmark_pages(zone);
5185
5186         /*
5187          * Estimate the amount of memory available for userspace allocations,
5188          * without causing swapping.
5189          */
5190         available = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES) - totalreserve_pages;
5191
5192         /*
5193          * Not all the page cache can be freed, otherwise the system will
5194          * start swapping. Assume at least half of the page cache, or the
5195          * low watermark worth of cache, needs to stay.
5196          */
5197         pagecache = pages[LRU_ACTIVE_FILE] + pages[LRU_INACTIVE_FILE];
5198         pagecache -= min(pagecache / 2, wmark_low);
5199         available += pagecache;
5200
5201         /*
5202          * Part of the reclaimable slab and other kernel memory consists of
5203          * items that are in use, and cannot be freed. Cap this estimate at the
5204          * low watermark.
5205          */
5206         reclaimable = global_node_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE) +
5207                         global_node_page_state(NR_KERNEL_MISC_RECLAIMABLE);
5208         available += reclaimable - min(reclaimable / 2, wmark_low);
5209
5210         if (available < 0)
5211                 available = 0;
5212         return available;
5213 }
5214 EXPORT_SYMBOL_GPL(si_mem_available);
5215
5216 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
5217 {
5218         val->totalram = totalram_pages();
5219         val->sharedram = global_node_page_state(NR_SHMEM);
5220         val->freeram = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES);
5221         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
5222         val->totalhigh = totalhigh_pages();
5223         val->freehigh = nr_free_highpages();
5224         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
5225 }
5226
5227 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
5228
5229 #ifdef CONFIG_NUMA
5230 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
5231 {
5232         int zone_type;          /* needs to be signed */
5233         unsigned long managed_pages = 0;
5234         unsigned long managed_highpages = 0;
5235         unsigned long free_highpages = 0;
5236         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5237
5238         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
5239                 managed_pages += zone_managed_pages(&pgdat->node_zones[zone_type]);
5240         val->totalram = managed_pages;
5241         val->sharedram = node_page_state(pgdat, NR_SHMEM);
5242         val->freeram = sum_zone_node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
5243 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
5244         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++) {
5245                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
5246
5247                 if (is_highmem(zone)) {
5248                         managed_highpages += zone_managed_pages(zone);
5249                         free_highpages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
5250                 }
5251         }
5252         val->totalhigh = managed_highpages;
5253         val->freehigh = free_highpages;
5254 #else
5255         val->totalhigh = managed_highpages;
5256         val->freehigh = free_highpages;
5257 #endif
5258         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
5259 }
5260 #endif
5261
5262 /*
5263  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
5264  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
5265  */
5266 static bool show_mem_node_skip(unsigned int flags, int nid, nodemask_t *nodemask)
5267 {
5268         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
5269                 return false;
5270
5271         /*
5272          * no node mask - aka implicit memory numa policy. Do not bother with
5273          * the synchronization - read_mems_allowed_begin - because we do not
5274          * have to be precise here.
5275          */
5276         if (!nodemask)
5277                 nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
5278
5279         return !node_isset(nid, *nodemask);
5280 }
5281
5282 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
5283
5284 static void show_migration_types(unsigned char type)
5285 {
5286         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
5287                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
5288                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
5289                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
5290                 [MIGRATE_HIGHATOMIC]    = 'H',
5291 #ifdef CONFIG_CMA
5292                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
5293 #endif
5294 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
5295                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
5296 #endif
5297         };
5298         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
5299         char *p = tmp;
5300         int i;
5301
5302         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
5303                 if (type & (1 << i))
5304                         *p++ = types[i];
5305         }
5306
5307         *p = '\0';
5308         printk(KERN_CONT "(%s) ", tmp);
5309 }
5310
5311 /*
5312  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
5313  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
5314  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
5315  *
5316  * Bits in @filter:
5317  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
5318  *   cpuset.
5319  */
5320 void show_free_areas(unsigned int filter, nodemask_t *nodemask)
5321 {
5322         unsigned long free_pcp = 0;
5323         int cpu;
5324         struct zone *zone;
5325         pg_data_t *pgdat;
5326
5327         for_each_populated_zone(zone) {
5328                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5329                         continue;
5330
5331                 for_each_online_cpu(cpu)
5332                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
5333         }
5334
5335         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
5336                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
5337                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu unstable:%lu\n"
5338                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
5339                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
5340                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
5341                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
5342                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
5343                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
5344                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
5345                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
5346                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
5347                 global_node_page_state(NR_UNEVICTABLE),
5348                 global_node_page_state(NR_FILE_DIRTY),
5349                 global_node_page_state(NR_WRITEBACK),
5350                 global_node_page_state(NR_UNSTABLE_NFS),
5351                 global_node_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE),
5352                 global_node_page_state(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE),
5353                 global_node_page_state(NR_FILE_MAPPED),
5354                 global_node_page_state(NR_SHMEM),
5355                 global_zone_page_state(NR_PAGETABLE),
5356                 global_zone_page_state(NR_BOUNCE),
5357                 global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES),
5358                 free_pcp,
5359                 global_zone_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
5360
5361         for_each_online_pgdat(pgdat) {
5362                 if (show_mem_node_skip(filter, pgdat->node_id, nodemask))
5363                         continue;
5364
5365                 printk("Node %d"
5366                         " active_anon:%lukB"
5367                         " inactive_anon:%lukB"
5368                         " active_file:%lukB"
5369                         " inactive_file:%lukB"
5370                         " unevictable:%lukB"
5371                         " isolated(anon):%lukB"
5372                         " isolated(file):%lukB"
5373                         " mapped:%lukB"
5374                         " dirty:%lukB"
5375                         " writeback:%lukB"
5376                         " shmem:%lukB"
5377 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5378                         " shmem_thp: %lukB"
5379                         " shmem_pmdmapped: %lukB"
5380                         " anon_thp: %lukB"
5381 #endif
5382                         " writeback_tmp:%lukB"
5383                         " unstable:%lukB"
5384                         " all_unreclaimable? %s"
5385                         "\n",
5386                         pgdat->node_id,
5387                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_ANON)),
5388                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON)),
5389                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE)),
5390                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE)),
5391                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNEVICTABLE)),
5392                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON)),
5393                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_FILE)),
5394                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_MAPPED)),
5395                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_DIRTY)),
5396                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK)),
5397                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM)),
5398 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5399                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
5400                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_PMDMAPPED)
5401                                         * HPAGE_PMD_NR),
5402                         K(node_page_state(pgdat, NR_ANON_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
5403 #endif
5404                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK_TEMP)),
5405                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNSTABLE_NFS)),
5406                         pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES ?
5407                                 "yes" : "no");
5408         }
5409
5410         for_each_populated_zone(zone) {
5411                 int i;
5412
5413                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5414                         continue;
5415
5416                 free_pcp = 0;
5417                 for_each_online_cpu(cpu)
5418                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
5419
5420                 show_node(zone);
5421                 printk(KERN_CONT
5422                         "%s"
5423                         " free:%lukB"
5424                         " min:%lukB"
5425                         " low:%lukB"
5426                         " high:%lukB"
5427                         " active_anon:%lukB"
5428                         " inactive_anon:%lukB"
5429                         " active_file:%lukB"
5430                         " inactive_file:%lukB"
5431                         " unevictable:%lukB"
5432                         " writepending:%lukB"
5433                         " present:%lukB"
5434                         " managed:%lukB"
5435                         " mlocked:%lukB"
5436                         " kernel_stack:%lukB"
5437                         " pagetables:%lukB"
5438                         " bounce:%lukB"
5439                         " free_pcp:%lukB"
5440                         " local_pcp:%ukB"
5441                         " free_cma:%lukB"
5442                         "\n",
5443                         zone->name,
5444                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
5445                         K(min_wmark_pages(zone)),
5446                         K(low_wmark_pages(zone)),
5447                         K(high_wmark_pages(zone)),
5448                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_ANON)),
5449                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_ANON)),
5450                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_FILE)),
5451                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_FILE)),
5452                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_UNEVICTABLE)),
5453                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_WRITE_PENDING)),
5454                         K(zone->present_pages),
5455                         K(zone_managed_pages(zone)),
5456                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
5457                         zone_page_state(zone, NR_KERNEL_STACK_KB),
5458                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGETABLE)),
5459                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
5460                         K(free_pcp),
5461                         K(this_cpu_read(zone->pageset->pcp.count)),
5462                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)));
5463                 printk("lowmem_reserve[]:");
5464                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
5465                         printk(KERN_CONT " %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
5466                 printk(KERN_CONT "\n");
5467         }
5468
5469         for_each_populated_zone(zone) {
5470                 unsigned int order;
5471                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, total = 0;
5472                 unsigned char types[MAX_ORDER];
5473
5474                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5475                         continue;
5476                 show_node(zone);
5477                 printk(KERN_CONT "%s: ", zone->name);
5478
5479                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
5480                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
5481                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
5482                         int type;
5483
5484                         nr[order] = area->nr_free;
5485                         total += nr[order] << order;
5486
5487                         types[order] = 0;
5488                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
5489                                 if (!free_area_empty(area, type))
5490                                         types[order] |= 1 << type;
5491                         }
5492                 }
5493                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
5494                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
5495                         printk(KERN_CONT "%lu*%lukB ",
5496                                nr[order], K(1UL) << order);
5497                         if (nr[order])
5498                                 show_migration_types(types[order]);
5499                 }
5500                 printk(KERN_CONT "= %lukB\n", K(total));
5501         }
5502
5503         hugetlb_show_meminfo();
5504
5505         printk("%ld total pagecache pages\n", global_node_page_state(NR_FILE_PAGES));
5506
5507         show_swap_cache_info();
5508 }
5509
5510 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
5511 {
5512         zoneref->zone = zone;
5513         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
5514 }
5515
5516 /*
5517  * Builds allocation fallback zone lists.
5518  *
5519  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
5520  */
5521 static int build_zonerefs_node(pg_data_t *pgdat, struct zoneref *zonerefs)
5522 {
5523         struct zone *zone;
5524         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
5525         int nr_zones = 0;
5526
5527         do {
5528                 zone_type--;
5529                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
5530                 if (populated_zone(zone)) {
5531                         zoneref_set_zone(zone, &zonerefs[nr_zones++]);
5532                         check_highest_zone(zone_type);
5533                 }
5534         } while (zone_type);
5535
5536         return nr_zones;
5537 }
5538
5539 #ifdef CONFIG_NUMA
5540
5541 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
5542 {
5543         /*
5544          * We used to support different zonlists modes but they turned
5545          * out to be just not useful. Let's keep the warning in place
5546          * if somebody still use the cmd line parameter so that we do
5547          * not fail it silently
5548          */
5549         if (!(*s == 'd' || *s == 'D' || *s == 'n' || *s == 'N')) {
5550                 pr_warn("Ignoring unsupported numa_zonelist_order value:  %s\n", s);
5551                 return -EINVAL;
5552         }
5553         return 0;
5554 }
5555
5556 static __init int setup_numa_zonelist_order(char *s)
5557 {
5558         if (!s)
5559                 return 0;
5560
5561         return __parse_numa_zonelist_order(s);
5562 }
5563 early_param("numa_zonelist_order", setup_numa_zonelist_order);
5564
5565 char numa_zonelist_order[] = "Node";
5566
5567 /*
5568  * sysctl handler for numa_zonelist_order
5569  */
5570 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
5571                 void __user *buffer, size_t *length,
5572                 loff_t *ppos)
5573 {
5574         char *str;
5575         int ret;
5576
5577         if (!write)
5578                 return proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
5579         str = memdup_user_nul(buffer, 16);
5580         if (IS_ERR(str))
5581                 return PTR_ERR(str);
5582
5583         ret = __parse_numa_zonelist_order(str);
5584         kfree(str);
5585         return ret;
5586 }
5587
5588
5589 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
5590 static int node_load[MAX_NUMNODES];
5591
5592 /**
5593  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
5594  * @node: node whose fallback list we're appending
5595  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
5596  *
5597  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
5598  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
5599  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
5600  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
5601  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
5602  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
5603  * on them otherwise.
5604  *
5605  * Return: node id of the found node or %NUMA_NO_NODE if no node is found.
5606  */
5607 static int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
5608 {
5609         int n, val;
5610         int min_val = INT_MAX;
5611         int best_node = NUMA_NO_NODE;
5612         const struct cpumask *tmp = cpumask_of_node(0);
5613
5614         /* Use the local node if we haven't already */
5615         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
5616                 node_set(node, *used_node_mask);
5617                 return node;
5618         }
5619
5620         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
5621
5622                 /* Don't want a node to appear more than once */
5623                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
5624                         continue;
5625
5626                 /* Use the distance array to find the distance */
5627                 val = node_distance(node, n);
5628
5629                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
5630                 val += (n < node);
5631
5632                 /* Give preference to headless and unused nodes */
5633                 tmp = cpumask_of_node(n);
5634                 if (!cpumask_empty(tmp))
5635                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
5636
5637                 /* Slight preference for less loaded node */
5638                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
5639                 val += node_load[n];
5640
5641                 if (val < min_val) {
5642                         min_val = val;
5643                         best_node = n;
5644                 }
5645         }
5646
5647         if (best_node >= 0)
5648                 node_set(best_node, *used_node_mask);
5649
5650         return best_node;
5651 }
5652
5653
5654 /*
5655  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
5656  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
5657  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
5658  */
5659 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int *node_order,
5660                 unsigned nr_nodes)
5661 {
5662         struct zoneref *zonerefs;
5663         int i;
5664
5665         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
5666
5667         for (i = 0; i < nr_nodes; i++) {
5668                 int nr_zones;
5669
5670                 pg_data_t *node = NODE_DATA(node_order[i]);
5671
5672                 nr_zones = build_zonerefs_node(node, zonerefs);
5673                 zonerefs += nr_zones;
5674         }
5675         zonerefs->zone = NULL;
5676         zonerefs->zone_idx = 0;
5677 }
5678
5679 /*
5680  * Build gfp_thisnode zonelists
5681  */
5682 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5683 {
5684         struct zoneref *zonerefs;
5685         int nr_zones;
5686
5687         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_NOFALLBACK]._zonerefs;
5688         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
5689         zonerefs += nr_zones;
5690         zonerefs->zone = NULL;
5691         zonerefs->zone_idx = 0;
5692 }
5693
5694 /*
5695  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
5696  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
5697  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
5698  * may still exist in local DMA zone.
5699  */
5700
5701 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5702 {
5703         static int node_order[MAX_NUMNODES];
5704         int node, load, nr_nodes = 0;
5705         nodemask_t used_mask;
5706         int local_node, prev_node;
5707
5708         /* NUMA-aware ordering of nodes */
5709         local_node = pgdat->node_id;
5710         load = nr_online_nodes;
5711         prev_node = local_node;
5712         nodes_clear(used_mask);
5713
5714         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
5715         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
5716                 /*
5717                  * We don't want to pressure a particular node.
5718                  * So adding penalty to the first node in same
5719                  * distance group to make it round-robin.
5720                  */
5721                 if (node_distance(local_node, node) !=
5722                     node_distance(local_node, prev_node))
5723                         node_load[node] = load;
5724
5725                 node_order[nr_nodes++] = node;
5726                 prev_node = node;
5727                 load--;
5728         }
5729
5730         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node_order, nr_nodes);
5731         build_thisnode_zonelists(pgdat);
5732 }
5733
5734 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5735 /*
5736  * Return node id of node used for "local" allocations.
5737  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
5738  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
5739  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
5740  */
5741 int local_memory_node(int node)
5742 {
5743         struct zoneref *z;
5744
5745         z = first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
5746                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
5747                                    NULL);
5748         return zone_to_nid(z->zone);
5749 }
5750 #endif
5751
5752 static void setup_min_unmapped_ratio(void);
5753 static void setup_min_slab_ratio(void);
5754 #else   /* CONFIG_NUMA */
5755
5756 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5757 {
5758         int node, local_node;
5759         struct zoneref *zonerefs;
5760         int nr_zones;
5761
5762         local_node = pgdat->node_id;
5763
5764         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
5765         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
5766         zonerefs += nr_zones;
5767
5768         /*
5769          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
5770          * of all the other nodes.
5771          * We don't want to pressure a particular node, so when
5772          * building the zones for node N, we make sure that the
5773          * zones coming right after the local ones are those from
5774          * node N+1 (modulo N)
5775          */
5776         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
5777                 if (!node_online(node))
5778                         continue;
5779                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
5780                 zonerefs += nr_zones;
5781         }
5782         for (node = 0; node < local_node; node++) {
5783                 if (!node_online(node))
5784                         continue;
5785                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
5786                 zonerefs += nr_zones;
5787         }
5788
5789         zonerefs->zone = NULL;
5790         zonerefs->zone_idx = 0;
5791 }
5792
5793 #endif  /* CONFIG_NUMA */
5794
5795 /*
5796  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
5797  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
5798  * that an item put on a list will immediately be handed over to
5799  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
5800  * with interrupts disabled.
5801  *
5802  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
5803  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
5804  * hotplugged processors.
5805  *
5806  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
5807  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
5808  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
5809  */
5810 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch);
5811 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pageset, boot_pageset);
5812 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_nodestat, boot_nodestats);
5813
5814 static void __build_all_zonelists(void *data)
5815 {
5816         int nid;
5817         int __maybe_unused cpu;
5818         pg_data_t *self = data;
5819         unsigned long flags;
5820
5821         /*
5822          * Explicitly disable this CPU's interrupts before taking seqlock
5823          * to prevent any IRQ handler from calling into the page allocator
5824          * (e.g. GFP_ATOMIC) that could hit zonelist_iter_begin and livelock.
5825          */
5826         local_irq_save(flags);
5827         /*
5828          * Explicitly disable this CPU's synchronous printk() before taking
5829          * seqlock to prevent any printk() from trying to hold port->lock, for
5830          * tty_insert_flip_string_and_push_buffer() on other CPU might be
5831          * calling kmalloc(GFP_ATOMIC | __GFP_NOWARN) with port->lock held.
5832          */
5833         printk_deferred_enter();
5834         write_seqlock(&zonelist_update_seq);
5835
5836 #ifdef CONFIG_NUMA
5837         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
5838 #endif
5839
5840         /*
5841          * This node is hotadded and no memory is yet present.   So just
5842          * building zonelists is fine - no need to touch other nodes.
5843          */
5844         if (self && !node_online(self->node_id)) {
5845                 build_zonelists(self);
5846         } else {
5847                 for_each_online_node(nid) {
5848                         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5849
5850                         build_zonelists(pgdat);
5851                 }
5852
5853 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5854                 /*
5855                  * We now know the "local memory node" for each node--
5856                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
5857                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
5858                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
5859                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
5860                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
5861                  */
5862                 for_each_online_cpu(cpu)
5863                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
5864 #endif
5865         }
5866
5867         write_sequnlock(&zonelist_update_seq);
5868         printk_deferred_exit();
5869         local_irq_restore(flags);
5870 }
5871
5872 static noinline void __init
5873 build_all_zonelists_init(void)
5874 {
5875         int cpu;
5876
5877         __build_all_zonelists(NULL);
5878
5879         /*
5880          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
5881          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
5882          * each zone will be allocated later when the per cpu
5883          * allocator is available.
5884          *
5885          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
5886          * cpus if the system is already booted because the pagesets
5887          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
5888          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
5889          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
5890          * (a chicken-egg dilemma).
5891          */
5892         for_each_possible_cpu(cpu)
5893                 setup_pageset(&per_cpu(boot_pageset, cpu), 0);
5894
5895         mminit_verify_zonelist();
5896         cpuset_init_current_mems_allowed();
5897 }
5898
5899 /*
5900  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
5901  *
5902  * __ref due to call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
5903  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
5904  */
5905 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5906 {
5907         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
5908                 build_all_zonelists_init();
5909         } else {
5910                 __build_all_zonelists(pgdat);
5911                 /* cpuset refresh routine should be here */
5912         }
5913         vm_total_pages = nr_free_pagecache_pages();
5914         /*
5915          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
5916          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
5917          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
5918          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
5919          * disabled and enable it later
5920          */
5921         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
5922                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
5923         else
5924                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
5925
5926         pr_info("Built %u zonelists, mobility grouping %s.  Total pages: %ld\n",
5927                 nr_online_nodes,
5928                 page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
5929                 vm_total_pages);
5930 #ifdef CONFIG_NUMA
5931         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
5932 #endif
5933 }
5934
5935 /* If zone is ZONE_MOVABLE but memory is mirrored, it is an overlapped init */
5936 static bool __meminit
5937 overlap_memmap_init(unsigned long zone, unsigned long *pfn)
5938 {
5939 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5940         static struct memblock_region *r;
5941
5942         if (mirrored_kernelcore && zone == ZONE_MOVABLE) {
5943                 if (!r || *pfn >= memblock_region_memory_end_pfn(r)) {
5944                         for_each_memblock(memory, r) {
5945                                 if (*pfn < memblock_region_memory_end_pfn(r))
5946                                         break;
5947                         }
5948                 }
5949                 if (*pfn >= memblock_region_memory_base_pfn(r) &&
5950                     memblock_is_mirror(r)) {
5951                         *pfn = memblock_region_memory_end_pfn(r);
5952                         return true;
5953                 }
5954         }
5955 #endif
5956         return false;
5957 }
5958
5959 /*
5960  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
5961  * up by memblock_free_all() once the early boot process is
5962  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
5963  */
5964 void __meminit memmap_init_zone(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
5965                 unsigned long start_pfn, enum meminit_context context,
5966                 struct vmem_altmap *altmap)
5967 {
5968         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + size;
5969         struct page *page;
5970
5971         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
5972                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
5973
5974 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
5975         /*
5976          * Honor reservation requested by the driver for this ZONE_DEVICE
5977          * memory. We limit the total number of pages to initialize to just
5978          * those that might contain the memory mapping. We will defer the
5979          * ZONE_DEVICE page initialization until after we have released
5980          * the hotplug lock.
5981          */
5982         if (zone == ZONE_DEVICE) {
5983                 if (!altmap)
5984                         return;
5985
5986                 if (start_pfn == altmap->base_pfn)
5987                         start_pfn += altmap->reserve;
5988                 end_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
5989         }
5990 #endif
5991
5992         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
5993                 /*
5994                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s handed to this
5995                  * function.  They do not exist on hotplugged memory.
5996                  */
5997                 if (context == MEMINIT_EARLY) {
5998                         if (!early_pfn_valid(pfn))
5999                                 continue;
6000                         if (!early_pfn_in_nid(pfn, nid))
6001                                 continue;
6002                         if (overlap_memmap_init(zone, &pfn))
6003                                 continue;
6004                         if (defer_init(nid, pfn, end_pfn))
6005                                 break;
6006                 }
6007
6008                 page = pfn_to_page(pfn);
6009                 __init_single_page(page, pfn, zone, nid);
6010                 if (context == MEMINIT_HOTPLUG)
6011                         __SetPageReserved(page);
6012
6013                 /*
6014                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
6015                  * movable at startup. This will force kernel allocations
6016                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
6017                  * the address space during boot when many long-lived
6018                  * kernel allocations are made.
6019                  *
6020                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
6021                  * can be created for invalid pages (for alignment)
6022                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
6023                  * pfn out of zone.
6024                  */
6025                 if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1))) {
6026                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
6027                         cond_resched();
6028                 }
6029         }
6030 }
6031
6032 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
6033 void __ref memmap_init_zone_device(struct zone *zone,
6034                                    unsigned long start_pfn,
6035                                    unsigned long size,
6036                                    struct dev_pagemap *pgmap)
6037 {
6038         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + size;
6039         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
6040         struct vmem_altmap *altmap = pgmap_altmap(pgmap);
6041         unsigned long zone_idx = zone_idx(zone);
6042         unsigned long start = jiffies;
6043         int nid = pgdat->node_id;
6044
6045         if (WARN_ON_ONCE(!pgmap || zone_idx(zone) != ZONE_DEVICE))
6046                 return;
6047
6048         /*
6049          * The call to memmap_init_zone should have already taken care
6050          * of the pages reserved for the memmap, so we can just jump to
6051          * the end of that region and start processing the device pages.
6052          */
6053         if (altmap) {
6054                 start_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
6055                 size = end_pfn - start_pfn;
6056         }
6057
6058         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
6059                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
6060
6061                 __init_single_page(page, pfn, zone_idx, nid);
6062
6063                 /*
6064                  * Mark page reserved as it will need to wait for onlining
6065                  * phase for it to be fully associated with a zone.
6066                  *
6067                  * We can use the non-atomic __set_bit operation for setting
6068                  * the flag as we are still initializing the pages.
6069                  */
6070                 __SetPageReserved(page);
6071
6072                 /*
6073                  * ZONE_DEVICE pages union ->lru with a ->pgmap back pointer
6074                  * and zone_device_data.  It is a bug if a ZONE_DEVICE page is
6075                  * ever freed or placed on a driver-private list.
6076                  */
6077                 page->pgmap = pgmap;
6078                 page->zone_device_data = NULL;
6079
6080                 /*
6081                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
6082                  * movable at startup. This will force kernel allocations
6083                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
6084                  * the address space during boot when many long-lived
6085                  * kernel allocations are made.
6086                  *
6087                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
6088                  * can be created for invalid pages (for alignment)
6089                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
6090                  * pfn out of zone.
6091                  *
6092                  * Please note that MEMINIT_HOTPLUG path doesn't clear memmap
6093                  * because this is done early in section_activate()
6094                  */
6095                 if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1))) {
6096                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
6097                         cond_resched();
6098                 }
6099         }
6100
6101         pr_info("%s initialised %lu pages in %ums\n", __func__,
6102                 size, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
6103 }
6104
6105 #endif
6106 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
6107 {
6108         unsigned int order, t;
6109         for_each_migratetype_order(order, t) {
6110                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
6111                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
6112         }
6113 }
6114
6115 void __meminit __weak memmap_init(unsigned long size, int nid,
6116                                   unsigned long zone, unsigned long start_pfn)
6117 {
6118         memmap_init_zone(size, nid, zone, start_pfn, MEMINIT_EARLY, NULL);
6119 }
6120
6121 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
6122 {
6123 #ifdef CONFIG_MMU
6124         int batch;
6125
6126         /*
6127          * The per-cpu-pages pools are set to around 1000th of the
6128          * size of the zone.
6129          */
6130         batch = zone_managed_pages(zone) / 1024;
6131         /* But no more than a meg. */
6132         if (batch * PAGE_SIZE > 1024 * 1024)
6133                 batch = (1024 * 1024) / PAGE_SIZE;
6134         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
6135         if (batch < 1)
6136                 batch = 1;
6137
6138         /*
6139          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
6140          * of 2 value was found to be more likely to have
6141          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
6142          *
6143          * For example if 2 tasks are alternately allocating
6144          * batches of pages, one task can end up with a lot
6145          * of pages of one half of the possible page colors
6146          * and the other with pages of the other colors.
6147          */
6148         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
6149
6150         return batch;
6151
6152 #else
6153         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
6154          * conditions.
6155          *
6156          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
6157          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
6158          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
6159          *
6160          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
6161          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
6162          * can be a significant delay between the individual batches being
6163          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
6164          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
6165          */
6166         return 0;
6167 #endif
6168 }
6169
6170 /*
6171  * pcp->high and pcp->batch values are related and dependent on one another:
6172  * ->batch must never be higher then ->high.
6173  * The following function updates them in a safe manner without read side
6174  * locking.
6175  *
6176  * Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they can cope with
6177  * those fields changing asynchronously (acording the the above rule).
6178  *
6179  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
6180  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
6181  * exist).
6182  */
6183 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
6184                 unsigned long batch)
6185 {
6186        /* start with a fail safe value for batch */
6187         pcp->batch = 1;
6188         smp_wmb();
6189
6190        /* Update high, then batch, in order */
6191         pcp->high = high;
6192         smp_wmb();
6193
6194         pcp->batch = batch;
6195 }
6196
6197 /* a companion to pageset_set_high() */
6198 static void pageset_set_batch(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
6199 {
6200         pageset_update(&p->pcp, 6 * batch, max(1UL, 1 * batch));
6201 }
6202
6203 static void pageset_init(struct per_cpu_pageset *p)
6204 {
6205         struct per_cpu_pages *pcp;
6206         int migratetype;
6207
6208         memset(p, 0, sizeof(*p));
6209
6210         pcp = &p->pcp;
6211         for (migratetype = 0; migratetype < MIGRATE_PCPTYPES; migratetype++)
6212                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[migratetype]);
6213 }
6214
6215 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
6216 {
6217         pageset_init(p);
6218         pageset_set_batch(p, batch);
6219 }
6220
6221 /*
6222  * pageset_set_high() sets the high water mark for hot per_cpu_pagelist
6223  * to the value high for the pageset p.
6224  */
6225 static void pageset_set_high(struct per_cpu_pageset *p,
6226                                 unsigned long high)
6227 {
6228         unsigned long batch = max(1UL, high / 4);
6229         if ((high / 4) > (PAGE_SHIFT * 8))
6230                 batch = PAGE_SHIFT * 8;
6231
6232         pageset_update(&p->pcp, high, batch);
6233 }
6234
6235 static void pageset_set_high_and_batch(struct zone *zone,
6236                                        struct per_cpu_pageset *pcp)
6237 {
6238         if (percpu_pagelist_fraction)
6239                 pageset_set_high(pcp,
6240                         (zone_managed_pages(zone) /
6241                                 percpu_pagelist_fraction));
6242         else
6243                 pageset_set_batch(pcp, zone_batchsize(zone));
6244 }
6245
6246 static void __meminit zone_pageset_init(struct zone *zone, int cpu)
6247 {
6248         struct per_cpu_pageset *pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
6249
6250         pageset_init(pcp);
6251         pageset_set_high_and_batch(zone, pcp);
6252 }
6253
6254 void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
6255 {
6256         int cpu;
6257         zone->pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pageset);
6258         for_each_possible_cpu(cpu)
6259                 zone_pageset_init(zone, cpu);
6260 }
6261
6262 /*
6263  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
6264  * Before this call only boot pagesets were available.
6265  */
6266 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
6267 {
6268         struct pglist_data *pgdat;
6269         struct zone *zone;
6270
6271         for_each_populated_zone(zone)
6272                 setup_zone_pageset(zone);
6273
6274         for_each_online_pgdat(pgdat)
6275                 pgdat->per_cpu_nodestats =
6276                         alloc_percpu(struct per_cpu_nodestat);
6277 }
6278
6279 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
6280 {
6281         /*
6282          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
6283          * relies on the ability of the linker to provide the
6284          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
6285          */
6286         zone->pageset = &boot_pageset;
6287
6288         if (populated_zone(zone))
6289                 printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n",
6290                         zone->name, zone->present_pages,
6291                                          zone_batchsize(zone));
6292 }
6293
6294 void __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
6295                                         unsigned long zone_start_pfn,
6296                                         unsigned long size)
6297 {
6298         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
6299         int zone_idx = zone_idx(zone) + 1;
6300
6301         if (zone_idx > pgdat->nr_zones)
6302                 pgdat->nr_zones = zone_idx;
6303
6304         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
6305
6306         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
6307                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
6308                         pgdat->node_id,
6309                         (unsigned long)zone_idx(zone),
6310                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
6311
6312         zone_init_free_lists(zone);
6313         zone->initialized = 1;
6314 }
6315
6316 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
6317 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID
6318
6319 /*
6320  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
6321  */
6322 int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn,
6323                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
6324 {
6325         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6326         int nid;
6327
6328         if (state->last_start <= pfn && pfn < state->last_end)
6329                 return state->last_nid;
6330
6331         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
6332         if (nid != NUMA_NO_NODE) {
6333                 state->last_start = start_pfn;
6334                 state->last_end = end_pfn;
6335                 state->last_nid = nid;
6336         }
6337
6338         return nid;
6339 }
6340 #endif /* CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID */
6341
6342 /**
6343  * free_bootmem_with_active_regions - Call memblock_free_early_nid for each active range
6344  * @nid: The node to free memory on. If MAX_NUMNODES, all nodes are freed.
6345  * @max_low_pfn: The highest PFN that will be passed to memblock_free_early_nid
6346  *
6347  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes
6348  * and may be freed, this this function may be used instead of calling
6349  * memblock_free_early_nid() manually.
6350  */
6351 void __init free_bootmem_with_active_regions(int nid, unsigned long max_low_pfn)
6352 {
6353         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6354         int i, this_nid;
6355
6356         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid) {
6357                 start_pfn = min(start_pfn, max_low_pfn);
6358                 end_pfn = min(end_pfn, max_low_pfn);
6359
6360                 if (start_pfn < end_pfn)
6361                         memblock_free_early_nid(PFN_PHYS(start_pfn),
6362                                         (end_pfn - start_pfn) << PAGE_SHIFT,
6363                                         this_nid);
6364         }
6365 }
6366
6367 /**
6368  * sparse_memory_present_with_active_regions - Call memory_present for each active range
6369  * @nid: The node to call memory_present for. If MAX_NUMNODES, all nodes will be used.
6370  *
6371  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes and may
6372  * be freed, this function may be used instead of calling memory_present() manually.
6373  */
6374 void __init sparse_memory_present_with_active_regions(int nid)
6375 {
6376         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6377         int i, this_nid;
6378
6379         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid)
6380                 memory_present(this_nid, start_pfn, end_pfn);
6381 }
6382
6383 /**
6384  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
6385  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
6386  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
6387  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
6388  *
6389  * It returns the start and end page frame of a node based on information
6390  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
6391  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
6392  * PFNs will be 0.
6393  */
6394 void __init get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
6395                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
6396 {
6397         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
6398         int i;
6399
6400         *start_pfn = -1UL;
6401         *end_pfn = 0;
6402
6403         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
6404                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
6405                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
6406         }
6407
6408         if (*start_pfn == -1UL)
6409                 *start_pfn = 0;
6410 }
6411
6412 /*
6413  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
6414  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
6415  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
6416  */
6417 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
6418 {
6419         int zone_index;
6420         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
6421                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
6422                         continue;
6423
6424                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
6425                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
6426                         break;
6427         }
6428
6429         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
6430         movable_zone = zone_index;
6431 }
6432
6433 /*
6434  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
6435  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
6436  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
6437  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
6438  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
6439  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
6440  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
6441  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
6442  */
6443 static void __init adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
6444                                         unsigned long zone_type,
6445                                         unsigned long node_start_pfn,
6446                                         unsigned long node_end_pfn,
6447                                         unsigned long *zone_start_pfn,
6448                                         unsigned long *zone_end_pfn)
6449 {
6450         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
6451         if (zone_movable_pfn[nid]) {
6452                 /* Size ZONE_MOVABLE */
6453                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
6454                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
6455                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
6456                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
6457
6458                 /* Adjust for ZONE_MOVABLE starting within this range */
6459                 } else if (!mirrored_kernelcore &&
6460                         *zone_start_pfn < zone_movable_pfn[nid] &&
6461                         *zone_end_pfn > zone_movable_pfn[nid]) {
6462                         *zone_end_pfn = zone_movable_pfn[nid];
6463
6464                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
6465                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
6466                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
6467         }
6468 }
6469
6470 /*
6471  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
6472  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
6473  */
6474 static unsigned long __init zone_spanned_pages_in_node(int nid,
6475                                         unsigned long zone_type,
6476                                         unsigned long node_start_pfn,
6477                                         unsigned long node_end_pfn,
6478                                         unsigned long *zone_start_pfn,
6479                                         unsigned long *zone_end_pfn,
6480                                         unsigned long *ignored)
6481 {
6482         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
6483         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
6484         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
6485         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
6486                 return 0;
6487
6488         /* Get the start and end of the zone */
6489         *zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
6490         *zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
6491         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
6492                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
6493                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6494
6495         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
6496         if (*zone_end_pfn < node_start_pfn || *zone_start_pfn > node_end_pfn)
6497                 return 0;
6498
6499         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
6500         *zone_end_pfn = min(*zone_end_pfn, node_end_pfn);
6501         *zone_start_pfn = max(*zone_start_pfn, node_start_pfn);
6502
6503         /* Return the spanned pages */
6504         return *zone_end_pfn - *zone_start_pfn;
6505 }
6506
6507 /*
6508  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
6509  * then all holes in the requested range will be accounted for.
6510  */
6511 unsigned long __init __absent_pages_in_range(int nid,
6512                                 unsigned long range_start_pfn,
6513                                 unsigned long range_end_pfn)
6514 {
6515         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
6516         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6517         int i;
6518
6519         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
6520                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
6521                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
6522                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
6523         }
6524         return nr_absent;
6525 }
6526
6527 /**
6528  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
6529  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
6530  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
6531  *
6532  * Return: the number of pages frames in memory holes within a range.
6533  */
6534 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
6535                                                         unsigned long end_pfn)
6536 {
6537         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
6538 }
6539
6540 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
6541 static unsigned long __init zone_absent_pages_in_node(int nid,
6542                                         unsigned long zone_type,
6543                                         unsigned long node_start_pfn,
6544                                         unsigned long node_end_pfn,
6545                                         unsigned long *ignored)
6546 {
6547         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
6548         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
6549         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
6550         unsigned long nr_absent;
6551
6552         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
6553         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
6554                 return 0;
6555
6556         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
6557         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
6558
6559         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
6560                         node_start_pfn, node_end_pfn,
6561                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
6562         nr_absent = __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6563
6564         /*
6565          * ZONE_MOVABLE handling.
6566          * Treat pages to be ZONE_MOVABLE in ZONE_NORMAL as absent pages
6567          * and vice versa.
6568          */
6569         if (mirrored_kernelcore && zone_movable_pfn[nid]) {
6570                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
6571                 struct memblock_region *r;
6572
6573                 for_each_memblock(memory, r) {
6574                         start_pfn = clamp(memblock_region_memory_base_pfn(r),
6575                                           zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6576                         end_pfn = clamp(memblock_region_memory_end_pfn(r),
6577                                         zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6578
6579                         if (zone_type == ZONE_MOVABLE &&
6580                             memblock_is_mirror(r))
6581                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
6582
6583                         if (zone_type == ZONE_NORMAL &&
6584                             !memblock_is_mirror(r))
6585                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
6586                 }
6587         }
6588
6589         return nr_absent;
6590 }
6591
6592 #else /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6593 static inline unsigned long __init zone_spanned_pages_in_node(int nid,
6594                                         unsigned long zone_type,
6595                                         unsigned long node_start_pfn,
6596                                         unsigned long node_end_pfn,
6597                                         unsigned long *zone_start_pfn,
6598                                         unsigned long *zone_end_pfn,
6599                                         unsigned long *zones_size)
6600 {
6601         unsigned int zone;
6602
6603         *zone_start_pfn = node_start_pfn;
6604         for (zone = 0; zone < zone_type; zone++)
6605                 *zone_start_pfn += zones_size[zone];
6606
6607         *zone_end_pfn = *zone_start_pfn + zones_size[zone_type];
6608
6609         return zones_size[zone_type];
6610 }
6611
6612 static inline unsigned long __init zone_absent_pages_in_node(int nid,
6613                                                 unsigned long zone_type,
6614                                                 unsigned long node_start_pfn,
6615                                                 unsigned long node_end_pfn,
6616                                                 unsigned long *zholes_size)
6617 {
6618         if (!zholes_size)
6619                 return 0;
6620
6621         return zholes_size[zone_type];
6622 }
6623
6624 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6625
6626 static void __init calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
6627                                                 unsigned long node_start_pfn,
6628                                                 unsigned long node_end_pfn,
6629                                                 unsigned long *zones_size,
6630                                                 unsigned long *zholes_size)
6631 {
6632         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
6633         enum zone_type i;
6634
6635         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6636                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
6637                 unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
6638                 unsigned long size, real_size;
6639
6640                 size = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
6641                                                   node_start_pfn,
6642                                                   node_end_pfn,
6643                                                   &zone_start_pfn,
6644                                                   &zone_end_pfn,
6645                                                   zones_size);
6646                 real_size = size - zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
6647                                                   node_start_pfn, node_end_pfn,
6648                                                   zholes_size);
6649                 if (size)
6650                         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
6651                 else
6652                         zone->zone_start_pfn = 0;
6653                 zone->spanned_pages = size;
6654                 zone->present_pages = real_size;
6655
6656                 totalpages += size;
6657                 realtotalpages += real_size;
6658         }
6659
6660         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
6661         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
6662         printk(KERN_DEBUG "On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id,
6663                                                         realtotalpages);
6664 }
6665
6666 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
6667 /*
6668  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
6669  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
6670  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
6671  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
6672  * bytes.
6673  */
6674 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
6675 {
6676         unsigned long usemapsize;
6677
6678         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
6679         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
6680         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
6681         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
6682         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
6683
6684         return usemapsize / 8;
6685 }
6686
6687 static void __ref setup_usemap(struct pglist_data *pgdat,
6688                                 struct zone *zone,
6689                                 unsigned long zone_start_pfn,
6690                                 unsigned long zonesize)
6691 {
6692         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone_start_pfn, zonesize);
6693         zone->pageblock_flags = NULL;
6694         if (usemapsize) {
6695                 zone->pageblock_flags =
6696                         memblock_alloc_node(usemapsize, SMP_CACHE_BYTES,
6697                                             pgdat->node_id);
6698                 if (!zone->pageblock_flags)
6699                         panic("Failed to allocate %ld bytes for zone %s pageblock flags on node %d\n",
6700                               usemapsize, zone->name, pgdat->node_id);
6701         }
6702 }
6703 #else
6704 static inline void setup_usemap(struct pglist_data *pgdat, struct zone *zone,
6705                                 unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize) {}
6706 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
6707
6708 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
6709
6710 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
6711 void __init set_pageblock_order(void)
6712 {
6713         unsigned int order;
6714
6715         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
6716         if (pageblock_order)
6717                 return;
6718
6719         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT)
6720                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
6721         else
6722                 order = MAX_ORDER - 1;
6723
6724         /*
6725          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
6726          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
6727          * powerpc.
6728          */
6729         pageblock_order = order;
6730 }
6731 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
6732
6733 /*
6734  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
6735  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
6736  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
6737  * the kernel config
6738  */
6739 void __init set_pageblock_order(void)
6740 {
6741 }
6742
6743 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
6744
6745 static unsigned long __init calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
6746                                                 unsigned long present_pages)
6747 {
6748         unsigned long pages = spanned_pages;
6749
6750         /*
6751          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
6752          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
6753          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
6754          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
6755          * populated regions may not be naturally aligned on page boundary.
6756          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
6757          */
6758         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
6759             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
6760                 pages = present_pages;
6761
6762         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
6763 }
6764
6765 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
6766 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat)
6767 {
6768         struct deferred_split *ds_queue = &pgdat->deferred_split_queue;
6769
6770         spin_lock_init(&ds_queue->split_queue_lock);
6771         INIT_LIST_HEAD(&ds_queue->split_queue);
6772         ds_queue->split_queue_len = 0;
6773 }
6774 #else
6775 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat) {}
6776 #endif
6777
6778 #ifdef CONFIG_COMPACTION
6779 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat)
6780 {
6781         init_waitqueue_head(&pgdat->kcompactd_wait);
6782 }
6783 #else
6784 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat) {}
6785 #endif
6786
6787 static void __meminit pgdat_init_internals(struct pglist_data *pgdat)
6788 {
6789         pgdat_resize_init(pgdat);
6790
6791         pgdat_init_split_queue(pgdat);
6792         pgdat_init_kcompactd(pgdat);
6793
6794         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
6795         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
6796
6797         pgdat_page_ext_init(pgdat);
6798         spin_lock_init(&pgdat->lru_lock);
6799         lruvec_init(node_lruvec(pgdat));
6800 }
6801
6802 static void __meminit zone_init_internals(struct zone *zone, enum zone_type idx, int nid,
6803                                                         unsigned long remaining_pages)
6804 {
6805         atomic_long_set(&zone->managed_pages, remaining_pages);
6806         zone_set_nid(zone, nid);
6807         zone->name = zone_names[idx];
6808         zone->zone_pgdat = NODE_DATA(nid);
6809         spin_lock_init(&zone->lock);
6810         zone_seqlock_init(zone);
6811         zone_pcp_init(zone);
6812 }
6813
6814 /*
6815  * Set up the zone data structures
6816  * - init pgdat internals
6817  * - init all zones belonging to this node
6818  *
6819  * NOTE: this function is only called during memory hotplug
6820  */
6821 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
6822 void __ref free_area_init_core_hotplug(int nid)
6823 {
6824         enum zone_type z;
6825         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6826
6827         pgdat_init_internals(pgdat);
6828         for (z = 0; z < MAX_NR_ZONES; z++)
6829                 zone_init_internals(&pgdat->node_zones[z], z, nid, 0);
6830 }
6831 #endif
6832
6833 /*
6834  * Set up the zone data structures:
6835  *   - mark all pages reserved
6836  *   - mark all memory queues empty
6837  *   - clear the memory bitmaps
6838  *
6839  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
6840  * NOTE: this function is only called during early init.
6841  */
6842 static void __init free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat)
6843 {
6844         enum zone_type j;
6845         int nid = pgdat->node_id;
6846
6847         pgdat_init_internals(pgdat);
6848         pgdat->per_cpu_nodestats = &boot_nodestats;
6849
6850         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6851                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
6852                 unsigned long size, freesize, memmap_pages;
6853                 unsigned long zone_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
6854
6855                 size = zone->spanned_pages;
6856                 freesize = zone->present_pages;
6857
6858                 /*
6859                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
6860                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
6861                  * and per-cpu initialisations
6862                  */
6863                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, freesize);
6864                 if (!is_highmem_idx(j)) {
6865                         if (freesize >= memmap_pages) {
6866                                 freesize -= memmap_pages;
6867                                 if (memmap_pages)
6868                                         printk(KERN_DEBUG
6869                                                "  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
6870                                                zone_names[j], memmap_pages);
6871                         } else
6872                                 pr_warn("  %s zone: %lu pages exceeds freesize %lu\n",
6873                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
6874                 }
6875
6876                 /* Account for reserved pages */
6877                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
6878                         freesize -= dma_reserve;
6879                         printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages reserved\n",
6880                                         zone_names[0], dma_reserve);
6881                 }
6882
6883                 if (!is_highmem_idx(j))
6884                         nr_kernel_pages += freesize;
6885                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
6886                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
6887                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
6888                 nr_all_pages += freesize;
6889
6890                 /*
6891                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
6892                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
6893                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
6894                  */
6895                 zone_init_internals(zone, j, nid, freesize);
6896
6897                 if (!size)
6898                         continue;
6899
6900                 set_pageblock_order();
6901                 setup_usemap(pgdat, zone, zone_start_pfn, size);
6902                 init_currently_empty_zone(zone, zone_start_pfn, size);
6903                 memmap_init(size, nid, j, zone_start_pfn);
6904         }
6905 }
6906
6907 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
6908 static void __ref alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
6909 {
6910         unsigned long __maybe_unused start = 0;
6911         unsigned long __maybe_unused offset = 0;
6912
6913         /* Skip empty nodes */
6914         if (!pgdat->node_spanned_pages)
6915                 return;
6916
6917         start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
6918         offset = pgdat->node_start_pfn - start;
6919         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
6920         if (!pgdat->node_mem_map) {
6921                 unsigned long size, end;
6922                 struct page *map;
6923
6924                 /*
6925                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
6926                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
6927                  * for the buddy allocator to function correctly.
6928                  */
6929                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
6930                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
6931                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
6932                 map = memblock_alloc_node(size, SMP_CACHE_BYTES,
6933                                           pgdat->node_id);
6934                 if (!map)
6935                         panic("Failed to allocate %ld bytes for node %d memory map\n",
6936                               size, pgdat->node_id);
6937                 pgdat->node_mem_map = map + offset;
6938         }
6939         pr_debug("%s: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
6940                                 __func__, pgdat->node_id, (unsigned long)pgdat,
6941                                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
6942 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
6943         /*
6944          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
6945          */
6946         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
6947                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
6948 #if defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP) || defined(CONFIG_FLATMEM)
6949                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
6950                         mem_map -= offset;
6951 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6952         }
6953 #endif
6954 }
6955 #else
6956 static void __ref alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat) { }
6957 #endif /* CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
6958
6959 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
6960 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat)
6961 {
6962         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
6963 }
6964 #else
6965 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat) {}
6966 #endif
6967
6968 void __init free_area_init_node(int nid, unsigned long *zones_size,
6969                                    unsigned long node_start_pfn,
6970                                    unsigned long *zholes_size)
6971 {
6972         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6973         unsigned long start_pfn = 0;
6974         unsigned long end_pfn = 0;
6975
6976         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
6977         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->kswapd_classzone_idx);
6978
6979         pgdat->node_id = nid;
6980         pgdat->node_start_pfn = node_start_pfn;
6981         pgdat->per_cpu_nodestats = NULL;
6982 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
6983         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
6984         pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
6985                 (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
6986                 end_pfn ? ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1 : 0);
6987 #else
6988         start_pfn = node_start_pfn;
6989 #endif
6990         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn,
6991                                   zones_size, zholes_size);
6992
6993         alloc_node_mem_map(pgdat);
6994         pgdat_set_deferred_range(pgdat);
6995
6996         free_area_init_core(pgdat);
6997 }
6998
6999 #if !defined(CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP)
7000 /*
7001  * Zero all valid struct pages in range [spfn, epfn), return number of struct
7002  * pages zeroed
7003  */
7004 static u64 zero_pfn_range(unsigned long spfn, unsigned long epfn)
7005 {
7006         unsigned long pfn;
7007         u64 pgcnt = 0;
7008
7009         for (pfn = spfn; pfn < epfn; pfn++) {
7010                 if (!pfn_valid(ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages))) {
7011                         pfn = ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages)
7012                                 + pageblock_nr_pages - 1;
7013                         continue;
7014                 }
7015                 mm_zero_struct_page(pfn_to_page(pfn));
7016                 pgcnt++;
7017         }
7018
7019         return pgcnt;
7020 }
7021
7022 /*
7023  * Only struct pages that are backed by physical memory are zeroed and
7024  * initialized by going through __init_single_page(). But, there are some
7025  * struct pages which are reserved in memblock allocator and their fields
7026  * may be accessed (for example page_to_pfn() on some configuration accesses
7027  * flags). We must explicitly zero those struct pages.
7028  *
7029  * This function also addresses a similar issue where struct pages are left
7030  * uninitialized because the physical address range is not covered by
7031  * memblock.memory or memblock.reserved. That could happen when memblock
7032  * layout is manually configured via memmap=, or when the highest physical
7033  * address (max_pfn) does not end on a section boundary.
7034  */
7035 void __init zero_resv_unavail(void)
7036 {
7037         phys_addr_t start, end;
7038         u64 i, pgcnt;
7039         phys_addr_t next = 0;
7040
7041         /*
7042          * Loop through unavailable ranges not covered by memblock.memory.
7043          */
7044         pgcnt = 0;
7045         for_each_mem_range(i, &memblock.memory, NULL,
7046                         NUMA_NO_NODE, MEMBLOCK_NONE, &start, &end, NULL) {
7047                 if (next < start)
7048                         pgcnt += zero_pfn_range(PFN_DOWN(next), PFN_UP(start));
7049                 next = end;
7050         }
7051
7052         /*
7053          * Early sections always have a fully populated memmap for the whole
7054          * section - see pfn_valid(). If the last section has holes at the
7055          * end and that section is marked "online", the memmap will be
7056          * considered initialized. Make sure that memmap has a well defined
7057          * state.
7058          */
7059         pgcnt += zero_pfn_range(PFN_DOWN(next),
7060                                 round_up(max_pfn, PAGES_PER_SECTION));
7061
7062         /*
7063          * Struct pages that do not have backing memory. This could be because
7064          * firmware is using some of this memory, or for some other reasons.
7065          */
7066         if (pgcnt)
7067                 pr_info("Zeroed struct page in unavailable ranges: %lld pages", pgcnt);
7068 }
7069 #endif /* !CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
7070
7071 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
7072
7073 #if MAX_NUMNODES > 1
7074 /*
7075  * Figure out the number of possible node ids.
7076  */
7077 void __init setup_nr_node_ids(void)
7078 {
7079         unsigned int highest;
7080
7081         highest = find_last_bit(node_possible_map.bits, MAX_NUMNODES);
7082         nr_node_ids = highest + 1;
7083 }
7084 #endif
7085
7086 /**
7087  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
7088  *
7089  * This function should be called after node map is populated and sorted.
7090  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
7091  * all the nodes.
7092  *
7093  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
7094  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
7095  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
7096  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
7097  *
7098  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
7099  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
7100  * populated node map.
7101  *
7102  * Return: the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
7103  * requirement (single node).
7104  */
7105 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
7106 {
7107         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
7108         unsigned long start, end, mask;
7109         int last_nid = NUMA_NO_NODE;
7110         int i, nid;
7111
7112         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
7113                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
7114                         last_nid = nid;
7115                         last_end = end;
7116                         continue;
7117                 }
7118
7119                 /*
7120                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
7121                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
7122                  * too coarse to separate the current node from the last.
7123                  */
7124                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
7125                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
7126                         mask <<= 1;
7127
7128                 /* accumulate all internode masks */
7129                 accl_mask |= mask;
7130         }
7131
7132         /* convert mask to number of pages */
7133         return ~accl_mask + 1;
7134 }
7135
7136 /* Find the lowest pfn for a node */
7137 static unsigned long __init find_min_pfn_for_node(int nid)
7138 {
7139         unsigned long min_pfn = ULONG_MAX;
7140         unsigned long start_pfn;
7141         int i;
7142
7143         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, NULL, NULL)
7144                 min_pfn = min(min_pfn, start_pfn);
7145
7146         if (min_pfn == ULONG_MAX) {
7147                 pr_warn("Could not find start_pfn for node %d\n", nid);
7148                 return 0;
7149         }
7150
7151         return min_pfn;
7152 }
7153
7154 /**
7155  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
7156  *
7157  * Return: the minimum PFN based on information provided via
7158  * memblock_set_node().
7159  */
7160 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
7161 {
7162         return find_min_pfn_for_node(MAX_NUMNODES);
7163 }
7164
7165 /*
7166  * early_calculate_totalpages()
7167  * Sum pages in active regions for movable zone.
7168  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
7169  */
7170 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
7171 {
7172         unsigned long totalpages = 0;
7173         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7174         int i, nid;
7175
7176         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
7177                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
7178
7179                 totalpages += pages;
7180                 if (pages)
7181                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
7182         }
7183         return totalpages;
7184 }
7185
7186 /*
7187  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
7188  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
7189  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
7190  * others
7191  */
7192 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
7193 {
7194         int i, nid;
7195         unsigned long usable_startpfn;
7196         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
7197         /* save the state before borrow the nodemask */
7198         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
7199         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
7200         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
7201         struct memblock_region *r;
7202
7203         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
7204         find_usable_zone_for_movable();
7205
7206         /*
7207          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
7208          * options.
7209          */
7210         if (movable_node_is_enabled()) {
7211                 for_each_memblock(memory, r) {
7212                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
7213                                 continue;
7214
7215                         nid = r->nid;
7216
7217                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
7218                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
7219                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
7220                                 usable_startpfn;
7221                 }
7222
7223                 goto out2;
7224         }
7225
7226         /*
7227          * If kernelcore=mirror is specified, ignore movablecore option
7228          */
7229         if (mirrored_kernelcore) {
7230                 bool mem_below_4gb_not_mirrored = false;
7231
7232                 for_each_memblock(memory, r) {
7233                         if (memblock_is_mirror(r))
7234                                 continue;
7235
7236                         nid = r->nid;
7237
7238                         usable_startpfn = memblock_region_memory_base_pfn(r);
7239
7240                         if (usable_startpfn < 0x100000) {
7241                                 mem_below_4gb_not_mirrored = true;
7242                                 continue;
7243                         }
7244
7245                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
7246                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
7247                                 usable_startpfn;
7248                 }
7249
7250                 if (mem_below_4gb_not_mirrored)
7251                         pr_warn("This configuration results in unmirrored kernel memory.");
7252
7253                 goto out2;
7254         }
7255
7256         /*
7257          * If kernelcore=nn% or movablecore=nn% was specified, calculate the
7258          * amount of necessary memory.
7259          */
7260         if (required_kernelcore_percent)
7261                 required_kernelcore = (totalpages * 100 * required_kernelcore_percent) /
7262                                        10000UL;
7263         if (required_movablecore_percent)
7264                 required_movablecore = (totalpages * 100 * required_movablecore_percent) /
7265                                         10000UL;
7266
7267         /*
7268          * If movablecore= was specified, calculate what size of
7269          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
7270          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
7271          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
7272          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
7273          * what movablecore would have allowed.
7274          */
7275         if (required_movablecore) {
7276                 unsigned long corepages;
7277
7278                 /*
7279                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
7280                  * was requested by the user
7281                  */
7282                 required_movablecore =
7283                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
7284                 required_movablecore = min(totalpages, required_movablecore);
7285                 corepages = totalpages - required_movablecore;
7286
7287                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
7288         }
7289
7290         /*
7291          * If kernelcore was not specified or kernelcore size is larger
7292          * than totalpages, there is no ZONE_MOVABLE.
7293          */
7294         if (!required_kernelcore || required_kernelcore >= totalpages)
7295                 goto out;
7296
7297         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
7298         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
7299
7300 restart:
7301         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
7302         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
7303         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
7304                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
7305
7306                 /*
7307                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
7308                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
7309                  * amount of memory for the kernel
7310                  */
7311                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
7312                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
7313
7314                 /*
7315                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
7316                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
7317                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
7318                  */
7319                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
7320
7321                 /* Go through each range of PFNs within this node */
7322                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
7323                         unsigned long size_pages;
7324
7325                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
7326                         if (start_pfn >= end_pfn)
7327                                 continue;
7328
7329                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
7330                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
7331                                 unsigned long kernel_pages;
7332                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
7333                                                                 - start_pfn;
7334
7335                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
7336                                                         kernelcore_remaining);
7337                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
7338                                                         required_kernelcore);
7339
7340                                 /* Continue if range is now fully accounted */
7341                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
7342
7343                                         /*
7344                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
7345                                          * that if we have to rebalance
7346                                          * kernelcore across nodes, we will
7347                                          * not double account here
7348                                          */
7349                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
7350                                         continue;
7351                                 }
7352                                 start_pfn = usable_startpfn;
7353                         }
7354
7355                         /*
7356                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
7357                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
7358                          * number of pages used as kernelcore
7359                          */
7360                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
7361                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
7362                                 size_pages = kernelcore_remaining;
7363                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
7364
7365                         /*
7366                          * Some kernelcore has been met, update counts and
7367                          * break if the kernelcore for this node has been
7368                          * satisfied
7369                          */
7370                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
7371                                                                 size_pages);
7372                         kernelcore_remaining -= size_pages;
7373                         if (!kernelcore_remaining)
7374                                 break;
7375                 }
7376         }
7377
7378         /*
7379          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
7380          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
7381          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
7382          * satisfied
7383          */
7384         usable_nodes--;
7385         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
7386                 goto restart;
7387
7388 out2:
7389         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
7390         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++) {
7391                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
7392
7393                 zone_movable_pfn[nid] =
7394                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
7395
7396                 get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
7397                 if (zone_movable_pfn[nid] >= end_pfn)
7398                         zone_movable_pfn[nid] = 0;
7399         }
7400
7401 out:
7402         /* restore the node_state */
7403         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
7404 }
7405
7406 /* Any regular or high memory on that node ? */
7407 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
7408 {
7409         enum zone_type zone_type;
7410
7411         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
7412                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
7413                 if (populated_zone(zone)) {
7414                         if (IS_ENABLED(CONFIG_HIGHMEM))
7415                                 node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
7416                         if (zone_type <= ZONE_NORMAL)
7417                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
7418                         break;
7419                 }
7420         }
7421 }
7422
7423 /**
7424  * free_area_init_nodes - Initialise all pg_data_t and zone data
7425  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
7426  *
7427  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
7428  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
7429  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
7430  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
7431  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
7432  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
7433  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
7434  * at arch_max_dma_pfn.
7435  */
7436 void __init free_area_init_nodes(unsigned long *max_zone_pfn)
7437 {
7438         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7439         int i, nid;
7440
7441         /* Record where the zone boundaries are */
7442         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
7443                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
7444         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
7445                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
7446
7447         start_pfn = find_min_pfn_with_active_regions();
7448
7449         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7450                 if (i == ZONE_MOVABLE)
7451                         continue;
7452
7453                 end_pfn = max(max_zone_pfn[i], start_pfn);
7454                 arch_zone_lowest_possible_pfn[i] = start_pfn;
7455                 arch_zone_highest_possible_pfn[i] = end_pfn;
7456
7457                 start_pfn = end_pfn;
7458         }
7459
7460         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
7461         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
7462         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
7463
7464         /* Print out the zone ranges */
7465         pr_info("Zone ranges:\n");
7466         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7467                 if (i == ZONE_MOVABLE)
7468                         continue;
7469                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
7470                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
7471                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
7472                         pr_cont("empty\n");
7473                 else
7474                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
7475                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
7476                                         << PAGE_SHIFT,
7477                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
7478                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
7479         }
7480
7481         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
7482         pr_info("Movable zone start for each node\n");
7483         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
7484                 if (zone_movable_pfn[i])
7485                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
7486                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
7487         }
7488
7489         /*
7490          * Print out the early node map, and initialize the
7491          * subsection-map relative to active online memory ranges to
7492          * enable future "sub-section" extensions of the memory map.
7493          */
7494         pr_info("Early memory node ranges\n");
7495         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
7496                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
7497                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
7498                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
7499                 subsection_map_init(start_pfn, end_pfn - start_pfn);
7500         }
7501
7502         /* Initialise every node */
7503         mminit_verify_pageflags_layout();
7504         setup_nr_node_ids();
7505         zero_resv_unavail();
7506         for_each_online_node(nid) {
7507                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
7508                 free_area_init_node(nid, NULL,
7509                                 find_min_pfn_for_node(nid), NULL);
7510
7511                 /* Any memory on that node */
7512                 if (pgdat->node_present_pages)
7513                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
7514                 check_for_memory(pgdat, nid);
7515         }
7516 }
7517
7518 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core,
7519                                      unsigned long *percent)
7520 {
7521         unsigned long long coremem;
7522         char *endptr;
7523
7524         if (!p)
7525                 return -EINVAL;
7526
7527         /* Value may be a percentage of total memory, otherwise bytes */
7528         coremem = simple_strtoull(p, &endptr, 0);
7529         if (*endptr == '%') {
7530                 /* Paranoid check for percent values greater than 100 */
7531                 WARN_ON(coremem > 100);
7532
7533                 *percent = coremem;
7534         } else {
7535                 coremem = memparse(p, &p);
7536                 /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
7537                 WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
7538
7539                 *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
7540                 *percent = 0UL;
7541         }
7542         return 0;
7543 }
7544
7545 /*
7546  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
7547  * cannot be reclaimed or migrated.
7548  */
7549 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
7550 {
7551         /* parse kernelcore=mirror */
7552         if (parse_option_str(p, "mirror")) {
7553                 mirrored_kernelcore = true;
7554                 return 0;
7555         }
7556
7557         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore,
7558                                   &required_kernelcore_percent);
7559 }
7560
7561 /*
7562  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
7563  * can be reclaimed or migrated.
7564  */
7565 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
7566 {
7567         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore,
7568                                   &required_movablecore_percent);
7569 }
7570
7571 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
7572 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
7573
7574 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
7575
7576 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
7577 {
7578         atomic_long_add(count, &page_zone(page)->managed_pages);
7579         totalram_pages_add(count);
7580 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
7581         if (PageHighMem(page))
7582                 totalhigh_pages_add(count);
7583 #endif
7584 }
7585 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
7586
7587 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, const char *s)
7588 {
7589         void *pos;
7590         unsigned long pages = 0;
7591
7592         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
7593         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
7594         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
7595                 struct page *page = virt_to_page(pos);
7596                 void *direct_map_addr;
7597
7598                 /*
7599                  * 'direct_map_addr' might be different from 'pos'
7600                  * because some architectures' virt_to_page()
7601                  * work with aliases.  Getting the direct map
7602                  * address ensures that we get a _writeable_
7603                  * alias for the memset().
7604                  */
7605                 direct_map_addr = page_address(page);
7606                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
7607                         memset(direct_map_addr, poison, PAGE_SIZE);
7608
7609                 free_reserved_page(page);
7610         }
7611
7612         if (pages && s)
7613                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK\n",
7614                         s, pages << (PAGE_SHIFT - 10));
7615
7616         return pages;
7617 }
7618
7619 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7620 void free_highmem_page(struct page *page)
7621 {
7622         __free_reserved_page(page);
7623         totalram_pages_inc();
7624         atomic_long_inc(&page_zone(page)->managed_pages);
7625         totalhigh_pages_inc();
7626 }
7627 #endif
7628
7629
7630 void __init mem_init_print_info(const char *str)
7631 {
7632         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
7633         unsigned long init_code_size, init_data_size;
7634
7635         physpages = get_num_physpages();
7636         codesize = _etext - _stext;
7637         datasize = _edata - _sdata;
7638         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
7639         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
7640         init_data_size = __init_end - __init_begin;
7641         init_code_size = _einittext - _sinittext;
7642
7643         /*
7644          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
7645          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
7646          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
7647          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
7648          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
7649          */
7650 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
7651         do { \
7652                 if (&start[0] <= &pos[0] && &pos[0] < &end[0] && size > adj) \
7653                         size -= adj; \
7654         } while (0)
7655
7656         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
7657                      _sinittext, init_code_size);
7658         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
7659         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
7660         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
7661         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
7662
7663 #undef  adj_init_size
7664
7665         pr_info("Memory: %luK/%luK available (%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, %luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
7666 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7667                 ", %luK highmem"
7668 #endif
7669                 "%s%s)\n",
7670                 nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
7671                 physpages << (PAGE_SHIFT - 10),
7672                 codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
7673                 (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
7674                 (physpages - totalram_pages() - totalcma_pages) << (PAGE_SHIFT - 10),
7675                 totalcma_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
7676 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7677                 totalhigh_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
7678 #endif
7679                 str ? ", " : "", str ? str : "");
7680 }
7681
7682 /**
7683  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
7684  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
7685  *
7686  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by managed_pages.
7687  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
7688  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
7689  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
7690  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
7691  * smaller per-cpu batchsize.
7692  */
7693 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
7694 {
7695         dma_reserve = new_dma_reserve;
7696 }
7697
7698 void __init free_area_init(unsigned long *zones_size)
7699 {
7700         zero_resv_unavail();
7701         free_area_init_node(0, zones_size,
7702                         __pa(PAGE_OFFSET) >> PAGE_SHIFT, NULL);
7703 }
7704
7705 static int page_alloc_cpu_dead(unsigned int cpu)
7706 {
7707
7708         lru_add_drain_cpu(cpu);
7709         drain_pages(cpu);
7710
7711         /*
7712          * Spill the event counters of the dead processor
7713          * into the current processors event counters.
7714          * This artificially elevates the count of the current
7715          * processor.
7716          */
7717         vm_events_fold_cpu(cpu);
7718
7719         /*
7720          * Zero the differential counters of the dead processor
7721          * so that the vm statistics are consistent.
7722          *
7723          * This is only okay since the processor is dead and cannot
7724          * race with what we are doing.
7725          */
7726         cpu_vm_stats_fold(cpu);
7727         return 0;
7728 }
7729
7730 #ifdef CONFIG_NUMA
7731 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
7732
7733 static int __init set_hashdist(char *str)
7734 {
7735         if (!str)
7736                 return 0;
7737         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
7738         return 1;
7739 }
7740 __setup("hashdist=", set_hashdist);
7741 #endif
7742
7743 void __init page_alloc_init(void)
7744 {
7745         int ret;
7746
7747 #ifdef CONFIG_NUMA
7748         if (num_node_state(N_MEMORY) == 1)
7749                 hashdist = 0;
7750 #endif
7751
7752         ret = cpuhp_setup_state_nocalls(CPUHP_PAGE_ALLOC_DEAD,
7753                                         "mm/page_alloc:dead", NULL,
7754                                         page_alloc_cpu_dead);
7755         WARN_ON(ret < 0);
7756 }
7757
7758 /*
7759  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
7760  *      or min_free_kbytes changes.
7761  */
7762 static void calculate_totalreserve_pages(void)
7763 {
7764         struct pglist_data *pgdat;
7765         unsigned long reserve_pages = 0;
7766         enum zone_type i, j;
7767
7768         for_each_online_pgdat(pgdat) {
7769
7770                 pgdat->totalreserve_pages = 0;
7771
7772                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7773                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
7774                         long max = 0;
7775                         unsigned long managed_pages = zone_managed_pages(zone);
7776
7777                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
7778                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
7779                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
7780                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
7781                         }
7782
7783                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
7784                         max += high_wmark_pages(zone);
7785
7786                         if (max > managed_pages)
7787                                 max = managed_pages;
7788
7789                         pgdat->totalreserve_pages += max;
7790
7791                         reserve_pages += max;
7792                 }
7793         }
7794         totalreserve_pages = reserve_pages;
7795 }
7796
7797 /*
7798  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
7799  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
7800  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
7801  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
7802  */
7803 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
7804 {
7805         struct pglist_data *pgdat;
7806         enum zone_type j, idx;
7807
7808         for_each_online_pgdat(pgdat) {
7809                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
7810                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
7811                         unsigned long managed_pages = zone_managed_pages(zone);
7812
7813                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
7814
7815                         idx = j;
7816                         while (idx) {
7817                                 struct zone *lower_zone;
7818
7819                                 idx--;
7820                                 lower_zone = pgdat->node_zones + idx;
7821
7822                                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] < 1) {
7823                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] = 0;
7824                                         lower_zone->lowmem_reserve[j] = 0;
7825                                 } else {
7826                                         lower_zone->lowmem_reserve[j] =
7827                                                 managed_pages / sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx];
7828                                 }
7829                                 managed_pages += zone_managed_pages(lower_zone);
7830                         }
7831                 }
7832         }
7833
7834         /* update totalreserve_pages */
7835         calculate_totalreserve_pages();
7836 }
7837
7838 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
7839 {
7840         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
7841         unsigned long lowmem_pages = 0;
7842         struct zone *zone;
7843         unsigned long flags;
7844
7845         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
7846         for_each_zone(zone) {
7847                 if (!is_highmem(zone))
7848                         lowmem_pages += zone_managed_pages(zone);
7849         }
7850
7851         for_each_zone(zone) {
7852                 u64 tmp;
7853
7854                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7855                 tmp = (u64)pages_min * zone_managed_pages(zone);
7856                 do_div(tmp, lowmem_pages);
7857                 if (is_highmem(zone)) {
7858                         /*
7859                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
7860                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
7861                          * value here.
7862                          *
7863                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
7864                          * deltas control async page reclaim, and so should
7865                          * not be capped for highmem.
7866                          */
7867                         unsigned long min_pages;
7868
7869                         min_pages = zone_managed_pages(zone) / 1024;
7870                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
7871                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
7872                 } else {
7873                         /*
7874                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
7875                          * proportionate to the zone's size.
7876                          */
7877                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = tmp;
7878                 }
7879
7880                 /*
7881                  * Set the kswapd watermarks distance according to the
7882                  * scale factor in proportion to available memory, but
7883                  * ensure a minimum size on small systems.
7884                  */
7885                 tmp = max_t(u64, tmp >> 2,
7886                             mult_frac(zone_managed_pages(zone),
7887                                       watermark_scale_factor, 10000));
7888
7889                 zone->_watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + tmp;
7890                 zone->_watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) + tmp * 2;
7891                 zone->watermark_boost = 0;
7892
7893                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7894         }
7895
7896         /* update totalreserve_pages */
7897         calculate_totalreserve_pages();
7898 }
7899
7900 /**
7901  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
7902  * or when memory is hot-{added|removed}
7903  *
7904  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
7905  * correctly with respect to min_free_kbytes.
7906  */
7907 void setup_per_zone_wmarks(void)
7908 {
7909         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
7910
7911         spin_lock(&lock);
7912         __setup_per_zone_wmarks();
7913         spin_unlock(&lock);
7914 }
7915
7916 /*
7917  * Initialise min_free_kbytes.
7918  *
7919  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
7920  * we want it large (64MB max).  But it is not linear, because network
7921  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
7922  *
7923  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
7924  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
7925  *
7926  * which yields
7927  *
7928  * 16MB:        512k
7929  * 32MB:        724k
7930  * 64MB:        1024k
7931  * 128MB:       1448k
7932  * 256MB:       2048k
7933  * 512MB:       2896k
7934  * 1024MB:      4096k
7935  * 2048MB:      5792k
7936  * 4096MB:      8192k
7937  * 8192MB:      11584k
7938  * 16384MB:     16384k
7939  */
7940 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
7941 {
7942         unsigned long lowmem_kbytes;
7943         int new_min_free_kbytes;
7944
7945         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
7946         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
7947
7948         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes) {
7949                 min_free_kbytes = new_min_free_kbytes;
7950                 if (min_free_kbytes < 128)
7951                         min_free_kbytes = 128;
7952                 if (min_free_kbytes > 65536)
7953                         min_free_kbytes = 65536;
7954         } else {
7955                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
7956                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
7957         }
7958         setup_per_zone_wmarks();
7959         refresh_zone_stat_thresholds();
7960         setup_per_zone_lowmem_reserve();
7961
7962 #ifdef CONFIG_NUMA
7963         setup_min_unmapped_ratio();
7964         setup_min_slab_ratio();
7965 #endif
7966
7967         khugepaged_min_free_kbytes_update();
7968
7969         return 0;
7970 }
7971 postcore_initcall(init_per_zone_wmark_min)
7972
7973 /*
7974  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
7975  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
7976  *      changes.
7977  */
7978 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7979         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7980 {
7981         int rc;
7982
7983         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7984         if (rc)
7985                 return rc;
7986
7987         if (write) {
7988                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
7989                 setup_per_zone_wmarks();
7990         }
7991         return 0;
7992 }
7993
7994 int watermark_boost_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7995         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7996 {
7997         int rc;
7998
7999         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8000         if (rc)
8001                 return rc;
8002
8003         return 0;
8004 }
8005
8006 int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8007         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8008 {
8009         int rc;
8010
8011         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8012         if (rc)
8013                 return rc;
8014
8015         if (write)
8016                 setup_per_zone_wmarks();
8017
8018         return 0;
8019 }
8020
8021 #ifdef CONFIG_NUMA
8022 static void setup_min_unmapped_ratio(void)
8023 {
8024         pg_data_t *pgdat;
8025         struct zone *zone;
8026
8027         for_each_online_pgdat(pgdat)
8028                 pgdat->min_unmapped_pages = 0;
8029
8030         for_each_zone(zone)
8031                 zone->zone_pgdat->min_unmapped_pages += (zone_managed_pages(zone) *
8032                                                          sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
8033 }
8034
8035
8036 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8037         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8038 {
8039         int rc;
8040
8041         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8042         if (rc)
8043                 return rc;
8044
8045         setup_min_unmapped_ratio();
8046
8047         return 0;
8048 }
8049
8050 static void setup_min_slab_ratio(void)
8051 {
8052         pg_data_t *pgdat;
8053         struct zone *zone;
8054
8055         for_each_online_pgdat(pgdat)
8056                 pgdat->min_slab_pages = 0;
8057
8058         for_each_zone(zone)
8059                 zone->zone_pgdat->min_slab_pages += (zone_managed_pages(zone) *
8060                                                      sysctl_min_slab_ratio) / 100;
8061 }
8062
8063 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8064         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8065 {
8066         int rc;
8067
8068         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8069         if (rc)
8070                 return rc;
8071
8072         setup_min_slab_ratio();
8073
8074         return 0;
8075 }
8076 #endif
8077
8078 /*
8079  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
8080  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
8081  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
8082  *
8083  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
8084  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
8085  * if in function of the boot time zone sizes.
8086  */
8087 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8088         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8089 {
8090         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8091         setup_per_zone_lowmem_reserve();
8092         return 0;
8093 }
8094
8095 /*
8096  * percpu_pagelist_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
8097  * cpu.  It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
8098  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
8099  */
8100 int percpu_pagelist_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8101         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8102 {
8103         struct zone *zone;
8104         int old_percpu_pagelist_fraction;
8105         int ret;
8106
8107         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
8108         old_percpu_pagelist_fraction = percpu_pagelist_fraction;
8109
8110         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8111         if (!write || ret < 0)
8112                 goto out;
8113
8114         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
8115         if (percpu_pagelist_fraction &&
8116             percpu_pagelist_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION) {
8117                 percpu_pagelist_fraction = old_percpu_pagelist_fraction;
8118                 ret = -EINVAL;
8119                 goto out;
8120         }
8121
8122         /* No change? */
8123         if (percpu_pagelist_fraction == old_percpu_pagelist_fraction)
8124                 goto out;
8125
8126         for_each_populated_zone(zone) {
8127                 unsigned int cpu;
8128
8129                 for_each_possible_cpu(cpu)
8130                         pageset_set_high_and_batch(zone,
8131                                         per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
8132         }
8133 out:
8134         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
8135         return ret;
8136 }
8137
8138 #ifndef __HAVE_ARCH_RESERVED_KERNEL_PAGES
8139 /*
8140  * Returns the number of pages that arch has reserved but
8141  * is not known to alloc_large_system_hash().
8142  */
8143 static unsigned long __init arch_reserved_kernel_pages(void)
8144 {
8145         return 0;
8146 }
8147 #endif
8148
8149 /*
8150  * Adaptive scale is meant to reduce sizes of hash tables on large memory
8151  * machines. As memory size is increased the scale is also increased but at
8152  * slower pace.  Starting from ADAPT_SCALE_BASE (64G), every time memory
8153  * quadruples the scale is increased by one, which means the size of hash table
8154  * only doubles, instead of quadrupling as well.
8155  * Because 32-bit systems cannot have large physical memory, where this scaling
8156  * makes sense, it is disabled on such platforms.
8157  */
8158 #if __BITS_PER_LONG > 32
8159 #define ADAPT_SCALE_BASE        (64ul << 30)
8160 #define ADAPT_SCALE_SHIFT       2
8161 #define ADAPT_SCALE_NPAGES      (ADAPT_SCALE_BASE >> PAGE_SHIFT)
8162 #endif
8163
8164 /*
8165  * allocate a large system hash table from bootmem
8166  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
8167  *   quantity of entries
8168  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
8169  */
8170 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
8171                                      unsigned long bucketsize,
8172                                      unsigned long numentries,
8173                                      int scale,
8174                                      int flags,
8175                                      unsigned int *_hash_shift,
8176                                      unsigned int *_hash_mask,
8177                                      unsigned long low_limit,
8178                                      unsigned long high_limit)
8179 {
8180         unsigned long long max = high_limit;
8181         unsigned long log2qty, size;
8182         void *table = NULL;
8183         gfp_t gfp_flags;
8184         bool virt;
8185
8186         /* allow the kernel cmdline to have a say */
8187         if (!numentries) {
8188                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
8189                 numentries = nr_kernel_pages;
8190                 numentries -= arch_reserved_kernel_pages();
8191
8192                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
8193                 if (PAGE_SHIFT < 20)
8194                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
8195
8196 #if __BITS_PER_LONG > 32
8197                 if (!high_limit) {
8198                         unsigned long adapt;
8199
8200                         for (adapt = ADAPT_SCALE_NPAGES; adapt < numentries;
8201                              adapt <<= ADAPT_SCALE_SHIFT)
8202                                 scale++;
8203                 }
8204 #endif
8205
8206                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
8207                 if (scale > PAGE_SHIFT)
8208                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
8209                 else
8210                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
8211
8212                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
8213                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
8214                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
8215                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
8216                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
8217                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
8218                                 BUG_ON(!numentries);
8219                         }
8220                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
8221                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
8222         }
8223         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
8224
8225         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
8226         if (max == 0) {
8227                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
8228                 do_div(max, bucketsize);
8229         }
8230         max = min(max, 0x80000000ULL);
8231
8232         if (numentries < low_limit)
8233                 numentries = low_limit;
8234         if (numentries > max)
8235                 numentries = max;
8236
8237         log2qty = ilog2(numentries);
8238
8239         gfp_flags = (flags & HASH_ZERO) ? GFP_ATOMIC | __GFP_ZERO : GFP_ATOMIC;
8240         do {
8241                 virt = false;
8242                 size = bucketsize << log2qty;
8243                 if (flags & HASH_EARLY) {
8244                         if (flags & HASH_ZERO)
8245                                 table = memblock_alloc(size, SMP_CACHE_BYTES);
8246                         else
8247                                 table = memblock_alloc_raw(size,
8248                                                            SMP_CACHE_BYTES);
8249                 } else if (get_order(size) >= MAX_ORDER || hashdist) {
8250                         table = __vmalloc(size, gfp_flags, PAGE_KERNEL);
8251                         virt = true;
8252                 } else {
8253                         /*
8254                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
8255                          * some pages at the end of hash table which
8256                          * alloc_pages_exact() automatically does
8257                          */
8258                         table = alloc_pages_exact(size, gfp_flags);
8259                         kmemleak_alloc(table, size, 1, gfp_flags);
8260                 }
8261         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
8262
8263         if (!table)
8264                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
8265
8266         pr_info("%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes, %s)\n",
8267                 tablename, 1UL << log2qty, ilog2(size) - PAGE_SHIFT, size,
8268                 virt ? "vmalloc" : "linear");
8269
8270         if (_hash_shift)
8271                 *_hash_shift = log2qty;
8272         if (_hash_mask)
8273                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
8274
8275         return table;
8276 }
8277
8278 /*
8279  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
8280  * If @count is not zero, it is okay to include less @count unmovable pages
8281  *
8282  * PageLRU check without isolation or lru_lock could race so that
8283  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. And __PageMovable
8284  * check without lock_page also may miss some movable non-lru pages at
8285  * race condition. So you can't expect this function should be exact.
8286  */
8287 bool has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page, int count,
8288                          int migratetype, int flags)
8289 {
8290         unsigned long found;
8291         unsigned long iter = 0;
8292         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8293         const char *reason = "unmovable page";
8294
8295         /*
8296          * TODO we could make this much more efficient by not checking every
8297          * page in the range if we know all of them are in MOVABLE_ZONE and
8298          * that the movable zone guarantees that pages are migratable but
8299          * the later is not the case right now unfortunatelly. E.g. movablecore
8300          * can still lead to having bootmem allocations in zone_movable.
8301          */
8302
8303         if (is_migrate_cma_page(page)) {
8304                 /*
8305                  * CMA allocations (alloc_contig_range) really need to mark
8306                  * isolate CMA pageblocks even when they are not movable in fact
8307                  * so consider them movable here.
8308                  */
8309                 if (is_migrate_cma(migratetype))
8310                         return false;
8311
8312                 reason = "CMA page";
8313                 goto unmovable;
8314         }
8315
8316         for (found = 0; iter < pageblock_nr_pages; iter++) {
8317                 unsigned long check = pfn + iter;
8318
8319                 if (!pfn_valid_within(check))
8320                         continue;
8321
8322                 page = pfn_to_page(check);
8323
8324                 if (PageReserved(page))
8325                         goto unmovable;
8326
8327                 /*
8328                  * If the zone is movable and we have ruled out all reserved
8329                  * pages then it should be reasonably safe to assume the rest
8330                  * is movable.
8331                  */
8332                 if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
8333                         continue;
8334
8335                 /*
8336                  * Hugepages are not in LRU lists, but they're movable.
8337                  * We need not scan over tail pages because we don't
8338                  * handle each tail page individually in migration.
8339                  */
8340                 if (PageHuge(page)) {
8341                         struct page *head = compound_head(page);
8342                         unsigned int skip_pages;
8343
8344                         if (!hugepage_migration_supported(page_hstate(head)))
8345                                 goto unmovable;
8346
8347                         skip_pages = compound_nr(head) - (page - head);
8348                         iter += skip_pages - 1;
8349                         continue;
8350                 }
8351
8352                 /*
8353                  * We can't use page_count without pin a page
8354                  * because another CPU can free compound page.
8355                  * This check already skips compound tails of THP
8356                  * because their page->_refcount is zero at all time.
8357                  */
8358                 if (!page_ref_count(page)) {
8359                         if (PageBuddy(page))
8360                                 iter += (1 << page_order(page)) - 1;
8361                         continue;
8362                 }
8363
8364                 /*
8365                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
8366                  * page_count() is not 0.
8367                  */
8368                 if ((flags & SKIP_HWPOISON) && PageHWPoison(page))
8369                         continue;
8370
8371                 if (__PageMovable(page))
8372                         continue;
8373
8374                 if (!PageLRU(page))
8375                         found++;
8376                 /*
8377                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check
8378                  * it.  But now, memory offline itself doesn't call
8379                  * shrink_node_slabs() and it still to be fixed.
8380                  */
8381                 /*
8382                  * If the page is not RAM, page_count()should be 0.
8383                  * we don't need more check. This is an _used_ not-movable page.
8384                  *
8385                  * The problematic thing here is PG_reserved pages. PG_reserved
8386                  * is set to both of a memory hole page and a _used_ kernel
8387                  * page at boot.
8388                  */
8389                 if (found > count)
8390                         goto unmovable;
8391         }
8392         return false;
8393 unmovable:
8394         WARN_ON_ONCE(zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE);
8395         if (flags & REPORT_FAILURE)
8396                 dump_page(pfn_to_page(pfn + iter), reason);
8397         return true;
8398 }
8399
8400 #ifdef CONFIG_CONTIG_ALLOC
8401 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
8402 {
8403         return pfn & ~(max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
8404                              pageblock_nr_pages) - 1);
8405 }
8406
8407 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
8408 {
8409         return ALIGN(pfn, max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
8410                                 pageblock_nr_pages));
8411 }
8412
8413 /* [start, end) must belong to a single zone. */
8414 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
8415                                         unsigned long start, unsigned long end)
8416 {
8417         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
8418         unsigned long nr_reclaimed;
8419         unsigned long pfn = start;
8420         unsigned int tries = 0;
8421         int ret = 0;
8422
8423         migrate_prep();
8424
8425         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
8426                 if (fatal_signal_pending(current)) {
8427                         ret = -EINTR;
8428                         break;
8429                 }
8430
8431                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
8432                         cc->nr_migratepages = 0;
8433                         pfn = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
8434                         if (!pfn) {
8435                                 ret = -EINTR;
8436                                 break;
8437                         }
8438                         tries = 0;
8439                 } else if (++tries == 5) {
8440                         ret = ret < 0 ? ret : -EBUSY;
8441                         break;
8442                 }
8443
8444                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
8445                                                         &cc->migratepages);
8446                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
8447
8448                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migrate_target,
8449                                     NULL, 0, cc->mode, MR_CONTIG_RANGE);
8450         }
8451         if (ret < 0) {
8452                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
8453                 return ret;
8454         }
8455         return 0;
8456 }
8457
8458 /**
8459  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
8460  * @start:      start PFN to allocate
8461  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
8462  * @migratetype:        migratetype of the underlaying pageblocks (either
8463  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
8464  *                      in range must have the same migratetype and it must
8465  *                      be either of the two.
8466  * @gfp_mask:   GFP mask to use during compaction
8467  *
8468  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
8469  * aligned.  The PFN range must belong to a single zone.
8470  *
8471  * The first thing this routine does is attempt to MIGRATE_ISOLATE all
8472  * pageblocks in the range.  Once isolated, the pageblocks should not
8473  * be modified by others.
8474  *
8475  * Return: zero on success or negative error code.  On success all
8476  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
8477  * need to be freed with free_contig_range().
8478  */
8479 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
8480                        unsigned migratetype, gfp_t gfp_mask)
8481 {
8482         unsigned long outer_start, outer_end;
8483         unsigned int order;
8484         int ret = 0;
8485
8486         struct compact_control cc = {
8487                 .nr_migratepages = 0,
8488                 .order = -1,
8489                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
8490                 .mode = MIGRATE_SYNC,
8491                 .ignore_skip_hint = true,
8492                 .no_set_skip_hint = true,
8493                 .gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask),
8494         };
8495         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
8496
8497         /*
8498          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
8499          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
8500          * have different sizes, and due to the way page allocator
8501          * work, we align the range to biggest of the two pages so
8502          * that page allocator won't try to merge buddies from
8503          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
8504          * other migration type.
8505          *
8506          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
8507          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
8508          * we are interested in).  This will put all the pages in
8509          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
8510          *
8511          * When this is done, we take the pages in range from page
8512          * allocator removing them from the buddy system.  This way
8513          * page allocator will never consider using them.
8514          *
8515          * This lets us mark the pageblocks back as
8516          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
8517          * aligned range but not in the unaligned, original range are
8518          * put back to page allocator so that buddy can use them.
8519          */
8520
8521         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
8522                                        pfn_max_align_up(end), migratetype, 0);
8523         if (ret < 0)
8524                 return ret;
8525
8526         /*
8527          * In case of -EBUSY, we'd like to know which page causes problem.
8528          * So, just fall through. test_pages_isolated() has a tracepoint
8529          * which will report the busy page.
8530          *
8531          * It is possible that busy pages could become available before
8532          * the call to test_pages_isolated, and the range will actually be
8533          * allocated.  So, if we fall through be sure to clear ret so that
8534          * -EBUSY is not accidentally used or returned to caller.
8535          */
8536         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
8537         if (ret && ret != -EBUSY)
8538                 goto done;
8539         ret =0;
8540
8541         /*
8542          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
8543          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
8544          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
8545          * What we are going to do is to allocate all pages from
8546          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
8547          *
8548          * The only problem is that pages at the beginning and at the
8549          * end of interesting range may be not aligned with pages that
8550          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
8551          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
8552          * once this is done free the pages we are not interested in.
8553          *
8554          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
8555          * isolated thus they won't get removed from buddy.
8556          */
8557
8558         lru_add_drain_all();
8559
8560         order = 0;
8561         outer_start = start;
8562         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
8563                 if (++order >= MAX_ORDER) {
8564                         outer_start = start;
8565                         break;
8566                 }
8567                 outer_start &= ~0UL << order;
8568         }
8569
8570         if (outer_start != start) {
8571                 order = page_order(pfn_to_page(outer_start));
8572
8573                 /*
8574                  * outer_start page could be small order buddy page and
8575                  * it doesn't include start page. Adjust outer_start
8576                  * in this case to report failed page properly
8577                  * on tracepoint in test_pages_isolated()
8578                  */
8579                 if (outer_start + (1UL << order) <= start)
8580                         outer_start = start;
8581         }
8582
8583         /* Make sure the range is really isolated. */
8584         if (test_pages_isolated(outer_start, end, false)) {
8585                 pr_info_ratelimited("%s: [%lx, %lx) PFNs busy\n",
8586                         __func__, outer_start, end);
8587                 ret = -EBUSY;
8588                 goto done;
8589         }
8590
8591         /* Grab isolated pages from freelists. */
8592         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
8593         if (!outer_end) {
8594                 ret = -EBUSY;
8595                 goto done;
8596         }
8597
8598         /* Free head and tail (if any) */
8599         if (start != outer_start)
8600                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
8601         if (end != outer_end)
8602                 free_contig_range(end, outer_end - end);
8603
8604 done:
8605         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
8606                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
8607         return ret;
8608 }
8609 #endif /* CONFIG_CONTIG_ALLOC */
8610
8611 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned int nr_pages)
8612 {
8613         unsigned int count = 0;
8614
8615         for (; nr_pages--; pfn++) {
8616                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
8617
8618                 count += page_count(page) != 1;
8619                 __free_page(page);
8620         }
8621         WARN(count != 0, "%d pages are still in use!\n", count);
8622 }
8623
8624 /*
8625  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
8626  * page high values need to be recalulated.
8627  */
8628 void __meminit zone_pcp_update(struct zone *zone)
8629 {
8630         unsigned cpu;
8631         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
8632         for_each_possible_cpu(cpu)
8633                 pageset_set_high_and_batch(zone,
8634                                 per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
8635         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
8636 }
8637
8638 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
8639 {
8640         unsigned long flags;
8641         int cpu;
8642         struct per_cpu_pageset *pset;
8643
8644         /* avoid races with drain_pages()  */
8645         local_irq_save(flags);
8646         if (zone->pageset != &boot_pageset) {
8647                 for_each_online_cpu(cpu) {
8648                         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
8649                         drain_zonestat(zone, pset);
8650                 }
8651                 free_percpu(zone->pageset);
8652                 zone->pageset = &boot_pageset;
8653         }
8654         local_irq_restore(flags);
8655 }
8656
8657 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
8658 /*
8659  * All pages in the range must be in a single zone and isolated
8660  * before calling this.
8661  */
8662 unsigned long
8663 __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
8664 {
8665         struct page *page;
8666         struct zone *zone;
8667         unsigned int order, i;
8668         unsigned long pfn;
8669         unsigned long flags;
8670         unsigned long offlined_pages = 0;
8671
8672         /* find the first valid pfn */
8673         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++)
8674                 if (pfn_valid(pfn))
8675                         break;
8676         if (pfn == end_pfn)
8677                 return offlined_pages;
8678
8679         offline_mem_sections(pfn, end_pfn);
8680         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
8681         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8682         pfn = start_pfn;
8683         while (pfn < end_pfn) {
8684                 if (!pfn_valid(pfn)) {
8685                         pfn++;
8686                         continue;
8687                 }
8688                 page = pfn_to_page(pfn);
8689                 /*
8690                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
8691                  * page_count() is not 0.
8692                  */
8693                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
8694                         pfn++;
8695                         SetPageReserved(page);
8696                         offlined_pages++;
8697                         continue;
8698                 }
8699
8700                 BUG_ON(page_count(page));
8701                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
8702                 order = page_order(page);
8703                 offlined_pages += 1 << order;
8704 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
8705                 pr_info("remove from free list %lx %d %lx\n",
8706                         pfn, 1 << order, end_pfn);
8707 #endif
8708                 del_page_from_free_area(page, &zone->free_area[order]);
8709                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
8710                         SetPageReserved((page+i));
8711                 pfn += (1 << order);
8712         }
8713         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8714
8715         return offlined_pages;
8716 }
8717 #endif
8718
8719 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
8720 {
8721         struct zone *zone = page_zone(page);
8722         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8723         unsigned long flags;
8724         unsigned int order;
8725
8726         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8727         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
8728                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
8729
8730                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order)
8731                         break;
8732         }
8733         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8734
8735         return order < MAX_ORDER;
8736 }
8737
8738 #ifdef CONFIG_MEMORY_FAILURE
8739 /*
8740  * Set PG_hwpoison flag if a given page is confirmed to be a free page.  This
8741  * test is performed under the zone lock to prevent a race against page
8742  * allocation.
8743  */
8744 bool set_hwpoison_free_buddy_page(struct page *page)
8745 {
8746         struct zone *zone = page_zone(page);
8747         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8748         unsigned long flags;
8749         unsigned int order;
8750         bool hwpoisoned = false;
8751
8752         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8753         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
8754                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
8755
8756                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order) {
8757                         if (!TestSetPageHWPoison(page))
8758                                 hwpoisoned = true;
8759                         break;
8760                 }
8761         }
8762         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8763
8764         return hwpoisoned;
8765 }
8766 #endif
8767
8768 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
8769 bool has_managed_dma(void)
8770 {
8771         struct pglist_data *pgdat;
8772
8773         for_each_online_pgdat(pgdat) {
8774                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[ZONE_DMA];
8775
8776                 if (managed_zone(zone))
8777                         return true;
8778         }
8779         return false;
8780 }
8781 #endif /* CONFIG_ZONE_DMA */