248469134962c320b42ad6ae3e492d7e92f433b2
[sfrench/cifs-2.6.git] / mm / page_alloc.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
2 /*
3  *  linux/mm/page_alloc.c
4  *
5  *  Manages the free list, the system allocates free pages here.
6  *  Note that kmalloc() lives in slab.c
7  *
8  *  Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
9  *  Swap reorganised 29.12.95, Stephen Tweedie
10  *  Support of BIGMEM added by Gerhard Wichert, Siemens AG, July 1999
11  *  Reshaped it to be a zoned allocator, Ingo Molnar, Red Hat, 1999
12  *  Discontiguous memory support, Kanoj Sarcar, SGI, Nov 1999
13  *  Zone balancing, Kanoj Sarcar, SGI, Jan 2000
14  *  Per cpu hot/cold page lists, bulk allocation, Martin J. Bligh, Sept 2002
15  *          (lots of bits borrowed from Ingo Molnar & Andrew Morton)
16  */
17
18 #include <linux/stddef.h>
19 #include <linux/mm.h>
20 #include <linux/highmem.h>
21 #include <linux/swap.h>
22 #include <linux/swapops.h>
23 #include <linux/interrupt.h>
24 #include <linux/pagemap.h>
25 #include <linux/jiffies.h>
26 #include <linux/memblock.h>
27 #include <linux/compiler.h>
28 #include <linux/kernel.h>
29 #include <linux/kasan.h>
30 #include <linux/module.h>
31 #include <linux/suspend.h>
32 #include <linux/pagevec.h>
33 #include <linux/blkdev.h>
34 #include <linux/slab.h>
35 #include <linux/ratelimit.h>
36 #include <linux/oom.h>
37 #include <linux/topology.h>
38 #include <linux/sysctl.h>
39 #include <linux/cpu.h>
40 #include <linux/cpuset.h>
41 #include <linux/memory_hotplug.h>
42 #include <linux/nodemask.h>
43 #include <linux/vmalloc.h>
44 #include <linux/vmstat.h>
45 #include <linux/mempolicy.h>
46 #include <linux/memremap.h>
47 #include <linux/stop_machine.h>
48 #include <linux/random.h>
49 #include <linux/sort.h>
50 #include <linux/pfn.h>
51 #include <linux/backing-dev.h>
52 #include <linux/fault-inject.h>
53 #include <linux/page-isolation.h>
54 #include <linux/debugobjects.h>
55 #include <linux/kmemleak.h>
56 #include <linux/compaction.h>
57 #include <trace/events/kmem.h>
58 #include <trace/events/oom.h>
59 #include <linux/prefetch.h>
60 #include <linux/mm_inline.h>
61 #include <linux/mmu_notifier.h>
62 #include <linux/migrate.h>
63 #include <linux/hugetlb.h>
64 #include <linux/sched/rt.h>
65 #include <linux/sched/mm.h>
66 #include <linux/page_owner.h>
67 #include <linux/page_table_check.h>
68 #include <linux/kthread.h>
69 #include <linux/memcontrol.h>
70 #include <linux/ftrace.h>
71 #include <linux/lockdep.h>
72 #include <linux/nmi.h>
73 #include <linux/psi.h>
74 #include <linux/padata.h>
75 #include <linux/khugepaged.h>
76 #include <linux/buffer_head.h>
77 #include <linux/delayacct.h>
78 #include <asm/sections.h>
79 #include <asm/tlbflush.h>
80 #include <asm/div64.h>
81 #include "internal.h"
82 #include "shuffle.h"
83 #include "page_reporting.h"
84 #include "swap.h"
85
86 /* Free Page Internal flags: for internal, non-pcp variants of free_pages(). */
87 typedef int __bitwise fpi_t;
88
89 /* No special request */
90 #define FPI_NONE                ((__force fpi_t)0)
91
92 /*
93  * Skip free page reporting notification for the (possibly merged) page.
94  * This does not hinder free page reporting from grabbing the page,
95  * reporting it and marking it "reported" -  it only skips notifying
96  * the free page reporting infrastructure about a newly freed page. For
97  * example, used when temporarily pulling a page from a freelist and
98  * putting it back unmodified.
99  */
100 #define FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY  ((__force fpi_t)BIT(0))
101
102 /*
103  * Place the (possibly merged) page to the tail of the freelist. Will ignore
104  * page shuffling (relevant code - e.g., memory onlining - is expected to
105  * shuffle the whole zone).
106  *
107  * Note: No code should rely on this flag for correctness - it's purely
108  *       to allow for optimizations when handing back either fresh pages
109  *       (memory onlining) or untouched pages (page isolation, free page
110  *       reporting).
111  */
112 #define FPI_TO_TAIL             ((__force fpi_t)BIT(1))
113
114 /*
115  * Don't poison memory with KASAN (only for the tag-based modes).
116  * During boot, all non-reserved memblock memory is exposed to page_alloc.
117  * Poisoning all that memory lengthens boot time, especially on systems with
118  * large amount of RAM. This flag is used to skip that poisoning.
119  * This is only done for the tag-based KASAN modes, as those are able to
120  * detect memory corruptions with the memory tags assigned by default.
121  * All memory allocated normally after boot gets poisoned as usual.
122  */
123 #define FPI_SKIP_KASAN_POISON   ((__force fpi_t)BIT(2))
124
125 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
126 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
127 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_HIGH_FRACTION (8)
128
129 struct pagesets {
130         local_lock_t lock;
131 };
132 static DEFINE_PER_CPU(struct pagesets, pagesets) = {
133         .lock = INIT_LOCAL_LOCK(lock),
134 };
135
136 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
137 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
138 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
139 #endif
140
141 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(vm_numa_stat_key);
142
143 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
144 /*
145  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
146  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
147  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
148  * defined in <linux/topology.h>.
149  */
150 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
151 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
152 #endif
153
154 /* work_structs for global per-cpu drains */
155 struct pcpu_drain {
156         struct zone *zone;
157         struct work_struct work;
158 };
159 static DEFINE_MUTEX(pcpu_drain_mutex);
160 static DEFINE_PER_CPU(struct pcpu_drain, pcpu_drain);
161
162 #ifdef CONFIG_GCC_PLUGIN_LATENT_ENTROPY
163 volatile unsigned long latent_entropy __latent_entropy;
164 EXPORT_SYMBOL(latent_entropy);
165 #endif
166
167 /*
168  * Array of node states.
169  */
170 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
171         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
172         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
173 #ifndef CONFIG_NUMA
174         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
175 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
176         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
177 #endif
178         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
179         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
180 #endif  /* NUMA */
181 };
182 EXPORT_SYMBOL(node_states);
183
184 atomic_long_t _totalram_pages __read_mostly;
185 EXPORT_SYMBOL(_totalram_pages);
186 unsigned long totalreserve_pages __read_mostly;
187 unsigned long totalcma_pages __read_mostly;
188
189 int percpu_pagelist_high_fraction;
190 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
191 DEFINE_STATIC_KEY_MAYBE(CONFIG_INIT_ON_ALLOC_DEFAULT_ON, init_on_alloc);
192 EXPORT_SYMBOL(init_on_alloc);
193
194 DEFINE_STATIC_KEY_MAYBE(CONFIG_INIT_ON_FREE_DEFAULT_ON, init_on_free);
195 EXPORT_SYMBOL(init_on_free);
196
197 static bool _init_on_alloc_enabled_early __read_mostly
198                                 = IS_ENABLED(CONFIG_INIT_ON_ALLOC_DEFAULT_ON);
199 static int __init early_init_on_alloc(char *buf)
200 {
201
202         return kstrtobool(buf, &_init_on_alloc_enabled_early);
203 }
204 early_param("init_on_alloc", early_init_on_alloc);
205
206 static bool _init_on_free_enabled_early __read_mostly
207                                 = IS_ENABLED(CONFIG_INIT_ON_FREE_DEFAULT_ON);
208 static int __init early_init_on_free(char *buf)
209 {
210         return kstrtobool(buf, &_init_on_free_enabled_early);
211 }
212 early_param("init_on_free", early_init_on_free);
213
214 /*
215  * A cached value of the page's pageblock's migratetype, used when the page is
216  * put on a pcplist. Used to avoid the pageblock migratetype lookup when
217  * freeing from pcplists in most cases, at the cost of possibly becoming stale.
218  * Also the migratetype set in the page does not necessarily match the pcplist
219  * index, e.g. page might have MIGRATE_CMA set but be on a pcplist with any
220  * other index - this ensures that it will be put on the correct CMA freelist.
221  */
222 static inline int get_pcppage_migratetype(struct page *page)
223 {
224         return page->index;
225 }
226
227 static inline void set_pcppage_migratetype(struct page *page, int migratetype)
228 {
229         page->index = migratetype;
230 }
231
232 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
233 /*
234  * The following functions are used by the suspend/hibernate code to temporarily
235  * change gfp_allowed_mask in order to avoid using I/O during memory allocations
236  * while devices are suspended.  To avoid races with the suspend/hibernate code,
237  * they should always be called with system_transition_mutex held
238  * (gfp_allowed_mask also should only be modified with system_transition_mutex
239  * held, unless the suspend/hibernate code is guaranteed not to run in parallel
240  * with that modification).
241  */
242
243 static gfp_t saved_gfp_mask;
244
245 void pm_restore_gfp_mask(void)
246 {
247         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
248         if (saved_gfp_mask) {
249                 gfp_allowed_mask = saved_gfp_mask;
250                 saved_gfp_mask = 0;
251         }
252 }
253
254 void pm_restrict_gfp_mask(void)
255 {
256         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
257         WARN_ON(saved_gfp_mask);
258         saved_gfp_mask = gfp_allowed_mask;
259         gfp_allowed_mask &= ~(__GFP_IO | __GFP_FS);
260 }
261
262 bool pm_suspended_storage(void)
263 {
264         if ((gfp_allowed_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
265                 return false;
266         return true;
267 }
268 #endif /* CONFIG_PM_SLEEP */
269
270 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
271 unsigned int pageblock_order __read_mostly;
272 #endif
273
274 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order,
275                             fpi_t fpi_flags);
276
277 /*
278  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
279  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
280  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
281  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
282  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
283  *      HIGHMEM allocation will leave (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
284  *
285  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
286  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
287  */
288 int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES] = {
289 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
290         [ZONE_DMA] = 256,
291 #endif
292 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
293         [ZONE_DMA32] = 256,
294 #endif
295         [ZONE_NORMAL] = 32,
296 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
297         [ZONE_HIGHMEM] = 0,
298 #endif
299         [ZONE_MOVABLE] = 0,
300 };
301
302 static char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
303 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
304          "DMA",
305 #endif
306 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
307          "DMA32",
308 #endif
309          "Normal",
310 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
311          "HighMem",
312 #endif
313          "Movable",
314 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
315          "Device",
316 #endif
317 };
318
319 const char * const migratetype_names[MIGRATE_TYPES] = {
320         "Unmovable",
321         "Movable",
322         "Reclaimable",
323         "HighAtomic",
324 #ifdef CONFIG_CMA
325         "CMA",
326 #endif
327 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
328         "Isolate",
329 #endif
330 };
331
332 compound_page_dtor * const compound_page_dtors[NR_COMPOUND_DTORS] = {
333         [NULL_COMPOUND_DTOR] = NULL,
334         [COMPOUND_PAGE_DTOR] = free_compound_page,
335 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
336         [HUGETLB_PAGE_DTOR] = free_huge_page,
337 #endif
338 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
339         [TRANSHUGE_PAGE_DTOR] = free_transhuge_page,
340 #endif
341 };
342
343 int min_free_kbytes = 1024;
344 int user_min_free_kbytes = -1;
345 int watermark_boost_factor __read_mostly = 15000;
346 int watermark_scale_factor = 10;
347
348 static unsigned long nr_kernel_pages __initdata;
349 static unsigned long nr_all_pages __initdata;
350 static unsigned long dma_reserve __initdata;
351
352 static unsigned long arch_zone_lowest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __initdata;
353 static unsigned long arch_zone_highest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __initdata;
354 static unsigned long required_kernelcore __initdata;
355 static unsigned long required_kernelcore_percent __initdata;
356 static unsigned long required_movablecore __initdata;
357 static unsigned long required_movablecore_percent __initdata;
358 static unsigned long zone_movable_pfn[MAX_NUMNODES] __initdata;
359 static bool mirrored_kernelcore __meminitdata;
360
361 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
362 int movable_zone;
363 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
364
365 #if MAX_NUMNODES > 1
366 unsigned int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
367 unsigned int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
368 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
369 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
370 #endif
371
372 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
373
374 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
375 /*
376  * During boot we initialize deferred pages on-demand, as needed, but once
377  * page_alloc_init_late() has finished, the deferred pages are all initialized,
378  * and we can permanently disable that path.
379  */
380 static DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(deferred_pages);
381
382 static inline bool deferred_pages_enabled(void)
383 {
384         return static_branch_unlikely(&deferred_pages);
385 }
386
387 /* Returns true if the struct page for the pfn is uninitialised */
388 static inline bool __meminit early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
389 {
390         int nid = early_pfn_to_nid(pfn);
391
392         if (node_online(nid) && pfn >= NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn)
393                 return true;
394
395         return false;
396 }
397
398 /*
399  * Returns true when the remaining initialisation should be deferred until
400  * later in the boot cycle when it can be parallelised.
401  */
402 static bool __meminit
403 defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
404 {
405         static unsigned long prev_end_pfn, nr_initialised;
406
407         /*
408          * prev_end_pfn static that contains the end of previous zone
409          * No need to protect because called very early in boot before smp_init.
410          */
411         if (prev_end_pfn != end_pfn) {
412                 prev_end_pfn = end_pfn;
413                 nr_initialised = 0;
414         }
415
416         /* Always populate low zones for address-constrained allocations */
417         if (end_pfn < pgdat_end_pfn(NODE_DATA(nid)))
418                 return false;
419
420         if (NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn != ULONG_MAX)
421                 return true;
422         /*
423          * We start only with one section of pages, more pages are added as
424          * needed until the rest of deferred pages are initialized.
425          */
426         nr_initialised++;
427         if ((nr_initialised > PAGES_PER_SECTION) &&
428             (pfn & (PAGES_PER_SECTION - 1)) == 0) {
429                 NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn = pfn;
430                 return true;
431         }
432         return false;
433 }
434 #else
435 static inline bool deferred_pages_enabled(void)
436 {
437         return false;
438 }
439
440 static inline bool early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
441 {
442         return false;
443 }
444
445 static inline bool defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
446 {
447         return false;
448 }
449 #endif
450
451 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
452 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(const struct page *page,
453                                                         unsigned long pfn)
454 {
455 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
456         return section_to_usemap(__pfn_to_section(pfn));
457 #else
458         return page_zone(page)->pageblock_flags;
459 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
460 }
461
462 static inline int pfn_to_bitidx(const struct page *page, unsigned long pfn)
463 {
464 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
465         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
466 #else
467         pfn = pfn - round_down(page_zone(page)->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
468 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
469         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
470 }
471
472 static __always_inline
473 unsigned long __get_pfnblock_flags_mask(const struct page *page,
474                                         unsigned long pfn,
475                                         unsigned long mask)
476 {
477         unsigned long *bitmap;
478         unsigned long bitidx, word_bitidx;
479         unsigned long word;
480
481         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
482         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
483         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
484         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
485         /*
486          * This races, without locks, with set_pfnblock_flags_mask(). Ensure
487          * a consistent read of the memory array, so that results, even though
488          * racy, are not corrupted.
489          */
490         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
491         return (word >> bitidx) & mask;
492 }
493
494 /**
495  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
496  * @page: The page within the block of interest
497  * @pfn: The target page frame number
498  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
499  *
500  * Return: pageblock_bits flags
501  */
502 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(const struct page *page,
503                                         unsigned long pfn, unsigned long mask)
504 {
505         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, mask);
506 }
507
508 static __always_inline int get_pfnblock_migratetype(const struct page *page,
509                                         unsigned long pfn)
510 {
511         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, MIGRATETYPE_MASK);
512 }
513
514 /**
515  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
516  * @page: The page within the block of interest
517  * @flags: The flags to set
518  * @pfn: The target page frame number
519  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
520  */
521 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
522                                         unsigned long pfn,
523                                         unsigned long mask)
524 {
525         unsigned long *bitmap;
526         unsigned long bitidx, word_bitidx;
527         unsigned long old_word, word;
528
529         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
530         BUILD_BUG_ON(MIGRATE_TYPES > (1 << PB_migratetype_bits));
531
532         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
533         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
534         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
535         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
536
537         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(page_zone(page), pfn), page);
538
539         mask <<= bitidx;
540         flags <<= bitidx;
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_pfnblock_flags_mask(page, (unsigned long)migratetype,
558                                 page_to_pfn(page), MIGRATETYPE_MASK);
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 (zone != page_zone(page))
588                 return 0;
589
590         return 1;
591 }
592 /*
593  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
594  */
595 static int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
596 {
597         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
598                 return 1;
599         if (!page_is_consistent(zone, page))
600                 return 1;
601
602         return 0;
603 }
604 #else
605 static inline int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
606 {
607         return 0;
608 }
609 #endif
610
611 static void bad_page(struct page *page, const char *reason)
612 {
613         static unsigned long resume;
614         static unsigned long nr_shown;
615         static unsigned long nr_unshown;
616
617         /*
618          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
619          * or allow a steady drip of one report per second.
620          */
621         if (nr_shown == 60) {
622                 if (time_before(jiffies, resume)) {
623                         nr_unshown++;
624                         goto out;
625                 }
626                 if (nr_unshown) {
627                         pr_alert(
628                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
629                                 nr_unshown);
630                         nr_unshown = 0;
631                 }
632                 nr_shown = 0;
633         }
634         if (nr_shown++ == 0)
635                 resume = jiffies + 60 * HZ;
636
637         pr_alert("BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
638                 current->comm, page_to_pfn(page));
639         dump_page(page, reason);
640
641         print_modules();
642         dump_stack();
643 out:
644         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
645         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
646         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
647 }
648
649 static inline unsigned int order_to_pindex(int migratetype, int order)
650 {
651         int base = order;
652
653 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
654         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) {
655                 VM_BUG_ON(order != pageblock_order);
656                 base = PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER + 1;
657         }
658 #else
659         VM_BUG_ON(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
660 #endif
661
662         return (MIGRATE_PCPTYPES * base) + migratetype;
663 }
664
665 static inline int pindex_to_order(unsigned int pindex)
666 {
667         int order = pindex / MIGRATE_PCPTYPES;
668
669 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
670         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
671                 order = pageblock_order;
672 #else
673         VM_BUG_ON(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
674 #endif
675
676         return order;
677 }
678
679 static inline bool pcp_allowed_order(unsigned int order)
680 {
681         if (order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
682                 return true;
683 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
684         if (order == pageblock_order)
685                 return true;
686 #endif
687         return false;
688 }
689
690 static inline void free_the_page(struct page *page, unsigned int order)
691 {
692         if (pcp_allowed_order(order))           /* Via pcp? */
693                 free_unref_page(page, order);
694         else
695                 __free_pages_ok(page, order, FPI_NONE);
696 }
697
698 /*
699  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
700  *
701  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page" and have PG_head set.
702  *
703  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages". PageTail() is encoded
704  * in bit 0 of page->compound_head. The rest of bits is pointer to head page.
705  *
706  * The first tail page's ->compound_dtor holds the offset in array of compound
707  * page destructors. See compound_page_dtors.
708  *
709  * The first tail page's ->compound_order holds the order of allocation.
710  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
711  */
712
713 void free_compound_page(struct page *page)
714 {
715         mem_cgroup_uncharge(page_folio(page));
716         free_the_page(page, compound_order(page));
717 }
718
719 static void prep_compound_head(struct page *page, unsigned int order)
720 {
721         set_compound_page_dtor(page, COMPOUND_PAGE_DTOR);
722         set_compound_order(page, order);
723         atomic_set(compound_mapcount_ptr(page), -1);
724         atomic_set(compound_pincount_ptr(page), 0);
725 }
726
727 static void prep_compound_tail(struct page *head, int tail_idx)
728 {
729         struct page *p = head + tail_idx;
730
731         p->mapping = TAIL_MAPPING;
732         set_compound_head(p, head);
733 }
734
735 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned int order)
736 {
737         int i;
738         int nr_pages = 1 << order;
739
740         __SetPageHead(page);
741         for (i = 1; i < nr_pages; i++)
742                 prep_compound_tail(page, i);
743
744         prep_compound_head(page, order);
745 }
746
747 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
748 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
749
750 bool _debug_pagealloc_enabled_early __read_mostly
751                         = IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC_ENABLE_DEFAULT);
752 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled_early);
753 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(_debug_pagealloc_enabled);
754 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled);
755
756 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(_debug_guardpage_enabled);
757
758 static int __init early_debug_pagealloc(char *buf)
759 {
760         return kstrtobool(buf, &_debug_pagealloc_enabled_early);
761 }
762 early_param("debug_pagealloc", early_debug_pagealloc);
763
764 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
765 {
766         unsigned long res;
767
768         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
769                 pr_err("Bad debug_guardpage_minorder value\n");
770                 return 0;
771         }
772         _debug_guardpage_minorder = res;
773         pr_info("Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
774         return 0;
775 }
776 early_param("debug_guardpage_minorder", debug_guardpage_minorder_setup);
777
778 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
779                                 unsigned int order, int migratetype)
780 {
781         if (!debug_guardpage_enabled())
782                 return false;
783
784         if (order >= debug_guardpage_minorder())
785                 return false;
786
787         __SetPageGuard(page);
788         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
789         set_page_private(page, order);
790         /* Guard pages are not available for any usage */
791         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order), migratetype);
792
793         return true;
794 }
795
796 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
797                                 unsigned int order, int migratetype)
798 {
799         if (!debug_guardpage_enabled())
800                 return;
801
802         __ClearPageGuard(page);
803
804         set_page_private(page, 0);
805         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
806                 __mod_zone_freepage_state(zone, (1 << order), migratetype);
807 }
808 #else
809 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
810                         unsigned int order, int migratetype) { return false; }
811 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
812                                 unsigned int order, int migratetype) {}
813 #endif
814
815 /*
816  * Enable static keys related to various memory debugging and hardening options.
817  * Some override others, and depend on early params that are evaluated in the
818  * order of appearance. So we need to first gather the full picture of what was
819  * enabled, and then make decisions.
820  */
821 void init_mem_debugging_and_hardening(void)
822 {
823         bool page_poisoning_requested = false;
824
825 #ifdef CONFIG_PAGE_POISONING
826         /*
827          * Page poisoning is debug page alloc for some arches. If
828          * either of those options are enabled, enable poisoning.
829          */
830         if (page_poisoning_enabled() ||
831              (!IS_ENABLED(CONFIG_ARCH_SUPPORTS_DEBUG_PAGEALLOC) &&
832               debug_pagealloc_enabled())) {
833                 static_branch_enable(&_page_poisoning_enabled);
834                 page_poisoning_requested = true;
835         }
836 #endif
837
838         if ((_init_on_alloc_enabled_early || _init_on_free_enabled_early) &&
839             page_poisoning_requested) {
840                 pr_info("mem auto-init: CONFIG_PAGE_POISONING is on, "
841                         "will take precedence over init_on_alloc and init_on_free\n");
842                 _init_on_alloc_enabled_early = false;
843                 _init_on_free_enabled_early = false;
844         }
845
846         if (_init_on_alloc_enabled_early)
847                 static_branch_enable(&init_on_alloc);
848         else
849                 static_branch_disable(&init_on_alloc);
850
851         if (_init_on_free_enabled_early)
852                 static_branch_enable(&init_on_free);
853         else
854                 static_branch_disable(&init_on_free);
855
856 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
857         if (!debug_pagealloc_enabled())
858                 return;
859
860         static_branch_enable(&_debug_pagealloc_enabled);
861
862         if (!debug_guardpage_minorder())
863                 return;
864
865         static_branch_enable(&_debug_guardpage_enabled);
866 #endif
867 }
868
869 static inline void set_buddy_order(struct page *page, unsigned int order)
870 {
871         set_page_private(page, order);
872         __SetPageBuddy(page);
873 }
874
875 #ifdef CONFIG_COMPACTION
876 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
877 {
878         struct capture_control *capc = current->capture_control;
879
880         return unlikely(capc) &&
881                 !(current->flags & PF_KTHREAD) &&
882                 !capc->page &&
883                 capc->cc->zone == zone ? capc : NULL;
884 }
885
886 static inline bool
887 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
888                    int order, int migratetype)
889 {
890         if (!capc || order != capc->cc->order)
891                 return false;
892
893         /* Do not accidentally pollute CMA or isolated regions*/
894         if (is_migrate_cma(migratetype) ||
895             is_migrate_isolate(migratetype))
896                 return false;
897
898         /*
899          * Do not let lower order allocations pollute a movable pageblock.
900          * This might let an unmovable request use a reclaimable pageblock
901          * and vice-versa but no more than normal fallback logic which can
902          * have trouble finding a high-order free page.
903          */
904         if (order < pageblock_order && migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
905                 return false;
906
907         capc->page = page;
908         return true;
909 }
910
911 #else
912 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
913 {
914         return NULL;
915 }
916
917 static inline bool
918 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
919                    int order, int migratetype)
920 {
921         return false;
922 }
923 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
924
925 /* Used for pages not on another list */
926 static inline void add_to_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
927                                     unsigned int order, int migratetype)
928 {
929         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
930
931         list_add(&page->lru, &area->free_list[migratetype]);
932         area->nr_free++;
933 }
934
935 /* Used for pages not on another list */
936 static inline void add_to_free_list_tail(struct page *page, struct zone *zone,
937                                          unsigned int order, int migratetype)
938 {
939         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
940
941         list_add_tail(&page->lru, &area->free_list[migratetype]);
942         area->nr_free++;
943 }
944
945 /*
946  * Used for pages which are on another list. Move the pages to the tail
947  * of the list - so the moved pages won't immediately be considered for
948  * allocation again (e.g., optimization for memory onlining).
949  */
950 static inline void move_to_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
951                                      unsigned int order, int migratetype)
952 {
953         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
954
955         list_move_tail(&page->lru, &area->free_list[migratetype]);
956 }
957
958 static inline void del_page_from_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
959                                            unsigned int order)
960 {
961         /* clear reported state and update reported page count */
962         if (page_reported(page))
963                 __ClearPageReported(page);
964
965         list_del(&page->lru);
966         __ClearPageBuddy(page);
967         set_page_private(page, 0);
968         zone->free_area[order].nr_free--;
969 }
970
971 /*
972  * If this is not the largest possible page, check if the buddy
973  * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
974  * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
975  * that is happening, add the free page to the tail of the list
976  * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
977  * as a higher order page
978  */
979 static inline bool
980 buddy_merge_likely(unsigned long pfn, unsigned long buddy_pfn,
981                    struct page *page, unsigned int order)
982 {
983         unsigned long higher_page_pfn;
984         struct page *higher_page;
985
986         if (order >= MAX_ORDER - 2)
987                 return false;
988
989         higher_page_pfn = buddy_pfn & pfn;
990         higher_page = page + (higher_page_pfn - pfn);
991
992         return find_buddy_page_pfn(higher_page, higher_page_pfn, order + 1,
993                         NULL) != NULL;
994 }
995
996 /*
997  * Freeing function for a buddy system allocator.
998  *
999  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
1000  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
1001  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
1002  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
1003  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
1004  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
1005  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
1006  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
1007  * parts of the VM system.
1008  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
1009  * free pages of length of (1 << order) and marked with PageBuddy.
1010  * Page's order is recorded in page_private(page) field.
1011  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
1012  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
1013  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
1014  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
1015  * triggers coalescing into a block of larger size.
1016  *
1017  * -- nyc
1018  */
1019
1020 static inline void __free_one_page(struct page *page,
1021                 unsigned long pfn,
1022                 struct zone *zone, unsigned int order,
1023                 int migratetype, fpi_t fpi_flags)
1024 {
1025         struct capture_control *capc = task_capc(zone);
1026         unsigned long buddy_pfn;
1027         unsigned long combined_pfn;
1028         struct page *buddy;
1029         bool to_tail;
1030
1031         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
1032         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
1033
1034         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
1035         if (likely(!is_migrate_isolate(migratetype)))
1036                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
1037
1038         VM_BUG_ON_PAGE(pfn & ((1 << order) - 1), page);
1039         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
1040
1041         while (order < MAX_ORDER - 1) {
1042                 if (compaction_capture(capc, page, order, migratetype)) {
1043                         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
1044                                                                 migratetype);
1045                         return;
1046                 }
1047
1048                 buddy = find_buddy_page_pfn(page, pfn, order, &buddy_pfn);
1049                 if (!buddy)
1050                         goto done_merging;
1051
1052                 if (unlikely(order >= pageblock_order)) {
1053                         /*
1054                          * We want to prevent merge between freepages on pageblock
1055                          * without fallbacks and normal pageblock. Without this,
1056                          * pageblock isolation could cause incorrect freepage or CMA
1057                          * accounting or HIGHATOMIC accounting.
1058                          */
1059                         int buddy_mt = get_pageblock_migratetype(buddy);
1060
1061                         if (migratetype != buddy_mt
1062                                         && (!migratetype_is_mergeable(migratetype) ||
1063                                                 !migratetype_is_mergeable(buddy_mt)))
1064                                 goto done_merging;
1065                 }
1066
1067                 /*
1068                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
1069                  * merge with it and move up one order.
1070                  */
1071                 if (page_is_guard(buddy))
1072                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
1073                 else
1074                         del_page_from_free_list(buddy, zone, order);
1075                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
1076                 page = page + (combined_pfn - pfn);
1077                 pfn = combined_pfn;
1078                 order++;
1079         }
1080
1081 done_merging:
1082         set_buddy_order(page, order);
1083
1084         if (fpi_flags & FPI_TO_TAIL)
1085                 to_tail = true;
1086         else if (is_shuffle_order(order))
1087                 to_tail = shuffle_pick_tail();
1088         else
1089                 to_tail = buddy_merge_likely(pfn, buddy_pfn, page, order);
1090
1091         if (to_tail)
1092                 add_to_free_list_tail(page, zone, order, migratetype);
1093         else
1094                 add_to_free_list(page, zone, order, migratetype);
1095
1096         /* Notify page reporting subsystem of freed page */
1097         if (!(fpi_flags & FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY))
1098                 page_reporting_notify_free(order);
1099 }
1100
1101 /**
1102  * split_free_page() -- split a free page at split_pfn_offset
1103  * @free_page:          the original free page
1104  * @order:              the order of the page
1105  * @split_pfn_offset:   split offset within the page
1106  *
1107  * Return -ENOENT if the free page is changed, otherwise 0
1108  *
1109  * It is used when the free page crosses two pageblocks with different migratetypes
1110  * at split_pfn_offset within the page. The split free page will be put into
1111  * separate migratetype lists afterwards. Otherwise, the function achieves
1112  * nothing.
1113  */
1114 int split_free_page(struct page *free_page,
1115                         unsigned int order, unsigned long split_pfn_offset)
1116 {
1117         struct zone *zone = page_zone(free_page);
1118         unsigned long free_page_pfn = page_to_pfn(free_page);
1119         unsigned long pfn;
1120         unsigned long flags;
1121         int free_page_order;
1122         int mt;
1123         int ret = 0;
1124
1125         if (split_pfn_offset == 0)
1126                 return ret;
1127
1128         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1129
1130         if (!PageBuddy(free_page) || buddy_order(free_page) != order) {
1131                 ret = -ENOENT;
1132                 goto out;
1133         }
1134
1135         mt = get_pageblock_migratetype(free_page);
1136         if (likely(!is_migrate_isolate(mt)))
1137                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
1138
1139         del_page_from_free_list(free_page, zone, order);
1140         for (pfn = free_page_pfn;
1141              pfn < free_page_pfn + (1UL << order);) {
1142                 int mt = get_pfnblock_migratetype(pfn_to_page(pfn), pfn);
1143
1144                 free_page_order = min_t(unsigned int,
1145                                         pfn ? __ffs(pfn) : order,
1146                                         __fls(split_pfn_offset));
1147                 __free_one_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zone, free_page_order,
1148                                 mt, FPI_NONE);
1149                 pfn += 1UL << free_page_order;
1150                 split_pfn_offset -= (1UL << free_page_order);
1151                 /* we have done the first part, now switch to second part */
1152                 if (split_pfn_offset == 0)
1153                         split_pfn_offset = (1UL << order) - (pfn - free_page_pfn);
1154         }
1155 out:
1156         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1157         return ret;
1158 }
1159 /*
1160  * A bad page could be due to a number of fields. Instead of multiple branches,
1161  * try and check multiple fields with one check. The caller must do a detailed
1162  * check if necessary.
1163  */
1164 static inline bool page_expected_state(struct page *page,
1165                                         unsigned long check_flags)
1166 {
1167         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1168                 return false;
1169
1170         if (unlikely((unsigned long)page->mapping |
1171                         page_ref_count(page) |
1172 #ifdef CONFIG_MEMCG
1173                         page->memcg_data |
1174 #endif
1175                         (page->flags & check_flags)))
1176                 return false;
1177
1178         return true;
1179 }
1180
1181 static const char *page_bad_reason(struct page *page, unsigned long flags)
1182 {
1183         const char *bad_reason = NULL;
1184
1185         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1186                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1187         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1188                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1189         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
1190                 bad_reason = "nonzero _refcount";
1191         if (unlikely(page->flags & flags)) {
1192                 if (flags == PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)
1193                         bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag(s) set";
1194                 else
1195                         bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
1196         }
1197 #ifdef CONFIG_MEMCG
1198         if (unlikely(page->memcg_data))
1199                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
1200 #endif
1201         return bad_reason;
1202 }
1203
1204 static void check_free_page_bad(struct page *page)
1205 {
1206         bad_page(page,
1207                  page_bad_reason(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE));
1208 }
1209
1210 static inline int check_free_page(struct page *page)
1211 {
1212         if (likely(page_expected_state(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)))
1213                 return 0;
1214
1215         /* Something has gone sideways, find it */
1216         check_free_page_bad(page);
1217         return 1;
1218 }
1219
1220 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
1221 {
1222         int ret = 1;
1223
1224         /*
1225          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
1226          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
1227          */
1228         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
1229
1230         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM)) {
1231                 ret = 0;
1232                 goto out;
1233         }
1234         switch (page - head_page) {
1235         case 1:
1236                 /* the first tail page: ->mapping may be compound_mapcount() */
1237                 if (unlikely(compound_mapcount(page))) {
1238                         bad_page(page, "nonzero compound_mapcount");
1239                         goto out;
1240                 }
1241                 break;
1242         case 2:
1243                 /*
1244                  * the second tail page: ->mapping is
1245                  * deferred_list.next -- ignore value.
1246                  */
1247                 break;
1248         default:
1249                 if (page->mapping != TAIL_MAPPING) {
1250                         bad_page(page, "corrupted mapping in tail page");
1251                         goto out;
1252                 }
1253                 break;
1254         }
1255         if (unlikely(!PageTail(page))) {
1256                 bad_page(page, "PageTail not set");
1257                 goto out;
1258         }
1259         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
1260                 bad_page(page, "compound_head not consistent");
1261                 goto out;
1262         }
1263         ret = 0;
1264 out:
1265         page->mapping = NULL;
1266         clear_compound_head(page);
1267         return ret;
1268 }
1269
1270 /*
1271  * Skip KASAN memory poisoning when either:
1272  *
1273  * 1. Deferred memory initialization has not yet completed,
1274  *    see the explanation below.
1275  * 2. Skipping poisoning is requested via FPI_SKIP_KASAN_POISON,
1276  *    see the comment next to it.
1277  * 3. Skipping poisoning is requested via __GFP_SKIP_KASAN_POISON,
1278  *    see the comment next to it.
1279  *
1280  * Poisoning pages during deferred memory init will greatly lengthen the
1281  * process and cause problem in large memory systems as the deferred pages
1282  * initialization is done with interrupt disabled.
1283  *
1284  * Assuming that there will be no reference to those newly initialized
1285  * pages before they are ever allocated, this should have no effect on
1286  * KASAN memory tracking as the poison will be properly inserted at page
1287  * allocation time. The only corner case is when pages are allocated by
1288  * on-demand allocation and then freed again before the deferred pages
1289  * initialization is done, but this is not likely to happen.
1290  */
1291 static inline bool should_skip_kasan_poison(struct page *page, fpi_t fpi_flags)
1292 {
1293         return deferred_pages_enabled() ||
1294                (!IS_ENABLED(CONFIG_KASAN_GENERIC) &&
1295                 (fpi_flags & FPI_SKIP_KASAN_POISON)) ||
1296                PageSkipKASanPoison(page);
1297 }
1298
1299 static void kernel_init_pages(struct page *page, int numpages)
1300 {
1301         int i;
1302
1303         /* s390's use of memset() could override KASAN redzones. */
1304         kasan_disable_current();
1305         for (i = 0; i < numpages; i++)
1306                 clear_highpage_kasan_tagged(page + i);
1307         kasan_enable_current();
1308 }
1309
1310 static __always_inline bool free_pages_prepare(struct page *page,
1311                         unsigned int order, bool check_free, fpi_t fpi_flags)
1312 {
1313         int bad = 0;
1314         bool init = want_init_on_free();
1315
1316         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
1317
1318         trace_mm_page_free(page, order);
1319
1320         if (unlikely(PageHWPoison(page)) && !order) {
1321                 /*
1322                  * Do not let hwpoison pages hit pcplists/buddy
1323                  * Untie memcg state and reset page's owner
1324                  */
1325                 if (memcg_kmem_enabled() && PageMemcgKmem(page))
1326                         __memcg_kmem_uncharge_page(page, order);
1327                 reset_page_owner(page, order);
1328                 page_table_check_free(page, order);
1329                 return false;
1330         }
1331
1332         /*
1333          * Check tail pages before head page information is cleared to
1334          * avoid checking PageCompound for order-0 pages.
1335          */
1336         if (unlikely(order)) {
1337                 bool compound = PageCompound(page);
1338                 int i;
1339
1340                 VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
1341
1342                 if (compound) {
1343                         ClearPageDoubleMap(page);
1344                         ClearPageHasHWPoisoned(page);
1345                 }
1346                 for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1347                         if (compound)
1348                                 bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
1349                         if (unlikely(check_free_page(page + i))) {
1350                                 bad++;
1351                                 continue;
1352                         }
1353                         (page + i)->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1354                 }
1355         }
1356         if (PageMappingFlags(page))
1357                 page->mapping = NULL;
1358         if (memcg_kmem_enabled() && PageMemcgKmem(page))
1359                 __memcg_kmem_uncharge_page(page, order);
1360         if (check_free)
1361                 bad += check_free_page(page);
1362         if (bad)
1363                 return false;
1364
1365         page_cpupid_reset_last(page);
1366         page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1367         reset_page_owner(page, order);
1368         page_table_check_free(page, order);
1369
1370         if (!PageHighMem(page)) {
1371                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1372                                            PAGE_SIZE << order);
1373                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1374                                            PAGE_SIZE << order);
1375         }
1376
1377         kernel_poison_pages(page, 1 << order);
1378
1379         /*
1380          * As memory initialization might be integrated into KASAN,
1381          * KASAN poisoning and memory initialization code must be
1382          * kept together to avoid discrepancies in behavior.
1383          *
1384          * With hardware tag-based KASAN, memory tags must be set before the
1385          * page becomes unavailable via debug_pagealloc or arch_free_page.
1386          */
1387         if (!should_skip_kasan_poison(page, fpi_flags)) {
1388                 kasan_poison_pages(page, order, init);
1389
1390                 /* Memory is already initialized if KASAN did it internally. */
1391                 if (kasan_has_integrated_init())
1392                         init = false;
1393         }
1394         if (init)
1395                 kernel_init_pages(page, 1 << order);
1396
1397         /*
1398          * arch_free_page() can make the page's contents inaccessible.  s390
1399          * does this.  So nothing which can access the page's contents should
1400          * happen after this.
1401          */
1402         arch_free_page(page, order);
1403
1404         debug_pagealloc_unmap_pages(page, 1 << order);
1405
1406         return true;
1407 }
1408
1409 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1410 /*
1411  * With DEBUG_VM enabled, order-0 pages are checked immediately when being freed
1412  * to pcp lists. With debug_pagealloc also enabled, they are also rechecked when
1413  * moved from pcp lists to free lists.
1414  */
1415 static bool free_pcp_prepare(struct page *page, unsigned int order)
1416 {
1417         return free_pages_prepare(page, order, true, FPI_NONE);
1418 }
1419
1420 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1421 {
1422         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1423                 return check_free_page(page);
1424         else
1425                 return false;
1426 }
1427 #else
1428 /*
1429  * With DEBUG_VM disabled, order-0 pages being freed are checked only when
1430  * moving from pcp lists to free list in order to reduce overhead. With
1431  * debug_pagealloc enabled, they are checked also immediately when being freed
1432  * to the pcp lists.
1433  */
1434 static bool free_pcp_prepare(struct page *page, unsigned int order)
1435 {
1436         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1437                 return free_pages_prepare(page, order, true, FPI_NONE);
1438         else
1439                 return free_pages_prepare(page, order, false, FPI_NONE);
1440 }
1441
1442 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1443 {
1444         return check_free_page(page);
1445 }
1446 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1447
1448 /*
1449  * Frees a number of pages from the PCP lists
1450  * Assumes all pages on list are in same zone.
1451  * count is the number of pages to free.
1452  */
1453 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
1454                                         struct per_cpu_pages *pcp,
1455                                         int pindex)
1456 {
1457         int min_pindex = 0;
1458         int max_pindex = NR_PCP_LISTS - 1;
1459         unsigned int order;
1460         bool isolated_pageblocks;
1461         struct page *page;
1462
1463         /*
1464          * Ensure proper count is passed which otherwise would stuck in the
1465          * below while (list_empty(list)) loop.
1466          */
1467         count = min(pcp->count, count);
1468
1469         /* Ensure requested pindex is drained first. */
1470         pindex = pindex - 1;
1471
1472         /*
1473          * local_lock_irq held so equivalent to spin_lock_irqsave for
1474          * both PREEMPT_RT and non-PREEMPT_RT configurations.
1475          */
1476         spin_lock(&zone->lock);
1477         isolated_pageblocks = has_isolate_pageblock(zone);
1478
1479         while (count > 0) {
1480                 struct list_head *list;
1481                 int nr_pages;
1482
1483                 /* Remove pages from lists in a round-robin fashion. */
1484                 do {
1485                         if (++pindex > max_pindex)
1486                                 pindex = min_pindex;
1487                         list = &pcp->lists[pindex];
1488                         if (!list_empty(list))
1489                                 break;
1490
1491                         if (pindex == max_pindex)
1492                                 max_pindex--;
1493                         if (pindex == min_pindex)
1494                                 min_pindex++;
1495                 } while (1);
1496
1497                 order = pindex_to_order(pindex);
1498                 nr_pages = 1 << order;
1499                 BUILD_BUG_ON(MAX_ORDER >= (1<<NR_PCP_ORDER_WIDTH));
1500                 do {
1501                         int mt;
1502
1503                         page = list_last_entry(list, struct page, lru);
1504                         mt = get_pcppage_migratetype(page);
1505
1506                         /* must delete to avoid corrupting pcp list */
1507                         list_del(&page->lru);
1508                         count -= nr_pages;
1509                         pcp->count -= nr_pages;
1510
1511                         if (bulkfree_pcp_prepare(page))
1512                                 continue;
1513
1514                         /* MIGRATE_ISOLATE page should not go to pcplists */
1515                         VM_BUG_ON_PAGE(is_migrate_isolate(mt), page);
1516                         /* Pageblock could have been isolated meanwhile */
1517                         if (unlikely(isolated_pageblocks))
1518                                 mt = get_pageblock_migratetype(page);
1519
1520                         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, order, mt, FPI_NONE);
1521                         trace_mm_page_pcpu_drain(page, order, mt);
1522                 } while (count > 0 && !list_empty(list));
1523         }
1524
1525         spin_unlock(&zone->lock);
1526 }
1527
1528 static void free_one_page(struct zone *zone,
1529                                 struct page *page, unsigned long pfn,
1530                                 unsigned int order,
1531                                 int migratetype, fpi_t fpi_flags)
1532 {
1533         unsigned long flags;
1534
1535         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1536         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1537                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1538                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1539         }
1540         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype, fpi_flags);
1541         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1542 }
1543
1544 static void __meminit __init_single_page(struct page *page, unsigned long pfn,
1545                                 unsigned long zone, int nid)
1546 {
1547         mm_zero_struct_page(page);
1548         set_page_links(page, zone, nid, pfn);
1549         init_page_count(page);
1550         page_mapcount_reset(page);
1551         page_cpupid_reset_last(page);
1552         page_kasan_tag_reset(page);
1553
1554         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1555 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
1556         /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
1557         if (!is_highmem_idx(zone))
1558                 set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
1559 #endif
1560 }
1561
1562 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1563 static void __meminit init_reserved_page(unsigned long pfn)
1564 {
1565         pg_data_t *pgdat;
1566         int nid, zid;
1567
1568         if (!early_page_uninitialised(pfn))
1569                 return;
1570
1571         nid = early_pfn_to_nid(pfn);
1572         pgdat = NODE_DATA(nid);
1573
1574         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1575                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zid];
1576
1577                 if (zone_spans_pfn(zone, pfn))
1578                         break;
1579         }
1580         __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zid, nid);
1581 }
1582 #else
1583 static inline void init_reserved_page(unsigned long pfn)
1584 {
1585 }
1586 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1587
1588 /*
1589  * Initialised pages do not have PageReserved set. This function is
1590  * called for each range allocated by the bootmem allocator and
1591  * marks the pages PageReserved. The remaining valid pages are later
1592  * sent to the buddy page allocator.
1593  */
1594 void __meminit reserve_bootmem_region(phys_addr_t start, phys_addr_t end)
1595 {
1596         unsigned long start_pfn = PFN_DOWN(start);
1597         unsigned long end_pfn = PFN_UP(end);
1598
1599         for (; start_pfn < end_pfn; start_pfn++) {
1600                 if (pfn_valid(start_pfn)) {
1601                         struct page *page = pfn_to_page(start_pfn);
1602
1603                         init_reserved_page(start_pfn);
1604
1605                         /* Avoid false-positive PageTail() */
1606                         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1607
1608                         /*
1609                          * no need for atomic set_bit because the struct
1610                          * page is not visible yet so nobody should
1611                          * access it yet.
1612                          */
1613                         __SetPageReserved(page);
1614                 }
1615         }
1616 }
1617
1618 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order,
1619                             fpi_t fpi_flags)
1620 {
1621         unsigned long flags;
1622         int migratetype;
1623         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1624         struct zone *zone = page_zone(page);
1625
1626         if (!free_pages_prepare(page, order, true, fpi_flags))
1627                 return;
1628
1629         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1630
1631         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1632         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1633                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1634                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1635         }
1636         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype, fpi_flags);
1637         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1638
1639         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1640 }
1641
1642 void __free_pages_core(struct page *page, unsigned int order)
1643 {
1644         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1645         struct page *p = page;
1646         unsigned int loop;
1647
1648         /*
1649          * When initializing the memmap, __init_single_page() sets the refcount
1650          * of all pages to 1 ("allocated"/"not free"). We have to set the
1651          * refcount of all involved pages to 0.
1652          */
1653         prefetchw(p);
1654         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1655                 prefetchw(p + 1);
1656                 __ClearPageReserved(p);
1657                 set_page_count(p, 0);
1658         }
1659         __ClearPageReserved(p);
1660         set_page_count(p, 0);
1661
1662         atomic_long_add(nr_pages, &page_zone(page)->managed_pages);
1663
1664         /*
1665          * Bypass PCP and place fresh pages right to the tail, primarily
1666          * relevant for memory onlining.
1667          */
1668         __free_pages_ok(page, order, FPI_TO_TAIL | FPI_SKIP_KASAN_POISON);
1669 }
1670
1671 #ifdef CONFIG_NUMA
1672
1673 /*
1674  * During memory init memblocks map pfns to nids. The search is expensive and
1675  * this caches recent lookups. The implementation of __early_pfn_to_nid
1676  * treats start/end as pfns.
1677  */
1678 struct mminit_pfnnid_cache {
1679         unsigned long last_start;
1680         unsigned long last_end;
1681         int last_nid;
1682 };
1683
1684 static struct mminit_pfnnid_cache early_pfnnid_cache __meminitdata;
1685
1686 /*
1687  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
1688  */
1689 static int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn,
1690                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1691 {
1692         unsigned long start_pfn, end_pfn;
1693         int nid;
1694
1695         if (state->last_start <= pfn && pfn < state->last_end)
1696                 return state->last_nid;
1697
1698         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
1699         if (nid != NUMA_NO_NODE) {
1700                 state->last_start = start_pfn;
1701                 state->last_end = end_pfn;
1702                 state->last_nid = nid;
1703         }
1704
1705         return nid;
1706 }
1707
1708 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
1709 {
1710         static DEFINE_SPINLOCK(early_pfn_lock);
1711         int nid;
1712
1713         spin_lock(&early_pfn_lock);
1714         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1715         if (nid < 0)
1716                 nid = first_online_node;
1717         spin_unlock(&early_pfn_lock);
1718
1719         return nid;
1720 }
1721 #endif /* CONFIG_NUMA */
1722
1723 void __init memblock_free_pages(struct page *page, unsigned long pfn,
1724                                                         unsigned int order)
1725 {
1726         if (early_page_uninitialised(pfn))
1727                 return;
1728         __free_pages_core(page, order);
1729 }
1730
1731 /*
1732  * Check that the whole (or subset of) a pageblock given by the interval of
1733  * [start_pfn, end_pfn) is valid and within the same zone, before scanning it
1734  * with the migration of free compaction scanner.
1735  *
1736  * Return struct page pointer of start_pfn, or NULL if checks were not passed.
1737  *
1738  * It's possible on some configurations to have a setup like node0 node1 node0
1739  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of pages do not
1740  * belong to a single zone. We assume that a border between node0 and node1
1741  * can occur within a single pageblock, but not a node0 node1 node0
1742  * interleaving within a single pageblock. It is therefore sufficient to check
1743  * the first and last page of a pageblock and avoid checking each individual
1744  * page in a pageblock.
1745  */
1746 struct page *__pageblock_pfn_to_page(unsigned long start_pfn,
1747                                      unsigned long end_pfn, struct zone *zone)
1748 {
1749         struct page *start_page;
1750         struct page *end_page;
1751
1752         /* end_pfn is one past the range we are checking */
1753         end_pfn--;
1754
1755         if (!pfn_valid(start_pfn) || !pfn_valid(end_pfn))
1756                 return NULL;
1757
1758         start_page = pfn_to_online_page(start_pfn);
1759         if (!start_page)
1760                 return NULL;
1761
1762         if (page_zone(start_page) != zone)
1763                 return NULL;
1764
1765         end_page = pfn_to_page(end_pfn);
1766
1767         /* This gives a shorter code than deriving page_zone(end_page) */
1768         if (page_zone_id(start_page) != page_zone_id(end_page))
1769                 return NULL;
1770
1771         return start_page;
1772 }
1773
1774 void set_zone_contiguous(struct zone *zone)
1775 {
1776         unsigned long block_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
1777         unsigned long block_end_pfn;
1778
1779         block_end_pfn = ALIGN(block_start_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
1780         for (; block_start_pfn < zone_end_pfn(zone);
1781                         block_start_pfn = block_end_pfn,
1782                          block_end_pfn += pageblock_nr_pages) {
1783
1784                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, zone_end_pfn(zone));
1785
1786                 if (!__pageblock_pfn_to_page(block_start_pfn,
1787                                              block_end_pfn, zone))
1788                         return;
1789                 cond_resched();
1790         }
1791
1792         /* We confirm that there is no hole */
1793         zone->contiguous = true;
1794 }
1795
1796 void clear_zone_contiguous(struct zone *zone)
1797 {
1798         zone->contiguous = false;
1799 }
1800
1801 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1802 static void __init deferred_free_range(unsigned long pfn,
1803                                        unsigned long nr_pages)
1804 {
1805         struct page *page;
1806         unsigned long i;
1807
1808         if (!nr_pages)
1809                 return;
1810
1811         page = pfn_to_page(pfn);
1812
1813         /* Free a large naturally-aligned chunk if possible */
1814         if (nr_pages == pageblock_nr_pages &&
1815             (pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0) {
1816                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1817                 __free_pages_core(page, pageblock_order);
1818                 return;
1819         }
1820
1821         for (i = 0; i < nr_pages; i++, page++, pfn++) {
1822                 if ((pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0)
1823                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1824                 __free_pages_core(page, 0);
1825         }
1826 }
1827
1828 /* Completion tracking for deferred_init_memmap() threads */
1829 static atomic_t pgdat_init_n_undone __initdata;
1830 static __initdata DECLARE_COMPLETION(pgdat_init_all_done_comp);
1831
1832 static inline void __init pgdat_init_report_one_done(void)
1833 {
1834         if (atomic_dec_and_test(&pgdat_init_n_undone))
1835                 complete(&pgdat_init_all_done_comp);
1836 }
1837
1838 /*
1839  * Returns true if page needs to be initialized or freed to buddy allocator.
1840  *
1841  * First we check if pfn is valid on architectures where it is possible to have
1842  * holes within pageblock_nr_pages. On systems where it is not possible, this
1843  * function is optimized out.
1844  *
1845  * Then, we check if a current large page is valid by only checking the validity
1846  * of the head pfn.
1847  */
1848 static inline bool __init deferred_pfn_valid(unsigned long pfn)
1849 {
1850         if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) && !pfn_valid(pfn))
1851                 return false;
1852         return true;
1853 }
1854
1855 /*
1856  * Free pages to buddy allocator. Try to free aligned pages in
1857  * pageblock_nr_pages sizes.
1858  */
1859 static void __init deferred_free_pages(unsigned long pfn,
1860                                        unsigned long end_pfn)
1861 {
1862         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1863         unsigned long nr_free = 0;
1864
1865         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1866                 if (!deferred_pfn_valid(pfn)) {
1867                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1868                         nr_free = 0;
1869                 } else if (!(pfn & nr_pgmask)) {
1870                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1871                         nr_free = 1;
1872                 } else {
1873                         nr_free++;
1874                 }
1875         }
1876         /* Free the last block of pages to allocator */
1877         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1878 }
1879
1880 /*
1881  * Initialize struct pages.  We minimize pfn page lookups and scheduler checks
1882  * by performing it only once every pageblock_nr_pages.
1883  * Return number of pages initialized.
1884  */
1885 static unsigned long  __init deferred_init_pages(struct zone *zone,
1886                                                  unsigned long pfn,
1887                                                  unsigned long end_pfn)
1888 {
1889         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1890         int nid = zone_to_nid(zone);
1891         unsigned long nr_pages = 0;
1892         int zid = zone_idx(zone);
1893         struct page *page = NULL;
1894
1895         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1896                 if (!deferred_pfn_valid(pfn)) {
1897                         page = NULL;
1898                         continue;
1899                 } else if (!page || !(pfn & nr_pgmask)) {
1900                         page = pfn_to_page(pfn);
1901                 } else {
1902                         page++;
1903                 }
1904                 __init_single_page(page, pfn, zid, nid);
1905                 nr_pages++;
1906         }
1907         return (nr_pages);
1908 }
1909
1910 /*
1911  * This function is meant to pre-load the iterator for the zone init.
1912  * Specifically it walks through the ranges until we are caught up to the
1913  * first_init_pfn value and exits there. If we never encounter the value we
1914  * return false indicating there are no valid ranges left.
1915  */
1916 static bool __init
1917 deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(u64 *i, struct zone *zone,
1918                                     unsigned long *spfn, unsigned long *epfn,
1919                                     unsigned long first_init_pfn)
1920 {
1921         u64 j;
1922
1923         /*
1924          * Start out by walking through the ranges in this zone that have
1925          * already been initialized. We don't need to do anything with them
1926          * so we just need to flush them out of the system.
1927          */
1928         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone(j, zone, spfn, epfn) {
1929                 if (*epfn <= first_init_pfn)
1930                         continue;
1931                 if (*spfn < first_init_pfn)
1932                         *spfn = first_init_pfn;
1933                 *i = j;
1934                 return true;
1935         }
1936
1937         return false;
1938 }
1939
1940 /*
1941  * Initialize and free pages. We do it in two loops: first we initialize
1942  * struct page, then free to buddy allocator, because while we are
1943  * freeing pages we can access pages that are ahead (computing buddy
1944  * page in __free_one_page()).
1945  *
1946  * In order to try and keep some memory in the cache we have the loop
1947  * broken along max page order boundaries. This way we will not cause
1948  * any issues with the buddy page computation.
1949  */
1950 static unsigned long __init
1951 deferred_init_maxorder(u64 *i, struct zone *zone, unsigned long *start_pfn,
1952                        unsigned long *end_pfn)
1953 {
1954         unsigned long mo_pfn = ALIGN(*start_pfn + 1, MAX_ORDER_NR_PAGES);
1955         unsigned long spfn = *start_pfn, epfn = *end_pfn;
1956         unsigned long nr_pages = 0;
1957         u64 j = *i;
1958
1959         /* First we loop through and initialize the page values */
1960         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone_from(j, zone, start_pfn, end_pfn) {
1961                 unsigned long t;
1962
1963                 if (mo_pfn <= *start_pfn)
1964                         break;
1965
1966                 t = min(mo_pfn, *end_pfn);
1967                 nr_pages += deferred_init_pages(zone, *start_pfn, t);
1968
1969                 if (mo_pfn < *end_pfn) {
1970                         *start_pfn = mo_pfn;
1971                         break;
1972                 }
1973         }
1974
1975         /* Reset values and now loop through freeing pages as needed */
1976         swap(j, *i);
1977
1978         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone_from(j, zone, &spfn, &epfn) {
1979                 unsigned long t;
1980
1981                 if (mo_pfn <= spfn)
1982                         break;
1983
1984                 t = min(mo_pfn, epfn);
1985                 deferred_free_pages(spfn, t);
1986
1987                 if (mo_pfn <= epfn)
1988                         break;
1989         }
1990
1991         return nr_pages;
1992 }
1993
1994 static void __init
1995 deferred_init_memmap_chunk(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn,
1996                            void *arg)
1997 {
1998         unsigned long spfn, epfn;
1999         struct zone *zone = arg;
2000         u64 i;
2001
2002         deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn, start_pfn);
2003
2004         /*
2005          * Initialize and free pages in MAX_ORDER sized increments so that we
2006          * can avoid introducing any issues with the buddy allocator.
2007          */
2008         while (spfn < end_pfn) {
2009                 deferred_init_maxorder(&i, zone, &spfn, &epfn);
2010                 cond_resched();
2011         }
2012 }
2013
2014 /* An arch may override for more concurrency. */
2015 __weak int __init
2016 deferred_page_init_max_threads(const struct cpumask *node_cpumask)
2017 {
2018         return 1;
2019 }
2020
2021 /* Initialise remaining memory on a node */
2022 static int __init deferred_init_memmap(void *data)
2023 {
2024         pg_data_t *pgdat = data;
2025         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
2026         unsigned long spfn = 0, epfn = 0;
2027         unsigned long first_init_pfn, flags;
2028         unsigned long start = jiffies;
2029         struct zone *zone;
2030         int zid, max_threads;
2031         u64 i;
2032
2033         /* Bind memory initialisation thread to a local node if possible */
2034         if (!cpumask_empty(cpumask))
2035                 set_cpus_allowed_ptr(current, cpumask);
2036
2037         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
2038         first_init_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
2039         if (first_init_pfn == ULONG_MAX) {
2040                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2041                 pgdat_init_report_one_done();
2042                 return 0;
2043         }
2044
2045         /* Sanity check boundaries */
2046         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn < pgdat->node_start_pfn);
2047         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn > pgdat_end_pfn(pgdat));
2048         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
2049
2050         /*
2051          * Once we unlock here, the zone cannot be grown anymore, thus if an
2052          * interrupt thread must allocate this early in boot, zone must be
2053          * pre-grown prior to start of deferred page initialization.
2054          */
2055         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2056
2057         /* Only the highest zone is deferred so find it */
2058         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
2059                 zone = pgdat->node_zones + zid;
2060                 if (first_init_pfn < zone_end_pfn(zone))
2061                         break;
2062         }
2063
2064         /* If the zone is empty somebody else may have cleared out the zone */
2065         if (!deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
2066                                                  first_init_pfn))
2067                 goto zone_empty;
2068
2069         max_threads = deferred_page_init_max_threads(cpumask);
2070
2071         while (spfn < epfn) {
2072                 unsigned long epfn_align = ALIGN(epfn, PAGES_PER_SECTION);
2073                 struct padata_mt_job job = {
2074                         .thread_fn   = deferred_init_memmap_chunk,
2075                         .fn_arg      = zone,
2076                         .start       = spfn,
2077                         .size        = epfn_align - spfn,
2078                         .align       = PAGES_PER_SECTION,
2079                         .min_chunk   = PAGES_PER_SECTION,
2080                         .max_threads = max_threads,
2081                 };
2082
2083                 padata_do_multithreaded(&job);
2084                 deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
2085                                                     epfn_align);
2086         }
2087 zone_empty:
2088         /* Sanity check that the next zone really is unpopulated */
2089         WARN_ON(++zid < MAX_NR_ZONES && populated_zone(++zone));
2090
2091         pr_info("node %d deferred pages initialised in %ums\n",
2092                 pgdat->node_id, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
2093
2094         pgdat_init_report_one_done();
2095         return 0;
2096 }
2097
2098 /*
2099  * If this zone has deferred pages, try to grow it by initializing enough
2100  * deferred pages to satisfy the allocation specified by order, rounded up to
2101  * the nearest PAGES_PER_SECTION boundary.  So we're adding memory in increments
2102  * of SECTION_SIZE bytes by initializing struct pages in increments of
2103  * PAGES_PER_SECTION * sizeof(struct page) bytes.
2104  *
2105  * Return true when zone was grown, otherwise return false. We return true even
2106  * when we grow less than requested, to let the caller decide if there are
2107  * enough pages to satisfy the allocation.
2108  *
2109  * Note: We use noinline because this function is needed only during boot, and
2110  * it is called from a __ref function _deferred_grow_zone. This way we are
2111  * making sure that it is not inlined into permanent text section.
2112  */
2113 static noinline bool __init
2114 deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
2115 {
2116         unsigned long nr_pages_needed = ALIGN(1 << order, PAGES_PER_SECTION);
2117         pg_data_t *pgdat = zone->zone_pgdat;
2118         unsigned long first_deferred_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
2119         unsigned long spfn, epfn, flags;
2120         unsigned long nr_pages = 0;
2121         u64 i;
2122
2123         /* Only the last zone may have deferred pages */
2124         if (zone_end_pfn(zone) != pgdat_end_pfn(pgdat))
2125                 return false;
2126
2127         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
2128
2129         /*
2130          * If someone grew this zone while we were waiting for spinlock, return
2131          * true, as there might be enough pages already.
2132          */
2133         if (first_deferred_pfn != pgdat->first_deferred_pfn) {
2134                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2135                 return true;
2136         }
2137
2138         /* If the zone is empty somebody else may have cleared out the zone */
2139         if (!deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
2140                                                  first_deferred_pfn)) {
2141                 pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
2142                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2143                 /* Retry only once. */
2144                 return first_deferred_pfn != ULONG_MAX;
2145         }
2146
2147         /*
2148          * Initialize and free pages in MAX_ORDER sized increments so
2149          * that we can avoid introducing any issues with the buddy
2150          * allocator.
2151          */
2152         while (spfn < epfn) {
2153                 /* update our first deferred PFN for this section */
2154                 first_deferred_pfn = spfn;
2155
2156                 nr_pages += deferred_init_maxorder(&i, zone, &spfn, &epfn);
2157                 touch_nmi_watchdog();
2158
2159                 /* We should only stop along section boundaries */
2160                 if ((first_deferred_pfn ^ spfn) < PAGES_PER_SECTION)
2161                         continue;
2162
2163                 /* If our quota has been met we can stop here */
2164                 if (nr_pages >= nr_pages_needed)
2165                         break;
2166         }
2167
2168         pgdat->first_deferred_pfn = spfn;
2169         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2170
2171         return nr_pages > 0;
2172 }
2173
2174 /*
2175  * deferred_grow_zone() is __init, but it is called from
2176  * get_page_from_freelist() during early boot until deferred_pages permanently
2177  * disables this call. This is why we have refdata wrapper to avoid warning,
2178  * and to ensure that the function body gets unloaded.
2179  */
2180 static bool __ref
2181 _deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
2182 {
2183         return deferred_grow_zone(zone, order);
2184 }
2185
2186 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
2187
2188 void __init page_alloc_init_late(void)
2189 {
2190         struct zone *zone;
2191         int nid;
2192
2193 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
2194
2195         /* There will be num_node_state(N_MEMORY) threads */
2196         atomic_set(&pgdat_init_n_undone, num_node_state(N_MEMORY));
2197         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
2198                 kthread_run(deferred_init_memmap, NODE_DATA(nid), "pgdatinit%d", nid);
2199         }
2200
2201         /* Block until all are initialised */
2202         wait_for_completion(&pgdat_init_all_done_comp);
2203
2204         /*
2205          * We initialized the rest of the deferred pages.  Permanently disable
2206          * on-demand struct page initialization.
2207          */
2208         static_branch_disable(&deferred_pages);
2209
2210         /* Reinit limits that are based on free pages after the kernel is up */
2211         files_maxfiles_init();
2212 #endif
2213
2214         buffer_init();
2215
2216         /* Discard memblock private memory */
2217         memblock_discard();
2218
2219         for_each_node_state(nid, N_MEMORY)
2220                 shuffle_free_memory(NODE_DATA(nid));
2221
2222         for_each_populated_zone(zone)
2223                 set_zone_contiguous(zone);
2224 }
2225
2226 #ifdef CONFIG_CMA
2227 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
2228 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
2229 {
2230         unsigned i = pageblock_nr_pages;
2231         struct page *p = page;
2232
2233         do {
2234                 __ClearPageReserved(p);
2235                 set_page_count(p, 0);
2236         } while (++p, --i);
2237
2238         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
2239         set_page_refcounted(page);
2240         __free_pages(page, pageblock_order);
2241
2242         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
2243         page_zone(page)->cma_pages += pageblock_nr_pages;
2244 }
2245 #endif
2246
2247 /*
2248  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
2249  * Please do not alter this order without good reasons and regression
2250  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
2251  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
2252  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
2253  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
2254  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
2255  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
2256  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
2257  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
2258  *
2259  * -- nyc
2260  */
2261 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
2262         int low, int high, int migratetype)
2263 {
2264         unsigned long size = 1 << high;
2265
2266         while (high > low) {
2267                 high--;
2268                 size >>= 1;
2269                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
2270
2271                 /*
2272                  * Mark as guard pages (or page), that will allow to
2273                  * merge back to allocator when buddy will be freed.
2274                  * Corresponding page table entries will not be touched,
2275                  * pages will stay not present in virtual address space
2276                  */
2277                 if (set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype))
2278                         continue;
2279
2280                 add_to_free_list(&page[size], zone, high, migratetype);
2281                 set_buddy_order(&page[size], high);
2282         }
2283 }
2284
2285 static void check_new_page_bad(struct page *page)
2286 {
2287         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
2288                 /* Don't complain about hwpoisoned pages */
2289                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
2290                 return;
2291         }
2292
2293         bad_page(page,
2294                  page_bad_reason(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP));
2295 }
2296
2297 /*
2298  * This page is about to be returned from the page allocator
2299  */
2300 static inline int check_new_page(struct page *page)
2301 {
2302         if (likely(page_expected_state(page,
2303                                 PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP|__PG_HWPOISON)))
2304                 return 0;
2305
2306         check_new_page_bad(page);
2307         return 1;
2308 }
2309
2310 static bool check_new_pages(struct page *page, unsigned int order)
2311 {
2312         int i;
2313         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
2314                 struct page *p = page + i;
2315
2316                 if (unlikely(check_new_page(p)))
2317                         return true;
2318         }
2319
2320         return false;
2321 }
2322
2323 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
2324 /*
2325  * With DEBUG_VM enabled, order-0 pages are checked for expected state when
2326  * being allocated from pcp lists. With debug_pagealloc also enabled, they are
2327  * also checked when pcp lists are refilled from the free lists.
2328  */
2329 static inline bool check_pcp_refill(struct page *page, unsigned int order)
2330 {
2331         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2332                 return check_new_pages(page, order);
2333         else
2334                 return false;
2335 }
2336
2337 static inline bool check_new_pcp(struct page *page, unsigned int order)
2338 {
2339         return check_new_pages(page, order);
2340 }
2341 #else
2342 /*
2343  * With DEBUG_VM disabled, free order-0 pages are checked for expected state
2344  * when pcp lists are being refilled from the free lists. With debug_pagealloc
2345  * enabled, they are also checked when being allocated from the pcp lists.
2346  */
2347 static inline bool check_pcp_refill(struct page *page, unsigned int order)
2348 {
2349         return check_new_pages(page, order);
2350 }
2351 static inline bool check_new_pcp(struct page *page, unsigned int order)
2352 {
2353         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2354                 return check_new_pages(page, order);
2355         else
2356                 return false;
2357 }
2358 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
2359
2360 static inline bool should_skip_kasan_unpoison(gfp_t flags, bool init_tags)
2361 {
2362         /* Don't skip if a software KASAN mode is enabled. */
2363         if (IS_ENABLED(CONFIG_KASAN_GENERIC) ||
2364             IS_ENABLED(CONFIG_KASAN_SW_TAGS))
2365                 return false;
2366
2367         /* Skip, if hardware tag-based KASAN is not enabled. */
2368         if (!kasan_hw_tags_enabled())
2369                 return true;
2370
2371         /*
2372          * With hardware tag-based KASAN enabled, skip if either:
2373          *
2374          * 1. Memory tags have already been cleared via tag_clear_highpage().
2375          * 2. Skipping has been requested via __GFP_SKIP_KASAN_UNPOISON.
2376          */
2377         return init_tags || (flags & __GFP_SKIP_KASAN_UNPOISON);
2378 }
2379
2380 static inline bool should_skip_init(gfp_t flags)
2381 {
2382         /* Don't skip, if hardware tag-based KASAN is not enabled. */
2383         if (!kasan_hw_tags_enabled())
2384                 return false;
2385
2386         /* For hardware tag-based KASAN, skip if requested. */
2387         return (flags & __GFP_SKIP_ZERO);
2388 }
2389
2390 inline void post_alloc_hook(struct page *page, unsigned int order,
2391                                 gfp_t gfp_flags)
2392 {
2393         bool init = !want_init_on_free() && want_init_on_alloc(gfp_flags) &&
2394                         !should_skip_init(gfp_flags);
2395         bool init_tags = init && (gfp_flags & __GFP_ZEROTAGS);
2396
2397         set_page_private(page, 0);
2398         set_page_refcounted(page);
2399
2400         arch_alloc_page(page, order);
2401         debug_pagealloc_map_pages(page, 1 << order);
2402
2403         /*
2404          * Page unpoisoning must happen before memory initialization.
2405          * Otherwise, the poison pattern will be overwritten for __GFP_ZERO
2406          * allocations and the page unpoisoning code will complain.
2407          */
2408         kernel_unpoison_pages(page, 1 << order);
2409
2410         /*
2411          * As memory initialization might be integrated into KASAN,
2412          * KASAN unpoisoning and memory initializion code must be
2413          * kept together to avoid discrepancies in behavior.
2414          */
2415
2416         /*
2417          * If memory tags should be zeroed (which happens only when memory
2418          * should be initialized as well).
2419          */
2420         if (init_tags) {
2421                 int i;
2422
2423                 /* Initialize both memory and tags. */
2424                 for (i = 0; i != 1 << order; ++i)
2425                         tag_clear_highpage(page + i);
2426
2427                 /* Note that memory is already initialized by the loop above. */
2428                 init = false;
2429         }
2430         if (!should_skip_kasan_unpoison(gfp_flags, init_tags)) {
2431                 /* Unpoison shadow memory or set memory tags. */
2432                 kasan_unpoison_pages(page, order, init);
2433
2434                 /* Note that memory is already initialized by KASAN. */
2435                 if (kasan_has_integrated_init())
2436                         init = false;
2437         }
2438         /* If memory is still not initialized, do it now. */
2439         if (init)
2440                 kernel_init_pages(page, 1 << order);
2441         /* Propagate __GFP_SKIP_KASAN_POISON to page flags. */
2442         if (kasan_hw_tags_enabled() && (gfp_flags & __GFP_SKIP_KASAN_POISON))
2443                 SetPageSkipKASanPoison(page);
2444
2445         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
2446         page_table_check_alloc(page, order);
2447 }
2448
2449 static void prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
2450                                                         unsigned int alloc_flags)
2451 {
2452         post_alloc_hook(page, order, gfp_flags);
2453
2454         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
2455                 prep_compound_page(page, order);
2456
2457         /*
2458          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
2459          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
2460          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
2461          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
2462          */
2463         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
2464                 set_page_pfmemalloc(page);
2465         else
2466                 clear_page_pfmemalloc(page);
2467 }
2468
2469 /*
2470  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
2471  * the smallest available page from the freelists
2472  */
2473 static __always_inline
2474 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
2475                                                 int migratetype)
2476 {
2477         unsigned int current_order;
2478         struct free_area *area;
2479         struct page *page;
2480
2481         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
2482         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
2483                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2484                 page = get_page_from_free_area(area, migratetype);
2485                 if (!page)
2486                         continue;
2487                 del_page_from_free_list(page, zone, current_order);
2488                 expand(zone, page, order, current_order, migratetype);
2489                 set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2490                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype,
2491                                 pcp_allowed_order(order) &&
2492                                 migratetype < MIGRATE_PCPTYPES);
2493                 return page;
2494         }
2495
2496         return NULL;
2497 }
2498
2499
2500 /*
2501  * This array describes the order lists are fallen back to when
2502  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
2503  *
2504  * The other migratetypes do not have fallbacks.
2505  */
2506 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][3] = {
2507         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2508         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_TYPES },
2509         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2510 };
2511
2512 #ifdef CONFIG_CMA
2513 static __always_inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2514                                         unsigned int order)
2515 {
2516         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
2517 }
2518 #else
2519 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2520                                         unsigned int order) { return NULL; }
2521 #endif
2522
2523 /*
2524  * Move the free pages in a range to the freelist tail of the requested type.
2525  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
2526  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
2527  */
2528 static int move_freepages(struct zone *zone,
2529                           unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn,
2530                           int migratetype, int *num_movable)
2531 {
2532         struct page *page;
2533         unsigned long pfn;
2534         unsigned int order;
2535         int pages_moved = 0;
2536
2537         for (pfn = start_pfn; pfn <= end_pfn;) {
2538                 page = pfn_to_page(pfn);
2539                 if (!PageBuddy(page)) {
2540                         /*
2541                          * We assume that pages that could be isolated for
2542                          * migration are movable. But we don't actually try
2543                          * isolating, as that would be expensive.
2544                          */
2545                         if (num_movable &&
2546                                         (PageLRU(page) || __PageMovable(page)))
2547                                 (*num_movable)++;
2548                         pfn++;
2549                         continue;
2550                 }
2551
2552                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
2553                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
2554                 VM_BUG_ON_PAGE(page_zone(page) != zone, page);
2555
2556                 order = buddy_order(page);
2557                 move_to_free_list(page, zone, order, migratetype);
2558                 pfn += 1 << order;
2559                 pages_moved += 1 << order;
2560         }
2561
2562         return pages_moved;
2563 }
2564
2565 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
2566                                 int migratetype, int *num_movable)
2567 {
2568         unsigned long start_pfn, end_pfn, pfn;
2569
2570         if (num_movable)
2571                 *num_movable = 0;
2572
2573         pfn = page_to_pfn(page);
2574         start_pfn = pfn & ~(pageblock_nr_pages - 1);
2575         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
2576
2577         /* Do not cross zone boundaries */
2578         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
2579                 start_pfn = pfn;
2580         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
2581                 return 0;
2582
2583         return move_freepages(zone, start_pfn, end_pfn, migratetype,
2584                                                                 num_movable);
2585 }
2586
2587 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
2588                                         int start_order, int migratetype)
2589 {
2590         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
2591
2592         while (nr_pageblocks--) {
2593                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
2594                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
2595         }
2596 }
2597
2598 /*
2599  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
2600  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
2601  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
2602  *
2603  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
2604  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
2605  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
2606  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
2607  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
2608  * pageblocks.
2609  */
2610 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
2611 {
2612         /*
2613          * Leaving this order check is intended, although there is
2614          * relaxed order check in next check. The reason is that
2615          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
2616          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
2617          * so could be changed anytime.
2618          */
2619         if (order >= pageblock_order)
2620                 return true;
2621
2622         if (order >= pageblock_order / 2 ||
2623                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
2624                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
2625                 page_group_by_mobility_disabled)
2626                 return true;
2627
2628         return false;
2629 }
2630
2631 static inline bool boost_watermark(struct zone *zone)
2632 {
2633         unsigned long max_boost;
2634
2635         if (!watermark_boost_factor)
2636                 return false;
2637         /*
2638          * Don't bother in zones that are unlikely to produce results.
2639          * On small machines, including kdump capture kernels running
2640          * in a small area, boosting the watermark can cause an out of
2641          * memory situation immediately.
2642          */
2643         if ((pageblock_nr_pages * 4) > zone_managed_pages(zone))
2644                 return false;
2645
2646         max_boost = mult_frac(zone->_watermark[WMARK_HIGH],
2647                         watermark_boost_factor, 10000);
2648
2649         /*
2650          * high watermark may be uninitialised if fragmentation occurs
2651          * very early in boot so do not boost. We do not fall
2652          * through and boost by pageblock_nr_pages as failing
2653          * allocations that early means that reclaim is not going
2654          * to help and it may even be impossible to reclaim the
2655          * boosted watermark resulting in a hang.
2656          */
2657         if (!max_boost)
2658                 return false;
2659
2660         max_boost = max(pageblock_nr_pages, max_boost);
2661
2662         zone->watermark_boost = min(zone->watermark_boost + pageblock_nr_pages,
2663                 max_boost);
2664
2665         return true;
2666 }
2667
2668 /*
2669  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
2670  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
2671  * pageblock to our migratetype and determine how many already-allocated pages
2672  * are there in the pageblock with a compatible migratetype. If at least half
2673  * of pages are free or compatible, we can change migratetype of the pageblock
2674  * itself, so pages freed in the future will be put on the correct free list.
2675  */
2676 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
2677                 unsigned int alloc_flags, int start_type, bool whole_block)
2678 {
2679         unsigned int current_order = buddy_order(page);
2680         int free_pages, movable_pages, alike_pages;
2681         int old_block_type;
2682
2683         old_block_type = get_pageblock_migratetype(page);
2684
2685         /*
2686          * This can happen due to races and we want to prevent broken
2687          * highatomic accounting.
2688          */
2689         if (is_migrate_highatomic(old_block_type))
2690                 goto single_page;
2691
2692         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
2693         if (current_order >= pageblock_order) {
2694                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
2695                 goto single_page;
2696         }
2697
2698         /*
2699          * Boost watermarks to increase reclaim pressure to reduce the
2700          * likelihood of future fallbacks. Wake kswapd now as the node
2701          * may be balanced overall and kswapd will not wake naturally.
2702          */
2703         if (boost_watermark(zone) && (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD))
2704                 set_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
2705
2706         /* We are not allowed to try stealing from the whole block */
2707         if (!whole_block)
2708                 goto single_page;
2709
2710         free_pages = move_freepages_block(zone, page, start_type,
2711                                                 &movable_pages);
2712         /*
2713          * Determine how many pages are compatible with our allocation.
2714          * For movable allocation, it's the number of movable pages which
2715          * we just obtained. For other types it's a bit more tricky.
2716          */
2717         if (start_type == MIGRATE_MOVABLE) {
2718                 alike_pages = movable_pages;
2719         } else {
2720                 /*
2721                  * If we are falling back a RECLAIMABLE or UNMOVABLE allocation
2722                  * to MOVABLE pageblock, consider all non-movable pages as
2723                  * compatible. If it's UNMOVABLE falling back to RECLAIMABLE or
2724                  * vice versa, be conservative since we can't distinguish the
2725                  * exact migratetype of non-movable pages.
2726                  */
2727                 if (old_block_type == MIGRATE_MOVABLE)
2728                         alike_pages = pageblock_nr_pages
2729                                                 - (free_pages + movable_pages);
2730                 else
2731                         alike_pages = 0;
2732         }
2733
2734         /* moving whole block can fail due to zone boundary conditions */
2735         if (!free_pages)
2736                 goto single_page;
2737
2738         /*
2739          * If a sufficient number of pages in the block are either free or of
2740          * comparable migratability as our allocation, claim the whole block.
2741          */
2742         if (free_pages + alike_pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
2743                         page_group_by_mobility_disabled)
2744                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
2745
2746         return;
2747
2748 single_page:
2749         move_to_free_list(page, zone, current_order, start_type);
2750 }
2751
2752 /*
2753  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
2754  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
2755  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
2756  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
2757  */
2758 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
2759                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
2760 {
2761         int i;
2762         int fallback_mt;
2763
2764         if (area->nr_free == 0)
2765                 return -1;
2766
2767         *can_steal = false;
2768         for (i = 0;; i++) {
2769                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
2770                 if (fallback_mt == MIGRATE_TYPES)
2771                         break;
2772
2773                 if (free_area_empty(area, fallback_mt))
2774                         continue;
2775
2776                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
2777                         *can_steal = true;
2778
2779                 if (!only_stealable)
2780                         return fallback_mt;
2781
2782                 if (*can_steal)
2783                         return fallback_mt;
2784         }
2785
2786         return -1;
2787 }
2788
2789 /*
2790  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
2791  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
2792  */
2793 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone,
2794                                 unsigned int alloc_order)
2795 {
2796         int mt;
2797         unsigned long max_managed, flags;
2798
2799         /*
2800          * Limit the number reserved to 1 pageblock or roughly 1% of a zone.
2801          * Check is race-prone but harmless.
2802          */
2803         max_managed = (zone_managed_pages(zone) / 100) + pageblock_nr_pages;
2804         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2805                 return;
2806
2807         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2808
2809         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
2810         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2811                 goto out_unlock;
2812
2813         /* Yoink! */
2814         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2815         /* Only reserve normal pageblocks (i.e., they can merge with others) */
2816         if (migratetype_is_mergeable(mt)) {
2817                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
2818                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2819                 move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_HIGHATOMIC, NULL);
2820         }
2821
2822 out_unlock:
2823         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2824 }
2825
2826 /*
2827  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
2828  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
2829  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
2830  * to recover from than an OOM.
2831  *
2832  * If @force is true, try to unreserve a pageblock even though highatomic
2833  * pageblock is exhausted.
2834  */
2835 static bool unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac,
2836                                                 bool force)
2837 {
2838         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2839         unsigned long flags;
2840         struct zoneref *z;
2841         struct zone *zone;
2842         struct page *page;
2843         int order;
2844         bool ret;
2845
2846         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->highest_zoneidx,
2847                                                                 ac->nodemask) {
2848                 /*
2849                  * Preserve at least one pageblock unless memory pressure
2850                  * is really high.
2851                  */
2852                 if (!force && zone->nr_reserved_highatomic <=
2853                                         pageblock_nr_pages)
2854                         continue;
2855
2856                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2857                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
2858                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
2859
2860                         page = get_page_from_free_area(area, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2861                         if (!page)
2862                                 continue;
2863
2864                         /*
2865                          * In page freeing path, migratetype change is racy so
2866                          * we can counter several free pages in a pageblock
2867                          * in this loop although we changed the pageblock type
2868                          * from highatomic to ac->migratetype. So we should
2869                          * adjust the count once.
2870                          */
2871                         if (is_migrate_highatomic_page(page)) {
2872                                 /*
2873                                  * It should never happen but changes to
2874                                  * locking could inadvertently allow a per-cpu
2875                                  * drain to add pages to MIGRATE_HIGHATOMIC
2876                                  * while unreserving so be safe and watch for
2877                                  * underflows.
2878                                  */
2879                                 zone->nr_reserved_highatomic -= min(
2880                                                 pageblock_nr_pages,
2881                                                 zone->nr_reserved_highatomic);
2882                         }
2883
2884                         /*
2885                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
2886                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
2887                          * is doing the work and needs the pages. More
2888                          * importantly, if the block was always converted to
2889                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
2890                          * of pageblocks that cannot be completely freed
2891                          * may increase.
2892                          */
2893                         set_pageblock_migratetype(page, ac->migratetype);
2894                         ret = move_freepages_block(zone, page, ac->migratetype,
2895                                                                         NULL);
2896                         if (ret) {
2897                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2898                                 return ret;
2899                         }
2900                 }
2901                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2902         }
2903
2904         return false;
2905 }
2906
2907 /*
2908  * Try finding a free buddy page on the fallback list and put it on the free
2909  * list of requested migratetype, possibly along with other pages from the same
2910  * block, depending on fragmentation avoidance heuristics. Returns true if
2911  * fallback was found so that __rmqueue_smallest() can grab it.
2912  *
2913  * The use of signed ints for order and current_order is a deliberate
2914  * deviation from the rest of this file, to make the for loop
2915  * condition simpler.
2916  */
2917 static __always_inline bool
2918 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, int order, int start_migratetype,
2919                                                 unsigned int alloc_flags)
2920 {
2921         struct free_area *area;
2922         int current_order;
2923         int min_order = order;
2924         struct page *page;
2925         int fallback_mt;
2926         bool can_steal;
2927
2928         /*
2929          * Do not steal pages from freelists belonging to other pageblocks
2930          * i.e. orders < pageblock_order. If there are no local zones free,
2931          * the zonelists will be reiterated without ALLOC_NOFRAGMENT.
2932          */
2933         if (alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT)
2934                 min_order = pageblock_order;
2935
2936         /*
2937          * Find the largest available free page in the other list. This roughly
2938          * approximates finding the pageblock with the most free pages, which
2939          * would be too costly to do exactly.
2940          */
2941         for (current_order = MAX_ORDER - 1; current_order >= min_order;
2942                                 --current_order) {
2943                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2944                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2945                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2946                 if (fallback_mt == -1)
2947                         continue;
2948
2949                 /*
2950                  * We cannot steal all free pages from the pageblock and the
2951                  * requested migratetype is movable. In that case it's better to
2952                  * steal and split the smallest available page instead of the
2953                  * largest available page, because even if the next movable
2954                  * allocation falls back into a different pageblock than this
2955                  * one, it won't cause permanent fragmentation.
2956                  */
2957                 if (!can_steal && start_migratetype == MIGRATE_MOVABLE
2958                                         && current_order > order)
2959                         goto find_smallest;
2960
2961                 goto do_steal;
2962         }
2963
2964         return false;
2965
2966 find_smallest:
2967         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER;
2968                                                         current_order++) {
2969                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2970                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2971                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2972                 if (fallback_mt != -1)
2973                         break;
2974         }
2975
2976         /*
2977          * This should not happen - we already found a suitable fallback
2978          * when looking for the largest page.
2979          */
2980         VM_BUG_ON(current_order == MAX_ORDER);
2981
2982 do_steal:
2983         page = get_page_from_free_area(area, fallback_mt);
2984
2985         steal_suitable_fallback(zone, page, alloc_flags, start_migratetype,
2986                                                                 can_steal);
2987
2988         trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
2989                 start_migratetype, fallback_mt);
2990
2991         return true;
2992
2993 }
2994
2995 /*
2996  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
2997  * Call me with the zone->lock already held.
2998  */
2999 static __always_inline struct page *
3000 __rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order, int migratetype,
3001                                                 unsigned int alloc_flags)
3002 {
3003         struct page *page;
3004
3005         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA)) {
3006                 /*
3007                  * Balance movable allocations between regular and CMA areas by
3008                  * allocating from CMA when over half of the zone's free memory
3009                  * is in the CMA area.
3010                  */
3011                 if (alloc_flags & ALLOC_CMA &&
3012                     zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES) >
3013                     zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES) / 2) {
3014                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
3015                         if (page)
3016                                 return page;
3017                 }
3018         }
3019 retry:
3020         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
3021         if (unlikely(!page)) {
3022                 if (alloc_flags & ALLOC_CMA)
3023                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
3024
3025                 if (!page && __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype,
3026                                                                 alloc_flags))
3027                         goto retry;
3028         }
3029         return page;
3030 }
3031
3032 /*
3033  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
3034  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
3035  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
3036  */
3037 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
3038                         unsigned long count, struct list_head *list,
3039                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
3040 {
3041         int i, allocated = 0;
3042
3043         /*
3044          * local_lock_irq held so equivalent to spin_lock_irqsave for
3045          * both PREEMPT_RT and non-PREEMPT_RT configurations.
3046          */
3047         spin_lock(&zone->lock);
3048         for (i = 0; i < count; ++i) {
3049                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype,
3050                                                                 alloc_flags);
3051                 if (unlikely(page == NULL))
3052                         break;
3053
3054                 if (unlikely(check_pcp_refill(page, order)))
3055                         continue;
3056
3057                 /*
3058                  * Split buddy pages returned by expand() are received here in
3059                  * physical page order. The page is added to the tail of
3060                  * caller's list. From the callers perspective, the linked list
3061                  * is ordered by page number under some conditions. This is
3062                  * useful for IO devices that can forward direction from the
3063                  * head, thus also in the physical page order. This is useful
3064                  * for IO devices that can merge IO requests if the physical
3065                  * pages are ordered properly.
3066                  */
3067                 list_add_tail(&page->lru, list);
3068                 allocated++;
3069                 if (is_migrate_cma(get_pcppage_migratetype(page)))
3070                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
3071                                               -(1 << order));
3072         }
3073
3074         /*
3075          * i pages were removed from the buddy list even if some leak due
3076          * to check_pcp_refill failing so adjust NR_FREE_PAGES based
3077          * on i. Do not confuse with 'allocated' which is the number of
3078          * pages added to the pcp list.
3079          */
3080         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
3081         spin_unlock(&zone->lock);
3082         return allocated;
3083 }
3084
3085 #ifdef CONFIG_NUMA
3086 /*
3087  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
3088  * currently executing processor on remote nodes after they have
3089  * expired.
3090  *
3091  * Note that this function must be called with the thread pinned to
3092  * a single processor.
3093  */
3094 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
3095 {
3096         unsigned long flags;
3097         int to_drain, batch;
3098
3099         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3100         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
3101         to_drain = min(pcp->count, batch);
3102         if (to_drain > 0)
3103                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp, 0);
3104         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3105 }
3106 #endif
3107
3108 /*
3109  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
3110  *
3111  * The processor must either be the current processor and the
3112  * thread pinned to the current processor or a processor that
3113  * is not online.
3114  */
3115 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
3116 {
3117         unsigned long flags;
3118         struct per_cpu_pages *pcp;
3119
3120         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3121
3122         pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
3123         if (pcp->count)
3124                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp, 0);
3125
3126         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3127 }
3128
3129 /*
3130  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
3131  *
3132  * The processor must either be the current processor and the
3133  * thread pinned to the current processor or a processor that
3134  * is not online.
3135  */
3136 static void drain_pages(unsigned int cpu)
3137 {
3138         struct zone *zone;
3139
3140         for_each_populated_zone(zone) {
3141                 drain_pages_zone(cpu, zone);
3142         }
3143 }
3144
3145 /*
3146  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
3147  *
3148  * The CPU has to be pinned. When zone parameter is non-NULL, spill just
3149  * the single zone's pages.
3150  */
3151 void drain_local_pages(struct zone *zone)
3152 {
3153         int cpu = smp_processor_id();
3154
3155         if (zone)
3156                 drain_pages_zone(cpu, zone);
3157         else
3158                 drain_pages(cpu);
3159 }
3160
3161 static void drain_local_pages_wq(struct work_struct *work)
3162 {
3163         struct pcpu_drain *drain;
3164
3165         drain = container_of(work, struct pcpu_drain, work);
3166
3167         /*
3168          * drain_all_pages doesn't use proper cpu hotplug protection so
3169          * we can race with cpu offline when the WQ can move this from
3170          * a cpu pinned worker to an unbound one. We can operate on a different
3171          * cpu which is alright but we also have to make sure to not move to
3172          * a different one.
3173          */
3174         migrate_disable();
3175         drain_local_pages(drain->zone);
3176         migrate_enable();
3177 }
3178
3179 /*
3180  * The implementation of drain_all_pages(), exposing an extra parameter to
3181  * drain on all cpus.
3182  *
3183  * drain_all_pages() is optimized to only execute on cpus where pcplists are
3184  * not empty. The check for non-emptiness can however race with a free to
3185  * pcplist that has not yet increased the pcp->count from 0 to 1. Callers
3186  * that need the guarantee that every CPU has drained can disable the
3187  * optimizing racy check.
3188  */
3189 static void __drain_all_pages(struct zone *zone, bool force_all_cpus)
3190 {
3191         int cpu;
3192
3193         /*
3194          * Allocate in the BSS so we won't require allocation in
3195          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
3196          */
3197         static cpumask_t cpus_with_pcps;
3198
3199         /*
3200          * Make sure nobody triggers this path before mm_percpu_wq is fully
3201          * initialized.
3202          */
3203         if (WARN_ON_ONCE(!mm_percpu_wq))
3204                 return;
3205
3206         /*
3207          * Do not drain if one is already in progress unless it's specific to
3208          * a zone. Such callers are primarily CMA and memory hotplug and need
3209          * the drain to be complete when the call returns.
3210          */
3211         if (unlikely(!mutex_trylock(&pcpu_drain_mutex))) {
3212                 if (!zone)
3213                         return;
3214                 mutex_lock(&pcpu_drain_mutex);
3215         }
3216
3217         /*
3218          * We don't care about racing with CPU hotplug event
3219          * as offline notification will cause the notified
3220          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
3221          * disables preemption as part of its processing
3222          */
3223         for_each_online_cpu(cpu) {
3224                 struct per_cpu_pages *pcp;
3225                 struct zone *z;
3226                 bool has_pcps = false;
3227
3228                 if (force_all_cpus) {
3229                         /*
3230                          * The pcp.count check is racy, some callers need a
3231                          * guarantee that no cpu is missed.
3232                          */
3233                         has_pcps = true;
3234                 } else if (zone) {
3235                         pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
3236                         if (pcp->count)
3237                                 has_pcps = true;
3238                 } else {
3239                         for_each_populated_zone(z) {
3240                                 pcp = per_cpu_ptr(z->per_cpu_pageset, cpu);
3241                                 if (pcp->count) {
3242                                         has_pcps = true;
3243                                         break;
3244                                 }
3245                         }
3246                 }
3247
3248                 if (has_pcps)
3249                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
3250                 else
3251                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
3252         }
3253
3254         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps) {
3255                 struct pcpu_drain *drain = per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu);
3256
3257                 drain->zone = zone;
3258                 INIT_WORK(&drain->work, drain_local_pages_wq);
3259                 queue_work_on(cpu, mm_percpu_wq, &drain->work);
3260         }
3261         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps)
3262                 flush_work(&per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu)->work);
3263
3264         mutex_unlock(&pcpu_drain_mutex);
3265 }
3266
3267 /*
3268  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
3269  *
3270  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
3271  *
3272  * Note that this can be extremely slow as the draining happens in a workqueue.
3273  */
3274 void drain_all_pages(struct zone *zone)
3275 {
3276         __drain_all_pages(zone, false);
3277 }
3278
3279 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
3280
3281 /*
3282  * Touch the watchdog for every WD_PAGE_COUNT pages.
3283  */
3284 #define WD_PAGE_COUNT   (128*1024)
3285
3286 void mark_free_pages(struct zone *zone)
3287 {
3288         unsigned long pfn, max_zone_pfn, page_count = WD_PAGE_COUNT;
3289         unsigned long flags;
3290         unsigned int order, t;
3291         struct page *page;
3292
3293         if (zone_is_empty(zone))
3294                 return;
3295
3296         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3297
3298         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
3299         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
3300                 if (pfn_valid(pfn)) {
3301                         page = pfn_to_page(pfn);
3302
3303                         if (!--page_count) {
3304                                 touch_nmi_watchdog();
3305                                 page_count = WD_PAGE_COUNT;
3306                         }
3307
3308                         if (page_zone(page) != zone)
3309                                 continue;
3310
3311                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
3312                                 swsusp_unset_page_free(page);
3313                 }
3314
3315         for_each_migratetype_order(order, t) {
3316                 list_for_each_entry(page,
3317                                 &zone->free_area[order].free_list[t], lru) {
3318                         unsigned long i;
3319
3320                         pfn = page_to_pfn(page);
3321                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++) {
3322                                 if (!--page_count) {
3323                                         touch_nmi_watchdog();
3324                                         page_count = WD_PAGE_COUNT;
3325                                 }
3326                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
3327                         }
3328                 }
3329         }
3330         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3331 }
3332 #endif /* CONFIG_PM */
3333
3334 static bool free_unref_page_prepare(struct page *page, unsigned long pfn,
3335                                                         unsigned int order)
3336 {
3337         int migratetype;
3338
3339         if (!free_pcp_prepare(page, order))
3340                 return false;
3341
3342         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
3343         set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
3344         return true;
3345 }
3346
3347 static int nr_pcp_free(struct per_cpu_pages *pcp, int high, int batch,
3348                        bool free_high)
3349 {
3350         int min_nr_free, max_nr_free;
3351
3352         /* Free everything if batch freeing high-order pages. */
3353         if (unlikely(free_high))
3354                 return pcp->count;
3355
3356         /* Check for PCP disabled or boot pageset */
3357         if (unlikely(high < batch))
3358                 return 1;
3359
3360         /* Leave at least pcp->batch pages on the list */
3361         min_nr_free = batch;
3362         max_nr_free = high - batch;
3363
3364         /*
3365          * Double the number of pages freed each time there is subsequent
3366          * freeing of pages without any allocation.
3367          */
3368         batch <<= pcp->free_factor;
3369         if (batch < max_nr_free)
3370                 pcp->free_factor++;
3371         batch = clamp(batch, min_nr_free, max_nr_free);
3372
3373         return batch;
3374 }
3375
3376 static int nr_pcp_high(struct per_cpu_pages *pcp, struct zone *zone,
3377                        bool free_high)
3378 {
3379         int high = READ_ONCE(pcp->high);
3380
3381         if (unlikely(!high || free_high))
3382                 return 0;
3383
3384         if (!test_bit(ZONE_RECLAIM_ACTIVE, &zone->flags))
3385                 return high;
3386
3387         /*
3388          * If reclaim is active, limit the number of pages that can be
3389          * stored on pcp lists
3390          */
3391         return min(READ_ONCE(pcp->batch) << 2, high);
3392 }
3393
3394 static void free_unref_page_commit(struct page *page, int migratetype,
3395                                    unsigned int order)
3396 {
3397         struct zone *zone = page_zone(page);
3398         struct per_cpu_pages *pcp;
3399         int high;
3400         int pindex;
3401         bool free_high;
3402
3403         __count_vm_event(PGFREE);
3404         pcp = this_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset);
3405         pindex = order_to_pindex(migratetype, order);
3406         list_add(&page->lru, &pcp->lists[pindex]);
3407         pcp->count += 1 << order;
3408
3409         /*
3410          * As high-order pages other than THP's stored on PCP can contribute
3411          * to fragmentation, limit the number stored when PCP is heavily
3412          * freeing without allocation. The remainder after bulk freeing
3413          * stops will be drained from vmstat refresh context.
3414          */
3415         free_high = (pcp->free_factor && order && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
3416
3417         high = nr_pcp_high(pcp, zone, free_high);
3418         if (pcp->count >= high) {
3419                 int batch = READ_ONCE(pcp->batch);
3420
3421                 free_pcppages_bulk(zone, nr_pcp_free(pcp, high, batch, free_high), pcp, pindex);
3422         }
3423 }
3424
3425 /*
3426  * Free a pcp page
3427  */
3428 void free_unref_page(struct page *page, unsigned int order)
3429 {
3430         unsigned long flags;
3431         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
3432         int migratetype;
3433
3434         if (!free_unref_page_prepare(page, pfn, order))
3435                 return;
3436
3437         /*
3438          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
3439          * Place ISOLATE pages on the isolated list because they are being
3440          * offlined but treat HIGHATOMIC as movable pages so we can get those
3441          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
3442          * excessively into the page allocator
3443          */
3444         migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
3445         if (unlikely(migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES)) {
3446                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
3447                         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype, FPI_NONE);
3448                         return;
3449                 }
3450                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
3451         }
3452
3453         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3454         free_unref_page_commit(page, migratetype, order);
3455         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3456 }
3457
3458 /*
3459  * Free a list of 0-order pages
3460  */
3461 void free_unref_page_list(struct list_head *list)
3462 {
3463         struct page *page, *next;
3464         unsigned long flags;
3465         int batch_count = 0;
3466         int migratetype;
3467
3468         /* Prepare pages for freeing */
3469         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
3470                 unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
3471                 if (!free_unref_page_prepare(page, pfn, 0)) {
3472                         list_del(&page->lru);
3473                         continue;
3474                 }
3475
3476                 /*
3477                  * Free isolated pages directly to the allocator, see
3478                  * comment in free_unref_page.
3479                  */
3480                 migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
3481                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
3482                         list_del(&page->lru);
3483                         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, 0, migratetype, FPI_NONE);
3484                         continue;
3485                 }
3486         }
3487
3488         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3489         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
3490                 /*
3491                  * Non-isolated types over MIGRATE_PCPTYPES get added
3492                  * to the MIGRATE_MOVABLE pcp list.
3493                  */
3494                 migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
3495                 if (unlikely(migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES))
3496                         migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
3497
3498                 trace_mm_page_free_batched(page);
3499                 free_unref_page_commit(page, migratetype, 0);
3500
3501                 /*
3502                  * Guard against excessive IRQ disabled times when we get
3503                  * a large list of pages to free.
3504                  */
3505                 if (++batch_count == SWAP_CLUSTER_MAX) {
3506                         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3507                         batch_count = 0;
3508                         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3509                 }
3510         }
3511         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3512 }
3513
3514 /*
3515  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
3516  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
3517  * Each sub-page must be freed individually.
3518  *
3519  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
3520  * Please consult with lkml before using this in your driver.
3521  */
3522 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
3523 {
3524         int i;
3525
3526         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
3527         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
3528
3529         for (i = 1; i < (1 << order); i++)
3530                 set_page_refcounted(page + i);
3531         split_page_owner(page, 1 << order);
3532         split_page_memcg(page, 1 << order);
3533 }
3534 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
3535
3536 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
3537 {
3538         unsigned long watermark;
3539         struct zone *zone;
3540         int mt;
3541
3542         BUG_ON(!PageBuddy(page));
3543
3544         zone = page_zone(page);
3545         mt = get_pageblock_migratetype(page);
3546
3547         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
3548                 /*
3549                  * Obey watermarks as if the page was being allocated. We can
3550                  * emulate a high-order watermark check with a raised order-0
3551                  * watermark, because we already know our high-order page
3552                  * exists.
3553                  */
3554                 watermark = zone->_watermark[WMARK_MIN] + (1UL << order);
3555                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, ALLOC_CMA))
3556                         return 0;
3557
3558                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
3559         }
3560
3561         /* Remove page from free list */
3562
3563         del_page_from_free_list(page, zone, order);
3564
3565         /*
3566          * Set the pageblock if the isolated page is at least half of a
3567          * pageblock
3568          */
3569         if (order >= pageblock_order - 1) {
3570                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
3571                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
3572                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
3573                         /*
3574                          * Only change normal pageblocks (i.e., they can merge
3575                          * with others)
3576                          */
3577                         if (migratetype_is_mergeable(mt))
3578                                 set_pageblock_migratetype(page,
3579                                                           MIGRATE_MOVABLE);
3580                 }
3581         }
3582
3583
3584         return 1UL << order;
3585 }
3586
3587 /**
3588  * __putback_isolated_page - Return a now-isolated page back where we got it
3589  * @page: Page that was isolated
3590  * @order: Order of the isolated page
3591  * @mt: The page's pageblock's migratetype
3592  *
3593  * This function is meant to return a page pulled from the free lists via
3594  * __isolate_free_page back to the free lists they were pulled from.
3595  */
3596 void __putback_isolated_page(struct page *page, unsigned int order, int mt)
3597 {
3598         struct zone *zone = page_zone(page);
3599
3600         /* zone lock should be held when this function is called */
3601         lockdep_assert_held(&zone->lock);
3602
3603         /* Return isolated page to tail of freelist. */
3604         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, order, mt,
3605                         FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY | FPI_TO_TAIL);
3606 }
3607
3608 /*
3609  * Update NUMA hit/miss statistics
3610  *
3611  * Must be called with interrupts disabled.
3612  */
3613 static inline void zone_statistics(struct zone *preferred_zone, struct zone *z,
3614                                    long nr_account)
3615 {
3616 #ifdef CONFIG_NUMA
3617         enum numa_stat_item local_stat = NUMA_LOCAL;
3618
3619         /* skip numa counters update if numa stats is disabled */
3620         if (!static_branch_likely(&vm_numa_stat_key))
3621                 return;
3622
3623         if (zone_to_nid(z) != numa_node_id())
3624                 local_stat = NUMA_OTHER;
3625
3626         if (zone_to_nid(z) == zone_to_nid(preferred_zone))
3627                 __count_numa_events(z, NUMA_HIT, nr_account);
3628         else {
3629                 __count_numa_events(z, NUMA_MISS, nr_account);
3630                 __count_numa_events(preferred_zone, NUMA_FOREIGN, nr_account);
3631         }
3632         __count_numa_events(z, local_stat, nr_account);
3633 #endif
3634 }
3635
3636 /* Remove page from the per-cpu list, caller must protect the list */
3637 static inline
3638 struct page *__rmqueue_pcplist(struct zone *zone, unsigned int order,
3639                         int migratetype,
3640                         unsigned int alloc_flags,
3641                         struct per_cpu_pages *pcp,
3642                         struct list_head *list)
3643 {
3644         struct page *page;
3645
3646         do {
3647                 if (list_empty(list)) {
3648                         int batch = READ_ONCE(pcp->batch);
3649                         int alloced;
3650
3651                         /*
3652                          * Scale batch relative to order if batch implies
3653                          * free pages can be stored on the PCP. Batch can
3654                          * be 1 for small zones or for boot pagesets which
3655                          * should never store free pages as the pages may
3656                          * belong to arbitrary zones.
3657                          */
3658                         if (batch > 1)
3659                                 batch = max(batch >> order, 2);
3660                         alloced = rmqueue_bulk(zone, order,
3661                                         batch, list,
3662                                         migratetype, alloc_flags);
3663
3664                         pcp->count += alloced << order;
3665                         if (unlikely(list_empty(list)))
3666                                 return NULL;
3667                 }
3668
3669                 page = list_first_entry(list, struct page, lru);
3670                 list_del(&page->lru);
3671                 pcp->count -= 1 << order;
3672         } while (check_new_pcp(page, order));
3673
3674         return page;
3675 }
3676
3677 /* Lock and remove page from the per-cpu list */
3678 static struct page *rmqueue_pcplist(struct zone *preferred_zone,
3679                         struct zone *zone, unsigned int order,
3680                         gfp_t gfp_flags, int migratetype,
3681                         unsigned int alloc_flags)
3682 {
3683         struct per_cpu_pages *pcp;
3684         struct list_head *list;
3685         struct page *page;
3686         unsigned long flags;
3687
3688         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3689
3690         /*
3691          * On allocation, reduce the number of pages that are batch freed.
3692          * See nr_pcp_free() where free_factor is increased for subsequent
3693          * frees.
3694          */
3695         pcp = this_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset);
3696         pcp->free_factor >>= 1;
3697         list = &pcp->lists[order_to_pindex(migratetype, order)];
3698         page = __rmqueue_pcplist(zone, order, migratetype, alloc_flags, pcp, list);
3699         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3700         if (page) {
3701                 __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1);
3702                 zone_statistics(preferred_zone, zone, 1);
3703         }
3704         return page;
3705 }
3706
3707 /*
3708  * Allocate a page from the given zone. Use pcplists for order-0 allocations.
3709  */
3710 static inline
3711 struct page *rmqueue(struct zone *preferred_zone,
3712                         struct zone *zone, unsigned int order,
3713                         gfp_t gfp_flags, unsigned int alloc_flags,
3714                         int migratetype)
3715 {
3716         unsigned long flags;
3717         struct page *page;
3718
3719         if (likely(pcp_allowed_order(order))) {
3720                 /*
3721                  * MIGRATE_MOVABLE pcplist could have the pages on CMA area and
3722                  * we need to skip it when CMA area isn't allowed.
3723                  */
3724                 if (!IS_ENABLED(CONFIG_CMA) || alloc_flags & ALLOC_CMA ||
3725                                 migratetype != MIGRATE_MOVABLE) {
3726                         page = rmqueue_pcplist(preferred_zone, zone, order,
3727                                         gfp_flags, migratetype, alloc_flags);
3728                         goto out;
3729                 }
3730         }
3731
3732         /*
3733          * We most definitely don't want callers attempting to
3734          * allocate greater than order-1 page units with __GFP_NOFAIL.
3735          */
3736         WARN_ON_ONCE((gfp_flags & __GFP_NOFAIL) && (order > 1));
3737
3738         do {
3739                 page = NULL;
3740                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3741                 /*
3742                  * order-0 request can reach here when the pcplist is skipped
3743                  * due to non-CMA allocation context. HIGHATOMIC area is
3744                  * reserved for high-order atomic allocation, so order-0
3745                  * request should skip it.
3746                  */
3747                 if (order > 0 && alloc_flags & ALLOC_HARDER)
3748                         page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
3749                 if (!page) {
3750                         page = __rmqueue(zone, order, migratetype, alloc_flags);
3751                         if (!page)
3752                                 goto failed;
3753                 }
3754                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
3755                                           get_pcppage_migratetype(page));
3756                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3757         } while (check_new_pages(page, order));
3758
3759         __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
3760         zone_statistics(preferred_zone, zone, 1);
3761
3762 out:
3763         /* Separate test+clear to avoid unnecessary atomics */
3764         if (test_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags)) {
3765                 clear_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
3766                 wakeup_kswapd(zone, 0, 0, zone_idx(zone));
3767         }
3768
3769         VM_BUG_ON_PAGE(page && bad_range(zone, page), page);
3770         return page;
3771
3772 failed:
3773         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3774         return NULL;
3775 }
3776
3777 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
3778
3779 static struct {
3780         struct fault_attr attr;
3781
3782         bool ignore_gfp_highmem;
3783         bool ignore_gfp_reclaim;
3784         u32 min_order;
3785 } fail_page_alloc = {
3786         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
3787         .ignore_gfp_reclaim = true,
3788         .ignore_gfp_highmem = true,
3789         .min_order = 1,
3790 };
3791
3792 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
3793 {
3794         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
3795 }
3796 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
3797
3798 static bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3799 {
3800         if (order < fail_page_alloc.min_order)
3801                 return false;
3802         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3803                 return false;
3804         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
3805                 return false;
3806         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim &&
3807                         (gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3808                 return false;
3809
3810         if (gfp_mask & __GFP_NOWARN)
3811                 fail_page_alloc.attr.no_warn = true;
3812
3813         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
3814 }
3815
3816 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
3817
3818 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
3819 {
3820         umode_t mode = S_IFREG | 0600;
3821         struct dentry *dir;
3822
3823         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
3824                                         &fail_page_alloc.attr);
3825
3826         debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
3827                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim);
3828         debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
3829                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem);
3830         debugfs_create_u32("min-order", mode, dir, &fail_page_alloc.min_order);
3831
3832         return 0;
3833 }
3834
3835 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
3836
3837 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
3838
3839 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3840
3841 static inline bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3842 {
3843         return false;
3844 }
3845
3846 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3847
3848 noinline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3849 {
3850         return __should_fail_alloc_page(gfp_mask, order);
3851 }
3852 ALLOW_ERROR_INJECTION(should_fail_alloc_page, TRUE);
3853
3854 static inline long __zone_watermark_unusable_free(struct zone *z,
3855                                 unsigned int order, unsigned int alloc_flags)
3856 {
3857         const bool alloc_harder = (alloc_flags & (ALLOC_HARDER|ALLOC_OOM));
3858         long unusable_free = (1 << order) - 1;
3859
3860         /*
3861          * If the caller does not have rights to ALLOC_HARDER then subtract
3862          * the high-atomic reserves. This will over-estimate the size of the
3863          * atomic reserve but it avoids a search.
3864          */
3865         if (likely(!alloc_harder))
3866                 unusable_free += z->nr_reserved_highatomic;
3867
3868 #ifdef CONFIG_CMA
3869         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
3870         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
3871                 unusable_free += zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
3872 #endif
3873
3874         return unusable_free;
3875 }
3876
3877 /*
3878  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
3879  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
3880  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
3881  * to check in the allocation paths if no pages are free.
3882  */
3883 bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3884                          int highest_zoneidx, unsigned int alloc_flags,
3885                          long free_pages)
3886 {
3887         long min = mark;
3888         int o;
3889         const bool alloc_harder = (alloc_flags & (ALLOC_HARDER|ALLOC_OOM));
3890
3891         /* free_pages may go negative - that's OK */
3892         free_pages -= __zone_watermark_unusable_free(z, order, alloc_flags);
3893
3894         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
3895                 min -= min / 2;
3896
3897         if (unlikely(alloc_harder)) {
3898                 /*
3899                  * OOM victims can try even harder than normal ALLOC_HARDER
3900                  * users on the grounds that it's definitely going to be in
3901                  * the exit path shortly and free memory. Any allocation it
3902                  * makes during the free path will be small and short-lived.
3903                  */
3904                 if (alloc_flags & ALLOC_OOM)
3905                         min -= min / 2;
3906                 else
3907                         min -= min / 4;
3908         }
3909
3910         /*
3911          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
3912          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
3913          * even if a suitable page happened to be free.
3914          */
3915         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[highest_zoneidx])
3916                 return false;
3917
3918         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
3919         if (!order)
3920                 return true;
3921
3922         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
3923         for (o = order; o < MAX_ORDER; o++) {
3924                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
3925                 int mt;
3926
3927                 if (!area->nr_free)
3928                         continue;
3929
3930                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
3931                         if (!free_area_empty(area, mt))
3932                                 return true;
3933                 }
3934
3935 #ifdef CONFIG_CMA
3936                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
3937                     !free_area_empty(area, MIGRATE_CMA)) {
3938                         return true;
3939                 }
3940 #endif
3941                 if (alloc_harder && !free_area_empty(area, MIGRATE_HIGHATOMIC))
3942                         return true;
3943         }
3944         return false;
3945 }
3946
3947 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3948                       int highest_zoneidx, unsigned int alloc_flags)
3949 {
3950         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, alloc_flags,
3951                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
3952 }
3953
3954 static inline bool zone_watermark_fast(struct zone *z, unsigned int order,
3955                                 unsigned long mark, int highest_zoneidx,
3956                                 unsigned int alloc_flags, gfp_t gfp_mask)
3957 {
3958         long free_pages;
3959
3960         free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3961
3962         /*
3963          * Fast check for order-0 only. If this fails then the reserves
3964          * need to be calculated.
3965          */
3966         if (!order) {
3967                 long fast_free;
3968
3969                 fast_free = free_pages;
3970                 fast_free -= __zone_watermark_unusable_free(z, 0, alloc_flags);
3971                 if (fast_free > mark + z->lowmem_reserve[highest_zoneidx])
3972                         return true;
3973         }
3974
3975         if (__zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, alloc_flags,
3976                                         free_pages))
3977                 return true;
3978         /*
3979          * Ignore watermark boosting for GFP_ATOMIC order-0 allocations
3980          * when checking the min watermark. The min watermark is the
3981          * point where boosting is ignored so that kswapd is woken up
3982          * when below the low watermark.
3983          */
3984         if (unlikely(!order && (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) && z->watermark_boost
3985                 && ((alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK) == WMARK_MIN))) {
3986                 mark = z->_watermark[WMARK_MIN];
3987                 return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx,
3988                                         alloc_flags, free_pages);
3989         }
3990
3991         return false;
3992 }
3993
3994 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
3995                         unsigned long mark, int highest_zoneidx)
3996 {
3997         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3998
3999         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
4000                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
4001
4002         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, 0,
4003                                                                 free_pages);
4004 }
4005
4006 #ifdef CONFIG_NUMA
4007 int __read_mostly node_reclaim_distance = RECLAIM_DISTANCE;
4008
4009 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
4010 {
4011         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <=
4012                                 node_reclaim_distance;
4013 }
4014 #else   /* CONFIG_NUMA */
4015 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
4016 {
4017         return true;
4018 }
4019 #endif  /* CONFIG_NUMA */
4020
4021 /*
4022  * The restriction on ZONE_DMA32 as being a suitable zone to use to avoid
4023  * fragmentation is subtle. If the preferred zone was HIGHMEM then
4024  * premature use of a lower zone may cause lowmem pressure problems that
4025  * are worse than fragmentation. If the next zone is ZONE_DMA then it is
4026  * probably too small. It only makes sense to spread allocations to avoid
4027  * fragmentation between the Normal and DMA32 zones.
4028  */
4029 static inline unsigned int
4030 alloc_flags_nofragment(struct zone *zone, gfp_t gfp_mask)
4031 {
4032         unsigned int alloc_flags;
4033
4034         /*
4035          * __GFP_KSWAPD_RECLAIM is assumed to be the same as ALLOC_KSWAPD
4036          * to save a branch.
4037          */
4038         alloc_flags = (__force int) (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM);
4039
4040 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
4041         if (!zone)
4042                 return alloc_flags;
4043
4044         if (zone_idx(zone) != ZONE_NORMAL)
4045                 return alloc_flags;
4046
4047         /*
4048          * If ZONE_DMA32 exists, assume it is the one after ZONE_NORMAL and
4049          * the pointer is within zone->zone_pgdat->node_zones[]. Also assume
4050          * on UMA that if Normal is populated then so is DMA32.
4051          */
4052         BUILD_BUG_ON(ZONE_NORMAL - ZONE_DMA32 != 1);
4053         if (nr_online_nodes > 1 && !populated_zone(--zone))
4054                 return alloc_flags;
4055
4056         alloc_flags |= ALLOC_NOFRAGMENT;
4057 #endif /* CONFIG_ZONE_DMA32 */
4058         return alloc_flags;
4059 }
4060
4061 /* Must be called after current_gfp_context() which can change gfp_mask */
4062 static inline unsigned int gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_t gfp_mask,
4063                                                   unsigned int alloc_flags)
4064 {
4065 #ifdef CONFIG_CMA
4066         if (gfp_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
4067                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
4068 #endif
4069         return alloc_flags;
4070 }
4071
4072 /*
4073  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
4074  * a page.
4075  */
4076 static struct page *
4077 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
4078                                                 const struct alloc_context *ac)
4079 {
4080         struct zoneref *z;
4081         struct zone *zone;
4082         struct pglist_data *last_pgdat = NULL;
4083         bool last_pgdat_dirty_ok = false;
4084         bool no_fallback;
4085
4086 retry:
4087         /*
4088          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
4089          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
4090          */
4091         no_fallback = alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT;
4092         z = ac->preferred_zoneref;
4093         for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->highest_zoneidx,
4094                                         ac->nodemask) {
4095                 struct page *page;
4096                 unsigned long mark;
4097
4098                 if (cpusets_enabled() &&
4099                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
4100                         !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
4101                                 continue;
4102                 /*
4103                  * When allocating a page cache page for writing, we
4104                  * want to get it from a node that is within its dirty
4105                  * limit, such that no single node holds more than its
4106                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
4107                  * The dirty limits take into account the node's
4108                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
4109                  * should be able to balance it without having to
4110                  * write pages from its LRU list.
4111                  *
4112                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
4113                  * exceed the per-node dirty limit in the slowpath
4114                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
4115                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
4116                  * nodes are together not big enough to reach the
4117                  * global limit.  The proper fix for these situations
4118                  * will require awareness of nodes in the
4119                  * dirty-throttling and the flusher threads.
4120                  */
4121                 if (ac->spread_dirty_pages) {
4122                         if (last_pgdat != zone->zone_pgdat) {
4123                                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
4124                                 last_pgdat_dirty_ok = node_dirty_ok(zone->zone_pgdat);
4125                         }
4126
4127                         if (!last_pgdat_dirty_ok)
4128                                 continue;
4129                 }
4130
4131                 if (no_fallback && nr_online_nodes > 1 &&
4132                     zone != ac->preferred_zoneref->zone) {
4133                         int local_nid;
4134
4135                         /*
4136                          * If moving to a remote node, retry but allow
4137                          * fragmenting fallbacks. Locality is more important
4138                          * than fragmentation avoidance.
4139                          */
4140                         local_nid = zone_to_nid(ac->preferred_zoneref->zone);
4141                         if (zone_to_nid(zone) != local_nid) {
4142                                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
4143                                 goto retry;
4144                         }
4145                 }
4146
4147                 mark = wmark_pages(zone, alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK);
4148                 if (!zone_watermark_fast(zone, order, mark,
4149                                        ac->highest_zoneidx, alloc_flags,
4150                                        gfp_mask)) {
4151                         int ret;
4152
4153 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
4154                         /*
4155                          * Watermark failed for this zone, but see if we can
4156                          * grow this zone if it contains deferred pages.
4157                          */
4158                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
4159                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
4160                                         goto try_this_zone;
4161                         }
4162 #endif
4163                         /* Checked here to keep the fast path fast */
4164                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
4165                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
4166                                 goto try_this_zone;
4167
4168                         if (!node_reclaim_enabled() ||
4169                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zoneref->zone, zone))
4170                                 continue;
4171
4172                         ret = node_reclaim(zone->zone_pgdat, gfp_mask, order);
4173                         switch (ret) {
4174                         case NODE_RECLAIM_NOSCAN:
4175                                 /* did not scan */
4176                                 continue;
4177                         case NODE_RECLAIM_FULL:
4178                                 /* scanned but unreclaimable */
4179                                 continue;
4180                         default:
4181                                 /* did we reclaim enough */
4182                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
4183                                         ac->highest_zoneidx, alloc_flags))
4184                                         goto try_this_zone;
4185
4186                                 continue;
4187                         }
4188                 }
4189
4190 try_this_zone:
4191                 page = rmqueue(ac->preferred_zoneref->zone, zone, order,
4192                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
4193                 if (page) {
4194                         prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
4195
4196                         /*
4197                          * If this is a high-order atomic allocation then check
4198                          * if the pageblock should be reserved for the future
4199                          */
4200                         if (unlikely(order && (alloc_flags & ALLOC_HARDER)))
4201                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone, order);
4202
4203                         return page;
4204                 } else {
4205 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
4206                         /* Try again if zone has deferred pages */
4207                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
4208                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
4209                                         goto try_this_zone;
4210                         }
4211 #endif
4212                 }
4213         }
4214
4215         /*
4216          * It's possible on a UMA machine to get through all zones that are
4217          * fragmented. If avoiding fragmentation, reset and try again.
4218          */
4219         if (no_fallback) {
4220                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
4221                 goto retry;
4222         }
4223
4224         return NULL;
4225 }
4226
4227 static void warn_alloc_show_mem(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
4228 {
4229         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
4230
4231         /*
4232          * This documents exceptions given to allocations in certain
4233          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
4234          * of allowed nodes.
4235          */
4236         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4237                 if (tsk_is_oom_victim(current) ||
4238                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
4239                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
4240         if (!in_task() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
4241                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
4242
4243         show_mem(filter, nodemask);
4244 }
4245
4246 void warn_alloc(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask, const char *fmt, ...)
4247 {
4248         struct va_format vaf;
4249         va_list args;
4250         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs, 10*HZ, 1);
4251
4252         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) ||
4253              !__ratelimit(&nopage_rs) ||
4254              ((gfp_mask & __GFP_DMA) && !has_managed_dma()))
4255                 return;
4256
4257         va_start(args, fmt);
4258         vaf.fmt = fmt;
4259         vaf.va = &args;
4260         pr_warn("%s: %pV, mode:%#x(%pGg), nodemask=%*pbl",
4261                         current->comm, &vaf, gfp_mask, &gfp_mask,
4262                         nodemask_pr_args(nodemask));
4263         va_end(args);
4264
4265         cpuset_print_current_mems_allowed();
4266         pr_cont("\n");
4267         dump_stack();
4268         warn_alloc_show_mem(gfp_mask, nodemask);
4269 }
4270
4271 static inline struct page *
4272 __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4273                               unsigned int alloc_flags,
4274                               const struct alloc_context *ac)
4275 {
4276         struct page *page;
4277
4278         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
4279                         alloc_flags|ALLOC_CPUSET, ac);
4280         /*
4281          * fallback to ignore cpuset restriction if our nodes
4282          * are depleted
4283          */
4284         if (!page)
4285                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
4286                                 alloc_flags, ac);
4287
4288         return page;
4289 }
4290
4291 static inline struct page *
4292 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4293         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
4294 {
4295         struct oom_control oc = {
4296                 .zonelist = ac->zonelist,
4297                 .nodemask = ac->nodemask,
4298                 .memcg = NULL,
4299                 .gfp_mask = gfp_mask,
4300                 .order = order,
4301         };
4302         struct page *page;
4303
4304         *did_some_progress = 0;
4305
4306         /*
4307          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
4308          * making progress for us.
4309          */
4310         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
4311                 *did_some_progress = 1;
4312                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
4313                 return NULL;
4314         }
4315
4316         /*
4317          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
4318          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
4319          * we're still under heavy pressure. But make sure that this reclaim
4320          * attempt shall not depend on __GFP_DIRECT_RECLAIM && !__GFP_NORETRY
4321          * allocation which will never fail due to oom_lock already held.
4322          */
4323         page = get_page_from_freelist((gfp_mask | __GFP_HARDWALL) &
4324                                       ~__GFP_DIRECT_RECLAIM, order,
4325                                       ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
4326         if (page)
4327                 goto out;
4328
4329         /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
4330         if (current->flags & PF_DUMPCORE)
4331                 goto out;
4332         /* The OOM killer will not help higher order allocs */
4333         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4334                 goto out;
4335         /*
4336          * We have already exhausted all our reclaim opportunities without any
4337          * success so it is time to admit defeat. We will skip the OOM killer
4338          * because it is very likely that the caller has a more reasonable
4339          * fallback than shooting a random task.
4340          *
4341          * The OOM killer may not free memory on a specific node.
4342          */
4343         if (gfp_mask & (__GFP_RETRY_MAYFAIL | __GFP_THISNODE))
4344                 goto out;
4345         /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
4346         if (ac->highest_zoneidx < ZONE_NORMAL)
4347                 goto out;
4348         if (pm_suspended_storage())
4349                 goto out;
4350         /*
4351          * XXX: GFP_NOFS allocations should rather fail than rely on
4352          * other request to make a forward progress.
4353          * We are in an unfortunate situation where out_of_memory cannot
4354          * do much for this context but let's try it to at least get
4355          * access to memory reserved if the current task is killed (see
4356          * out_of_memory). Once filesystems are ready to handle allocation
4357          * failures more gracefully we should just bail out here.
4358          */
4359
4360         /* Exhausted what can be done so it's blame time */
4361         if (out_of_memory(&oc) ||
4362             WARN_ON_ONCE_GFP(gfp_mask & __GFP_NOFAIL, gfp_mask)) {
4363                 *did_some_progress = 1;
4364
4365                 /*
4366                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
4367                  * reserves
4368                  */
4369                 if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
4370                         page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order,
4371                                         ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
4372         }
4373 out:
4374         mutex_unlock(&oom_lock);
4375         return page;
4376 }
4377
4378 /*
4379  * Maximum number of compaction retries with a progress before OOM
4380  * killer is consider as the only way to move forward.
4381  */
4382 #define MAX_COMPACT_RETRIES 16
4383
4384 #ifdef CONFIG_COMPACTION
4385 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
4386 static struct page *
4387 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4388                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4389                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
4390 {
4391         struct page *page = NULL;
4392         unsigned long pflags;
4393         unsigned int noreclaim_flag;
4394
4395         if (!order)
4396                 return NULL;
4397
4398         psi_memstall_enter(&pflags);
4399         delayacct_compact_start();
4400         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4401
4402         *compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4403                                                                 prio, &page);
4404
4405         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4406         psi_memstall_leave(&pflags);
4407         delayacct_compact_end();
4408
4409         if (*compact_result == COMPACT_SKIPPED)
4410                 return NULL;
4411         /*
4412          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
4413          * count a compaction stall
4414          */
4415         count_vm_event(COMPACTSTALL);
4416
4417         /* Prep a captured page if available */
4418         if (page)
4419                 prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
4420
4421         /* Try get a page from the freelist if available */
4422         if (!page)
4423                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4424
4425         if (page) {
4426                 struct zone *zone = page_zone(page);
4427
4428                 zone->compact_blockskip_flush = false;
4429                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
4430                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
4431                 return page;
4432         }
4433
4434         /*
4435          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
4436          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
4437          */
4438         count_vm_event(COMPACTFAIL);
4439
4440         cond_resched();
4441
4442         return NULL;
4443 }
4444
4445 static inline bool
4446 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, int order, int alloc_flags,
4447                      enum compact_result compact_result,
4448                      enum compact_priority *compact_priority,
4449                      int *compaction_retries)
4450 {
4451         int max_retries = MAX_COMPACT_RETRIES;
4452         int min_priority;
4453         bool ret = false;
4454         int retries = *compaction_retries;
4455         enum compact_priority priority = *compact_priority;
4456
4457         if (!order)
4458                 return false;
4459
4460         if (fatal_signal_pending(current))
4461                 return false;
4462
4463         if (compaction_made_progress(compact_result))
4464                 (*compaction_retries)++;
4465
4466         /*
4467          * compaction considers all the zone as desperately out of memory
4468          * so it doesn't really make much sense to retry except when the
4469          * failure could be caused by insufficient priority
4470          */
4471         if (compaction_failed(compact_result))
4472                 goto check_priority;
4473
4474         /*
4475          * compaction was skipped because there are not enough order-0 pages
4476          * to work with, so we retry only if it looks like reclaim can help.
4477          */
4478         if (compaction_needs_reclaim(compact_result)) {
4479                 ret = compaction_zonelist_suitable(ac, order, alloc_flags);
4480                 goto out;
4481         }
4482
4483         /*
4484          * make sure the compaction wasn't deferred or didn't bail out early
4485          * due to locks contention before we declare that we should give up.
4486          * But the next retry should use a higher priority if allowed, so
4487          * we don't just keep bailing out endlessly.
4488          */
4489         if (compaction_withdrawn(compact_result)) {
4490                 goto check_priority;
4491         }
4492
4493         /*
4494          * !costly requests are much more important than __GFP_RETRY_MAYFAIL
4495          * costly ones because they are de facto nofail and invoke OOM
4496          * killer to move on while costly can fail and users are ready
4497          * to cope with that. 1/4 retries is rather arbitrary but we
4498          * would need much more detailed feedback from compaction to
4499          * make a better decision.
4500          */
4501         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4502                 max_retries /= 4;
4503         if (*compaction_retries <= max_retries) {
4504                 ret = true;
4505                 goto out;
4506         }
4507
4508         /*
4509          * Make sure there are attempts at the highest priority if we exhausted
4510          * all retries or failed at the lower priorities.
4511          */
4512 check_priority:
4513         min_priority = (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) ?
4514                         MIN_COMPACT_COSTLY_PRIORITY : MIN_COMPACT_PRIORITY;
4515
4516         if (*compact_priority > min_priority) {
4517                 (*compact_priority)--;
4518                 *compaction_retries = 0;
4519                 ret = true;
4520         }
4521 out:
4522         trace_compact_retry(order, priority, compact_result, retries, max_retries, ret);
4523         return ret;
4524 }
4525 #else
4526 static inline struct page *
4527 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4528                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4529                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
4530 {
4531         *compact_result = COMPACT_SKIPPED;
4532         return NULL;
4533 }
4534
4535 static inline bool
4536 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, unsigned int order, int alloc_flags,
4537                      enum compact_result compact_result,
4538                      enum compact_priority *compact_priority,
4539                      int *compaction_retries)
4540 {
4541         struct zone *zone;
4542         struct zoneref *z;
4543
4544         if (!order || order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4545                 return false;
4546
4547         /*
4548          * There are setups with compaction disabled which would prefer to loop
4549          * inside the allocator rather than hit the oom killer prematurely.
4550          * Let's give them a good hope and keep retrying while the order-0
4551          * watermarks are OK.
4552          */
4553         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
4554                                 ac->highest_zoneidx, ac->nodemask) {
4555                 if (zone_watermark_ok(zone, 0, min_wmark_pages(zone),
4556                                         ac->highest_zoneidx, alloc_flags))
4557                         return true;
4558         }
4559         return false;
4560 }
4561 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
4562
4563 #ifdef CONFIG_LOCKDEP
4564 static struct lockdep_map __fs_reclaim_map =
4565         STATIC_LOCKDEP_MAP_INIT("fs_reclaim", &__fs_reclaim_map);
4566
4567 static bool __need_reclaim(gfp_t gfp_mask)
4568 {
4569         /* no reclaim without waiting on it */
4570         if (!(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
4571                 return false;
4572
4573         /* this guy won't enter reclaim */
4574         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4575                 return false;
4576
4577         if (gfp_mask & __GFP_NOLOCKDEP)
4578                 return false;
4579
4580         return true;
4581 }
4582
4583 void __fs_reclaim_acquire(unsigned long ip)
4584 {
4585         lock_acquire_exclusive(&__fs_reclaim_map, 0, 0, NULL, ip);
4586 }
4587
4588 void __fs_reclaim_release(unsigned long ip)
4589 {
4590         lock_release(&__fs_reclaim_map, ip);
4591 }
4592
4593 void fs_reclaim_acquire(gfp_t gfp_mask)
4594 {
4595         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4596
4597         if (__need_reclaim(gfp_mask)) {
4598                 if (gfp_mask & __GFP_FS)
4599                         __fs_reclaim_acquire(_RET_IP_);
4600
4601 #ifdef CONFIG_MMU_NOTIFIER
4602                 lock_map_acquire(&__mmu_notifier_invalidate_range_start_map);
4603                 lock_map_release(&__mmu_notifier_invalidate_range_start_map);
4604 #endif
4605
4606         }
4607 }
4608 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_acquire);
4609
4610 void fs_reclaim_release(gfp_t gfp_mask)
4611 {
4612         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4613
4614         if (__need_reclaim(gfp_mask)) {
4615                 if (gfp_mask & __GFP_FS)
4616                         __fs_reclaim_release(_RET_IP_);
4617         }
4618 }
4619 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_release);
4620 #endif
4621
4622 /* Perform direct synchronous page reclaim */
4623 static unsigned long
4624 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4625                                         const struct alloc_context *ac)
4626 {
4627         unsigned int noreclaim_flag;
4628         unsigned long progress;
4629
4630         cond_resched();
4631
4632         /* We now go into synchronous reclaim */
4633         cpuset_memory_pressure_bump();
4634         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
4635         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4636
4637         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
4638                                                                 ac->nodemask);
4639
4640         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4641         fs_reclaim_release(gfp_mask);
4642
4643         cond_resched();
4644
4645         return progress;
4646 }
4647
4648 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
4649 static inline struct page *
4650 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4651                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4652                 unsigned long *did_some_progress)
4653 {
4654         struct page *page = NULL;
4655         unsigned long pflags;
4656         bool drained = false;
4657
4658         psi_memstall_enter(&pflags);
4659         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
4660         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
4661                 goto out;
4662
4663 retry:
4664         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4665
4666         /*
4667          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
4668          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
4669          * Shrink them and try again
4670          */
4671         if (!page && !drained) {
4672                 unreserve_highatomic_pageblock(ac, false);
4673                 drain_all_pages(NULL);
4674                 drained = true;
4675                 goto retry;
4676         }
4677 out:
4678         psi_memstall_leave(&pflags);
4679
4680         return page;
4681 }
4682
4683 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, gfp_t gfp_mask,
4684                              const struct alloc_context *ac)
4685 {
4686         struct zoneref *z;
4687         struct zone *zone;
4688         pg_data_t *last_pgdat = NULL;
4689         enum zone_type highest_zoneidx = ac->highest_zoneidx;
4690
4691         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, highest_zoneidx,
4692                                         ac->nodemask) {
4693                 if (!managed_zone(zone))
4694                         continue;
4695                 if (last_pgdat != zone->zone_pgdat) {
4696                         wakeup_kswapd(zone, gfp_mask, order, highest_zoneidx);
4697                         last_pgdat = zone->zone_pgdat;
4698                 }
4699         }
4700 }
4701
4702 static inline unsigned int
4703 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4704 {
4705         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
4706
4707         /*
4708          * __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH
4709          * and __GFP_KSWAPD_RECLAIM is assumed to be the same as ALLOC_KSWAPD
4710          * to save two branches.
4711          */
4712         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
4713         BUILD_BUG_ON(__GFP_KSWAPD_RECLAIM != (__force gfp_t) ALLOC_KSWAPD);
4714
4715         /*
4716          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
4717          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
4718          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
4719          * set both ALLOC_HARDER (__GFP_ATOMIC) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
4720          */
4721         alloc_flags |= (__force int)
4722                 (gfp_mask & (__GFP_HIGH | __GFP_KSWAPD_RECLAIM));
4723
4724         if (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) {
4725                 /*
4726                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
4727                  * if it can't schedule.
4728                  */
4729                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4730                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
4731                 /*
4732                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
4733                  * comment for __cpuset_node_allowed().
4734                  */
4735                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
4736         } else if (unlikely(rt_task(current)) && in_task())
4737                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
4738
4739         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, alloc_flags);
4740
4741         return alloc_flags;
4742 }
4743
4744 static bool oom_reserves_allowed(struct task_struct *tsk)
4745 {
4746         if (!tsk_is_oom_victim(tsk))
4747                 return false;
4748
4749         /*
4750          * !MMU doesn't have oom reaper so give access to memory reserves
4751          * only to the thread with TIF_MEMDIE set
4752          */
4753         if (!IS_ENABLED(CONFIG_MMU) && !test_thread_flag(TIF_MEMDIE))
4754                 return false;
4755
4756         return true;
4757 }
4758
4759 /*
4760  * Distinguish requests which really need access to full memory
4761  * reserves from oom victims which can live with a portion of it
4762  */
4763 static inline int __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4764 {
4765         if (unlikely(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4766                 return 0;
4767         if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
4768                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4769         if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
4770                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4771         if (!in_interrupt()) {
4772                 if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4773                         return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4774                 else if (oom_reserves_allowed(current))
4775                         return ALLOC_OOM;
4776         }
4777
4778         return 0;
4779 }
4780
4781 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
4782 {
4783         return !!__gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4784 }
4785
4786 /*
4787  * Checks whether it makes sense to retry the reclaim to make a forward progress
4788  * for the given allocation request.
4789  *
4790  * We give up when we either have tried MAX_RECLAIM_RETRIES in a row
4791  * without success, or when we couldn't even meet the watermark if we
4792  * reclaimed all remaining pages on the LRU lists.
4793  *
4794  * Returns true if a retry is viable or false to enter the oom path.
4795  */
4796 static inline bool
4797 should_reclaim_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned order,
4798                      struct alloc_context *ac, int alloc_flags,
4799                      bool did_some_progress, int *no_progress_loops)
4800 {
4801         struct zone *zone;
4802         struct zoneref *z;
4803         bool ret = false;
4804
4805         /*
4806          * Costly allocations might have made a progress but this doesn't mean
4807          * their order will become available due to high fragmentation so
4808          * always increment the no progress counter for them
4809          */
4810         if (did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4811                 *no_progress_loops = 0;
4812         else
4813                 (*no_progress_loops)++;
4814
4815         /*
4816          * Make sure we converge to OOM if we cannot make any progress
4817          * several times in the row.
4818          */
4819         if (*no_progress_loops > MAX_RECLAIM_RETRIES) {
4820                 /* Before OOM, exhaust highatomic_reserve */
4821                 return unreserve_highatomic_pageblock(ac, true);
4822         }
4823
4824         /*
4825          * Keep reclaiming pages while there is a chance this will lead
4826          * somewhere.  If none of the target zones can satisfy our allocation
4827          * request even if all reclaimable pages are considered then we are
4828          * screwed and have to go OOM.
4829          */
4830         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
4831                                 ac->highest_zoneidx, ac->nodemask) {
4832                 unsigned long available;
4833                 unsigned long reclaimable;
4834                 unsigned long min_wmark = min_wmark_pages(zone);
4835                 bool wmark;
4836
4837                 available = reclaimable = zone_reclaimable_pages(zone);
4838                 available += zone_page_state_snapshot(zone, NR_FREE_PAGES);
4839
4840                 /*
4841                  * Would the allocation succeed if we reclaimed all
4842                  * reclaimable pages?
4843                  */
4844                 wmark = __zone_watermark_ok(zone, order, min_wmark,
4845                                 ac->highest_zoneidx, alloc_flags, available);
4846                 trace_reclaim_retry_zone(z, order, reclaimable,
4847                                 available, min_wmark, *no_progress_loops, wmark);
4848                 if (wmark) {
4849                         ret = true;
4850                         break;
4851                 }
4852         }
4853
4854         /*
4855          * Memory allocation/reclaim might be called from a WQ context and the
4856          * current implementation of the WQ concurrency control doesn't
4857          * recognize that a particular WQ is congested if the worker thread is
4858          * looping without ever sleeping. Therefore we have to do a short sleep
4859          * here rather than calling cond_resched().
4860          */
4861         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
4862                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
4863         else
4864                 cond_resched();
4865         return ret;
4866 }
4867
4868 static inline bool
4869 check_retry_cpuset(int cpuset_mems_cookie, struct alloc_context *ac)
4870 {
4871         /*
4872          * It's possible that cpuset's mems_allowed and the nodemask from
4873          * mempolicy don't intersect. This should be normally dealt with by
4874          * policy_nodemask(), but it's possible to race with cpuset update in
4875          * such a way the check therein was true, and then it became false
4876          * before we got our cpuset_mems_cookie here.
4877          * This assumes that for all allocations, ac->nodemask can come only
4878          * from MPOL_BIND mempolicy (whose documented semantics is to be ignored
4879          * when it does not intersect with the cpuset restrictions) or the
4880          * caller can deal with a violated nodemask.
4881          */
4882         if (cpusets_enabled() && ac->nodemask &&
4883                         !cpuset_nodemask_valid_mems_allowed(ac->nodemask)) {
4884                 ac->nodemask = NULL;
4885                 return true;
4886         }
4887
4888         /*
4889          * When updating a task's mems_allowed or mempolicy nodemask, it is
4890          * possible to race with parallel threads in such a way that our
4891          * allocation can fail while the mask is being updated. If we are about
4892          * to fail, check if the cpuset changed during allocation and if so,
4893          * retry.
4894          */
4895         if (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))
4896                 return true;
4897
4898         return false;
4899 }
4900
4901 static inline struct page *
4902 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4903                                                 struct alloc_context *ac)
4904 {
4905         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
4906         const bool costly_order = order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER;
4907         struct page *page = NULL;
4908         unsigned int alloc_flags;
4909         unsigned long did_some_progress;
4910         enum compact_priority compact_priority;
4911         enum compact_result compact_result;
4912         int compaction_retries;
4913         int no_progress_loops;
4914         unsigned int cpuset_mems_cookie;
4915         int reserve_flags;
4916
4917         /*
4918          * We also sanity check to catch abuse of atomic reserves being used by
4919          * callers that are not in atomic context.
4920          */
4921         if (WARN_ON_ONCE((gfp_mask & (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)) ==
4922                                 (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)))
4923                 gfp_mask &= ~__GFP_ATOMIC;
4924
4925 retry_cpuset:
4926         compaction_retries = 0;
4927         no_progress_loops = 0;
4928         compact_priority = DEF_COMPACT_PRIORITY;
4929         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
4930
4931         /*
4932          * The fast path uses conservative alloc_flags to succeed only until
4933          * kswapd needs to be woken up, and to avoid the cost of setting up
4934          * alloc_flags precisely. So we do that now.
4935          */
4936         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
4937
4938         /*
4939          * We need to recalculate the starting point for the zonelist iterator
4940          * because we might have used different nodemask in the fast path, or
4941          * there was a cpuset modification and we are retrying - otherwise we
4942          * could end up iterating over non-eligible zones endlessly.
4943          */
4944         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4945                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
4946         if (!ac->preferred_zoneref->zone)
4947                 goto nopage;
4948
4949         /*
4950          * Check for insane configurations where the cpuset doesn't contain
4951          * any suitable zone to satisfy the request - e.g. non-movable
4952          * GFP_HIGHUSER allocations from MOVABLE nodes only.
4953          */
4954         if (cpusets_insane_config() && (gfp_mask & __GFP_HARDWALL)) {
4955                 struct zoneref *z = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4956                                         ac->highest_zoneidx,
4957                                         &cpuset_current_mems_allowed);
4958                 if (!z->zone)
4959                         goto nopage;
4960         }
4961
4962         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4963                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4964
4965         /*
4966          * The adjusted alloc_flags might result in immediate success, so try
4967          * that first
4968          */
4969         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4970         if (page)
4971                 goto got_pg;
4972
4973         /*
4974          * For costly allocations, try direct compaction first, as it's likely
4975          * that we have enough base pages and don't need to reclaim. For non-
4976          * movable high-order allocations, do that as well, as compaction will
4977          * try prevent permanent fragmentation by migrating from blocks of the
4978          * same migratetype.
4979          * Don't try this for allocations that are allowed to ignore
4980          * watermarks, as the ALLOC_NO_WATERMARKS attempt didn't yet happen.
4981          */
4982         if (can_direct_reclaim &&
4983                         (costly_order ||
4984                            (order > 0 && ac->migratetype != MIGRATE_MOVABLE))
4985                         && !gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_mask)) {
4986                 page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order,
4987                                                 alloc_flags, ac,
4988                                                 INIT_COMPACT_PRIORITY,
4989                                                 &compact_result);
4990                 if (page)
4991                         goto got_pg;
4992
4993                 /*
4994                  * Checks for costly allocations with __GFP_NORETRY, which
4995                  * includes some THP page fault allocations
4996                  */
4997                 if (costly_order && (gfp_mask & __GFP_NORETRY)) {
4998                         /*
4999                          * If allocating entire pageblock(s) and compaction
5000                          * failed because all zones are below low watermarks
5001                          * or is prohibited because it recently failed at this
5002                          * order, fail immediately unless the allocator has
5003                          * requested compaction and reclaim retry.
5004                          *
5005                          * Reclaim is
5006                          *  - potentially very expensive because zones are far
5007                          *    below their low watermarks or this is part of very
5008                          *    bursty high order allocations,
5009                          *  - not guaranteed to help because isolate_freepages()
5010                          *    may not iterate over freed pages as part of its
5011                          *    linear scan, and
5012                          *  - unlikely to make entire pageblocks free on its
5013                          *    own.
5014                          */
5015                         if (compact_result == COMPACT_SKIPPED ||
5016                             compact_result == COMPACT_DEFERRED)
5017                                 goto nopage;
5018
5019                         /*
5020                          * Looks like reclaim/compaction is worth trying, but
5021                          * sync compaction could be very expensive, so keep
5022                          * using async compaction.
5023                          */
5024                         compact_priority = INIT_COMPACT_PRIORITY;
5025                 }
5026         }
5027
5028 retry:
5029         /* Ensure kswapd doesn't accidentally go to sleep as long as we loop */
5030         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
5031                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
5032
5033         reserve_flags = __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
5034         if (reserve_flags)
5035                 alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, reserve_flags);
5036
5037         /*
5038          * Reset the nodemask and zonelist iterators if memory policies can be
5039          * ignored. These allocations are high priority and system rather than
5040          * user oriented.
5041          */
5042         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) || reserve_flags) {
5043                 ac->nodemask = NULL;
5044                 ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
5045                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
5046         }
5047
5048         /* Attempt with potentially adjusted zonelist and alloc_flags */
5049         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
5050         if (page)
5051                 goto got_pg;
5052
5053         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
5054         if (!can_direct_reclaim)
5055                 goto nopage;
5056
5057         /* Avoid recursion of direct reclaim */
5058         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
5059                 goto nopage;
5060
5061         /* Try direct reclaim and then allocating */
5062         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
5063                                                         &did_some_progress);
5064         if (page)
5065                 goto got_pg;
5066
5067         /* Try direct compaction and then allocating */
5068         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
5069                                         compact_priority, &compact_result);
5070         if (page)
5071                 goto got_pg;
5072
5073         /* Do not loop if specifically requested */
5074         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
5075                 goto nopage;
5076
5077         /*
5078          * Do not retry costly high order allocations unless they are
5079          * __GFP_RETRY_MAYFAIL
5080          */
5081         if (costly_order && !(gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL))
5082                 goto nopage;
5083
5084         if (should_reclaim_retry(gfp_mask, order, ac, alloc_flags,
5085                                  did_some_progress > 0, &no_progress_loops))
5086                 goto retry;
5087
5088         /*
5089          * It doesn't make any sense to retry for the compaction if the order-0
5090          * reclaim is not able to make any progress because the current
5091          * implementation of the compaction depends on the sufficient amount
5092          * of free memory (see __compaction_suitable)
5093          */
5094         if (did_some_progress > 0 &&
5095                         should_compact_retry(ac, order, alloc_flags,
5096                                 compact_result, &compact_priority,
5097                                 &compaction_retries))
5098                 goto retry;
5099
5100
5101         /* Deal with possible cpuset update races before we start OOM killing */
5102         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
5103                 goto retry_cpuset;
5104
5105         /* Reclaim has failed us, start killing things */
5106         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
5107         if (page)
5108                 goto got_pg;
5109
5110         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
5111         if (tsk_is_oom_victim(current) &&
5112             (alloc_flags & ALLOC_OOM ||
5113              (gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC)))
5114                 goto nopage;
5115
5116         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
5117         if (did_some_progress) {
5118                 no_progress_loops = 0;
5119                 goto retry;
5120         }
5121
5122 nopage:
5123         /* Deal with possible cpuset update races before we fail */
5124         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
5125                 goto retry_cpuset;
5126
5127         /*
5128          * Make sure that __GFP_NOFAIL request doesn't leak out and make sure
5129          * we always retry
5130          */
5131         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL) {
5132                 /*
5133                  * All existing users of the __GFP_NOFAIL are blockable, so warn
5134                  * of any new users that actually require GFP_NOWAIT
5135                  */
5136                 if (WARN_ON_ONCE_GFP(!can_direct_reclaim, gfp_mask))
5137                         goto fail;
5138
5139                 /*
5140                  * PF_MEMALLOC request from this context is rather bizarre
5141                  * because we cannot reclaim anything and only can loop waiting
5142                  * for somebody to do a work for us
5143                  */
5144                 WARN_ON_ONCE_GFP(current->flags & PF_MEMALLOC, gfp_mask);
5145
5146                 /*
5147                  * non failing costly orders are a hard requirement which we
5148                  * are not prepared for much so let's warn about these users
5149                  * so that we can identify them and convert them to something
5150                  * else.
5151                  */
5152                 WARN_ON_ONCE_GFP(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER, gfp_mask);
5153
5154                 /*
5155                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
5156                  * reserves but do not use ALLOC_NO_WATERMARKS because this
5157                  * could deplete whole memory reserves which would just make
5158                  * the situation worse
5159                  */
5160                 page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order, ALLOC_HARDER, ac);
5161                 if (page)
5162                         goto got_pg;
5163
5164                 cond_resched();
5165                 goto retry;
5166         }
5167 fail:
5168         warn_alloc(gfp_mask, ac->nodemask,
5169                         "page allocation failure: order:%u", order);
5170 got_pg:
5171         return page;
5172 }
5173
5174 static inline bool prepare_alloc_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
5175                 int preferred_nid, nodemask_t *nodemask,
5176                 struct alloc_context *ac, gfp_t *alloc_gfp,
5177                 unsigned int *alloc_flags)
5178 {
5179         ac->highest_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
5180         ac->zonelist = node_zonelist(preferred_nid, gfp_mask);
5181         ac->nodemask = nodemask;
5182         ac->migratetype = gfp_migratetype(gfp_mask);
5183
5184         if (cpusets_enabled()) {
5185                 *alloc_gfp |= __GFP_HARDWALL;
5186                 /*
5187                  * When we are in the interrupt context, it is irrelevant
5188                  * to the current task context. It means that any node ok.
5189                  */
5190                 if (in_task() && !ac->nodemask)
5191                         ac->nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
5192                 else
5193                         *alloc_flags |= ALLOC_CPUSET;
5194         }
5195
5196         might_alloc(gfp_mask);
5197
5198         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
5199                 return false;
5200
5201         *alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, *alloc_flags);
5202
5203         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
5204         ac->spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
5205
5206         /*
5207          * The preferred zone is used for statistics but crucially it is
5208          * also used as the starting point for the zonelist iterator. It
5209          * may get reset for allocations that ignore memory policies.
5210          */
5211         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
5212                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
5213
5214         return true;
5215 }
5216
5217 /*
5218  * __alloc_pages_bulk - Allocate a number of order-0 pages to a list or array
5219  * @gfp: GFP flags for the allocation
5220  * @preferred_nid: The preferred NUMA node ID to allocate from
5221  * @nodemask: Set of nodes to allocate from, may be NULL
5222  * @nr_pages: The number of pages desired on the list or array
5223  * @page_list: Optional list to store the allocated pages
5224  * @page_array: Optional array to store the pages
5225  *
5226  * This is a batched version of the page allocator that attempts to
5227  * allocate nr_pages quickly. Pages are added to page_list if page_list
5228  * is not NULL, otherwise it is assumed that the page_array is valid.
5229  *
5230  * For lists, nr_pages is the number of pages that should be allocated.
5231  *
5232  * For arrays, only NULL elements are populated with pages and nr_pages
5233  * is the maximum number of pages that will be stored in the array.
5234  *
5235  * Returns the number of pages on the list or array.
5236  */
5237 unsigned long __alloc_pages_bulk(gfp_t gfp, int preferred_nid,
5238                         nodemask_t *nodemask, int nr_pages,
5239                         struct list_head *page_list,
5240                         struct page **page_array)
5241 {
5242         struct page *page;
5243         unsigned long flags;
5244         struct zone *zone;
5245         struct zoneref *z;
5246         struct per_cpu_pages *pcp;
5247         struct list_head *pcp_list;
5248         struct alloc_context ac;
5249         gfp_t alloc_gfp;
5250         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
5251         int nr_populated = 0, nr_account = 0;
5252
5253         /*
5254          * Skip populated array elements to determine if any pages need
5255          * to be allocated before disabling IRQs.
5256          */
5257         while (page_array && nr_populated < nr_pages && page_array[nr_populated])
5258                 nr_populated++;
5259
5260         /* No pages requested? */
5261         if (unlikely(nr_pages <= 0))
5262                 goto out;
5263
5264         /* Already populated array? */
5265         if (unlikely(page_array && nr_pages - nr_populated == 0))
5266                 goto out;
5267
5268         /* Bulk allocator does not support memcg accounting. */
5269         if (memcg_kmem_enabled() && (gfp & __GFP_ACCOUNT))
5270                 goto failed;
5271
5272         /* Use the single page allocator for one page. */
5273         if (nr_pages - nr_populated == 1)
5274                 goto failed;
5275
5276 #ifdef CONFIG_PAGE_OWNER
5277         /*
5278          * PAGE_OWNER may recurse into the allocator to allocate space to
5279          * save the stack with pagesets.lock held. Releasing/reacquiring
5280          * removes much of the performance benefit of bulk allocation so
5281          * force the caller to allocate one page at a time as it'll have
5282          * similar performance to added complexity to the bulk allocator.
5283          */
5284         if (static_branch_unlikely(&page_owner_inited))
5285                 goto failed;
5286 #endif
5287
5288         /* May set ALLOC_NOFRAGMENT, fragmentation will return 1 page. */
5289         gfp &= gfp_allowed_mask;
5290         alloc_gfp = gfp;
5291         if (!prepare_alloc_pages(gfp, 0, preferred_nid, nodemask, &ac, &alloc_gfp, &alloc_flags))
5292                 goto out;
5293         gfp = alloc_gfp;
5294
5295         /* Find an allowed local zone that meets the low watermark. */
5296         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac.zonelist, ac.highest_zoneidx, ac.nodemask) {
5297                 unsigned long mark;
5298
5299                 if (cpusets_enabled() && (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
5300                     !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp)) {
5301                         continue;
5302                 }
5303
5304                 if (nr_online_nodes > 1 && zone != ac.preferred_zoneref->zone &&
5305                     zone_to_nid(zone) != zone_to_nid(ac.preferred_zoneref->zone)) {
5306                         goto failed;
5307                 }
5308
5309                 mark = wmark_pages(zone, alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK) + nr_pages;
5310                 if (zone_watermark_fast(zone, 0,  mark,
5311                                 zonelist_zone_idx(ac.preferred_zoneref),
5312                                 alloc_flags, gfp)) {
5313                         break;
5314                 }
5315         }
5316
5317         /*
5318          * If there are no allowed local zones that meets the watermarks then
5319          * try to allocate a single page and reclaim if necessary.
5320          */
5321         if (unlikely(!zone))
5322                 goto failed;
5323
5324         /* Attempt the batch allocation */
5325         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
5326         pcp = this_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset);
5327         pcp_list = &pcp->lists[order_to_pindex(ac.migratetype, 0)];
5328
5329         while (nr_populated < nr_pages) {
5330
5331                 /* Skip existing pages */
5332                 if (page_array && page_array[nr_populated]) {
5333                         nr_populated++;
5334                         continue;
5335                 }
5336
5337                 page = __rmqueue_pcplist(zone, 0, ac.migratetype, alloc_flags,
5338                                                                 pcp, pcp_list);
5339                 if (unlikely(!page)) {
5340                         /* Try and allocate at least one page */
5341                         if (!nr_account)
5342                                 goto failed_irq;
5343                         break;
5344                 }
5345                 nr_account++;
5346
5347                 prep_new_page(page, 0, gfp, 0);
5348                 if (page_list)
5349                         list_add(&page->lru, page_list);
5350                 else
5351                         page_array[nr_populated] = page;
5352                 nr_populated++;
5353         }
5354
5355         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
5356
5357         __count_zid_vm_events(PGALLOC, zone_idx(zone), nr_account);
5358         zone_statistics(ac.preferred_zoneref->zone, zone, nr_account);
5359
5360 out:
5361         return nr_populated;
5362
5363 failed_irq:
5364         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
5365
5366 failed:
5367         page = __alloc_pages(gfp, 0, preferred_nid, nodemask);
5368         if (page) {
5369                 if (page_list)
5370                         list_add(&page->lru, page_list);
5371                 else
5372                         page_array[nr_populated] = page;
5373                 nr_populated++;
5374         }
5375
5376         goto out;
5377 }
5378 EXPORT_SYMBOL_GPL(__alloc_pages_bulk);
5379
5380 /*
5381  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
5382  */
5383 struct page *__alloc_pages(gfp_t gfp, unsigned int order, int preferred_nid,
5384                                                         nodemask_t *nodemask)
5385 {
5386         struct page *page;
5387         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
5388         gfp_t alloc_gfp; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
5389         struct alloc_context ac = { };
5390
5391         /*
5392          * There are several places where we assume that the order value is sane
5393          * so bail out early if the request is out of bound.
5394          */
5395         if (WARN_ON_ONCE_GFP(order >= MAX_ORDER, gfp))
5396                 return NULL;
5397
5398         gfp &= gfp_allowed_mask;
5399         /*
5400          * Apply scoped allocation constraints. This is mainly about GFP_NOFS
5401          * resp. GFP_NOIO which has to be inherited for all allocation requests
5402          * from a particular context which has been marked by
5403          * memalloc_no{fs,io}_{save,restore}. And PF_MEMALLOC_PIN which ensures
5404          * movable zones are not used during allocation.
5405          */
5406         gfp = current_gfp_context(gfp);
5407         alloc_gfp = gfp;
5408         if (!prepare_alloc_pages(gfp, order, preferred_nid, nodemask, &ac,
5409                         &alloc_gfp, &alloc_flags))
5410                 return NULL;
5411
5412         /*
5413          * Forbid the first pass from falling back to types that fragment
5414          * memory until all local zones are considered.
5415          */
5416         alloc_flags |= alloc_flags_nofragment(ac.preferred_zoneref->zone, gfp);
5417
5418         /* First allocation attempt */
5419         page = get_page_from_freelist(alloc_gfp, order, alloc_flags, &ac);
5420         if (likely(page))
5421                 goto out;
5422
5423         alloc_gfp = gfp;
5424         ac.spread_dirty_pages = false;
5425
5426         /*
5427          * Restore the original nodemask if it was potentially replaced with
5428          * &cpuset_current_mems_allowed to optimize the fast-path attempt.
5429          */
5430         ac.nodemask = nodemask;
5431
5432         page = __alloc_pages_slowpath(alloc_gfp, order, &ac);
5433
5434 out:
5435         if (memcg_kmem_enabled() && (gfp & __GFP_ACCOUNT) && page &&
5436             unlikely(__memcg_kmem_charge_page(page, gfp, order) != 0)) {
5437                 __free_pages(page, order);
5438                 page = NULL;
5439         }
5440
5441         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_gfp, ac.migratetype);
5442
5443         return page;
5444 }
5445 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages);
5446
5447 struct folio *__folio_alloc(gfp_t gfp, unsigned int order, int preferred_nid,
5448                 nodemask_t *nodemask)
5449 {
5450         struct page *page = __alloc_pages(gfp | __GFP_COMP, order,
5451                         preferred_nid, nodemask);
5452
5453         if (page && order > 1)
5454                 prep_transhuge_page(page);
5455         return (struct folio *)page;
5456 }
5457 EXPORT_SYMBOL(__folio_alloc);
5458
5459 /*
5460  * Common helper functions. Never use with __GFP_HIGHMEM because the returned
5461  * address cannot represent highmem pages. Use alloc_pages and then kmap if
5462  * you need to access high mem.
5463  */
5464 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
5465 {
5466         struct page *page;
5467
5468         page = alloc_pages(gfp_mask & ~__GFP_HIGHMEM, order);
5469         if (!page)
5470                 return 0;
5471         return (unsigned long) page_address(page);
5472 }
5473 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
5474
5475 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
5476 {
5477         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
5478 }
5479 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
5480
5481 /**
5482  * __free_pages - Free pages allocated with alloc_pages().
5483  * @page: The page pointer returned from alloc_pages().
5484  * @order: The order of the allocation.
5485  *
5486  * This function can free multi-page allocations that are not compound
5487  * pages.  It does not check that the @order passed in matches that of
5488  * the allocation, so it is easy to leak memory.  Freeing more memory
5489  * than was allocated will probably emit a warning.
5490  *
5491  * If the last reference to this page is speculative, it will be released
5492  * by put_page() which only frees the first page of a non-compound
5493  * allocation.  To prevent the remaining pages from being leaked, we free
5494  * the subsequent pages here.  If you want to use the page's reference
5495  * count to decide when to free the allocation, you should allocate a
5496  * compound page, and use put_page() instead of __free_pages().
5497  *
5498  * Context: May be called in interrupt context or while holding a normal
5499  * spinlock, but not in NMI context or while holding a raw spinlock.
5500  */
5501 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
5502 {
5503         if (put_page_testzero(page))
5504                 free_the_page(page, order);
5505         else if (!PageHead(page))
5506                 while (order-- > 0)
5507                         free_the_page(page + (1 << order), order);
5508 }
5509 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
5510
5511 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
5512 {
5513         if (addr != 0) {
5514                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
5515                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
5516         }
5517 }
5518
5519 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
5520
5521 /*
5522  * Page Fragment:
5523  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
5524  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
5525  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
5526  *
5527  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
5528  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
5529  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
5530  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
5531  */
5532 static struct page *__page_frag_cache_refill(struct page_frag_cache *nc,
5533                                              gfp_t gfp_mask)
5534 {
5535         struct page *page = NULL;
5536         gfp_t gfp = gfp_mask;
5537
5538 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
5539         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
5540                     __GFP_NOMEMALLOC;
5541         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
5542                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
5543         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
5544 #endif
5545         if (unlikely(!page))
5546                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
5547
5548         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
5549
5550         return page;
5551 }
5552
5553 void __page_frag_cache_drain(struct page *page, unsigned int count)
5554 {
5555         VM_BUG_ON_PAGE(page_ref_count(page) == 0, page);
5556
5557         if (page_ref_sub_and_test(page, count))
5558                 free_the_page(page, compound_order(page));
5559 }
5560 EXPORT_SYMBOL(__page_frag_cache_drain);
5561
5562 void *page_frag_alloc_align(struct page_frag_cache *nc,
5563                       unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask,
5564                       unsigned int align_mask)
5565 {
5566         unsigned int size = PAGE_SIZE;
5567         struct page *page;
5568         int offset;
5569
5570         if (unlikely(!nc->va)) {
5571 refill:
5572                 page = __page_frag_cache_refill(nc, gfp_mask);
5573                 if (!page)
5574                         return NULL;
5575
5576 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
5577                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
5578                 size = nc->size;
5579 #endif
5580                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
5581                  * This would break get_page_unless_zero() users.
5582                  */
5583                 page_ref_add(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE);
5584
5585                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
5586                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
5587                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
5588                 nc->offset = size;
5589         }
5590
5591         offset = nc->offset - fragsz;
5592         if (unlikely(offset < 0)) {
5593                 page = virt_to_page(nc->va);
5594
5595                 if (!page_ref_sub_and_test(page, nc->pagecnt_bias))
5596                         goto refill;
5597
5598                 if (unlikely(nc->pfmemalloc)) {
5599                         free_the_page(page, compound_order(page));
5600                         goto refill;
5601                 }
5602
5603 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
5604                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
5605                 size = nc->size;
5606 #endif
5607                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
5608                 set_page_count(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1);
5609
5610                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
5611                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
5612                 offset = size - fragsz;
5613         }
5614
5615         nc->pagecnt_bias--;
5616         offset &= align_mask;
5617         nc->offset = offset;
5618
5619         return nc->va + offset;
5620 }
5621 EXPORT_SYMBOL(page_frag_alloc_align);
5622
5623 /*
5624  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
5625  */
5626 void page_frag_free(void *addr)
5627 {
5628         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
5629
5630         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
5631                 free_the_page(page, compound_order(page));
5632 }
5633 EXPORT_SYMBOL(page_frag_free);
5634
5635 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
5636                 size_t size)
5637 {
5638         if (addr) {
5639                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
5640                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
5641
5642                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
5643                 while (used < alloc_end) {
5644                         free_page(used);
5645                         used += PAGE_SIZE;
5646                 }
5647         }
5648         return (void *)addr;
5649 }
5650
5651 /**
5652  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
5653  * @size: the number of bytes to allocate
5654  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
5655  *
5656  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
5657  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
5658  * allocate memory in power-of-two pages.
5659  *
5660  * This function is also limited by MAX_ORDER.
5661  *
5662  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
5663  *
5664  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
5665  */
5666 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
5667 {
5668         unsigned int order = get_order(size);
5669         unsigned long addr;
5670
5671         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & (__GFP_COMP | __GFP_HIGHMEM)))
5672                 gfp_mask &= ~(__GFP_COMP | __GFP_HIGHMEM);
5673
5674         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
5675         return make_alloc_exact(addr, order, size);
5676 }
5677 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
5678
5679 /**
5680  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
5681  *                         pages on a node.
5682  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
5683  * @size: the number of bytes to allocate
5684  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
5685  *
5686  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
5687  * back.
5688  *
5689  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
5690  */
5691 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
5692 {
5693         unsigned int order = get_order(size);
5694         struct page *p;
5695
5696         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & (__GFP_COMP | __GFP_HIGHMEM)))
5697                 gfp_mask &= ~(__GFP_COMP | __GFP_HIGHMEM);
5698
5699         p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
5700         if (!p)
5701                 return NULL;
5702         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
5703 }
5704
5705 /**
5706  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
5707  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
5708  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
5709  *
5710  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
5711  */
5712 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
5713 {
5714         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
5715         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
5716
5717         while (addr < end) {
5718                 free_page(addr);
5719                 addr += PAGE_SIZE;
5720         }
5721 }
5722 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
5723
5724 /**
5725  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
5726  * @offset: The zone index of the highest zone
5727  *
5728  * nr_free_zone_pages() counts the number of pages which are beyond the
5729  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
5730  * zone, the number of pages is calculated as:
5731  *
5732  *     nr_free_zone_pages = managed_pages - high_pages
5733  *
5734  * Return: number of pages beyond high watermark.
5735  */
5736 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
5737 {
5738         struct zoneref *z;
5739         struct zone *zone;
5740
5741         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
5742         unsigned long sum = 0;
5743
5744         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
5745
5746         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
5747                 unsigned long size = zone_managed_pages(zone);
5748                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
5749                 if (size > high)
5750                         sum += size - high;
5751         }
5752
5753         return sum;
5754 }
5755
5756 /**
5757  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
5758  *
5759  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
5760  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
5761  *
5762  * Return: number of pages beyond high watermark within ZONE_DMA and
5763  * ZONE_NORMAL.
5764  */
5765 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
5766 {
5767         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
5768 }
5769 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
5770
5771 static inline void show_node(struct zone *zone)
5772 {
5773         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
5774                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
5775 }
5776
5777 long si_mem_available(void)
5778 {
5779         long available;
5780         unsigned long pagecache;
5781         unsigned long wmark_low = 0;
5782         unsigned long pages[NR_LRU_LISTS];
5783         unsigned long reclaimable;
5784         struct zone *zone;
5785         int lru;
5786
5787         for (lru = LRU_BASE; lru < NR_LRU_LISTS; lru++)
5788                 pages[lru] = global_node_page_state(NR_LRU_BASE + lru);
5789
5790         for_each_zone(zone)
5791                 wmark_low += low_wmark_pages(zone);
5792
5793         /*
5794          * Estimate the amount of memory available for userspace allocations,
5795          * without causing swapping.
5796          */
5797         available = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES) - totalreserve_pages;
5798
5799         /*
5800          * Not all the page cache can be freed, otherwise the system will
5801          * start swapping. Assume at least half of the page cache, or the
5802          * low watermark worth of cache, needs to stay.
5803          */
5804         pagecache = pages[LRU_ACTIVE_FILE] + pages[LRU_INACTIVE_FILE];
5805         pagecache -= min(pagecache / 2, wmark_low);
5806         available += pagecache;
5807
5808         /*
5809          * Part of the reclaimable slab and other kernel memory consists of
5810          * items that are in use, and cannot be freed. Cap this estimate at the
5811          * low watermark.
5812          */
5813         reclaimable = global_node_page_state_pages(NR_SLAB_RECLAIMABLE_B) +
5814                 global_node_page_state(NR_KERNEL_MISC_RECLAIMABLE);
5815         available += reclaimable - min(reclaimable / 2, wmark_low);
5816
5817         if (available < 0)
5818                 available = 0;
5819         return available;
5820 }
5821 EXPORT_SYMBOL_GPL(si_mem_available);
5822
5823 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
5824 {
5825         val->totalram = totalram_pages();
5826         val->sharedram = global_node_page_state(NR_SHMEM);
5827         val->freeram = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES);
5828         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
5829         val->totalhigh = totalhigh_pages();
5830         val->freehigh = nr_free_highpages();
5831         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
5832 }
5833
5834 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
5835
5836 #ifdef CONFIG_NUMA
5837 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
5838 {
5839         int zone_type;          /* needs to be signed */
5840         unsigned long managed_pages = 0;
5841         unsigned long managed_highpages = 0;
5842         unsigned long free_highpages = 0;
5843         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5844
5845         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
5846                 managed_pages += zone_managed_pages(&pgdat->node_zones[zone_type]);
5847         val->totalram = managed_pages;
5848         val->sharedram = node_page_state(pgdat, NR_SHMEM);
5849         val->freeram = sum_zone_node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
5850 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
5851         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++) {
5852                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
5853
5854                 if (is_highmem(zone)) {
5855                         managed_highpages += zone_managed_pages(zone);
5856                         free_highpages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
5857                 }
5858         }
5859         val->totalhigh = managed_highpages;
5860         val->freehigh = free_highpages;
5861 #else
5862         val->totalhigh = managed_highpages;
5863         val->freehigh = free_highpages;
5864 #endif
5865         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
5866 }
5867 #endif
5868
5869 /*
5870  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
5871  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
5872  */
5873 static bool show_mem_node_skip(unsigned int flags, int nid, nodemask_t *nodemask)
5874 {
5875         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
5876                 return false;
5877
5878         /*
5879          * no node mask - aka implicit memory numa policy. Do not bother with
5880          * the synchronization - read_mems_allowed_begin - because we do not
5881          * have to be precise here.
5882          */
5883         if (!nodemask)
5884                 nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
5885
5886         return !node_isset(nid, *nodemask);
5887 }
5888
5889 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
5890
5891 static void show_migration_types(unsigned char type)
5892 {
5893         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
5894                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
5895                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
5896                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
5897                 [MIGRATE_HIGHATOMIC]    = 'H',
5898 #ifdef CONFIG_CMA
5899                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
5900 #endif
5901 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
5902                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
5903 #endif
5904         };
5905         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
5906         char *p = tmp;
5907         int i;
5908
5909         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
5910                 if (type & (1 << i))
5911                         *p++ = types[i];
5912         }
5913
5914         *p = '\0';
5915         printk(KERN_CONT "(%s) ", tmp);
5916 }
5917
5918 /*
5919  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
5920  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
5921  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
5922  *
5923  * Bits in @filter:
5924  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
5925  *   cpuset.
5926  */
5927 void show_free_areas(unsigned int filter, nodemask_t *nodemask)
5928 {
5929         unsigned long free_pcp = 0;
5930         int cpu;
5931         struct zone *zone;
5932         pg_data_t *pgdat;
5933
5934         for_each_populated_zone(zone) {
5935                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5936                         continue;
5937
5938                 for_each_online_cpu(cpu)
5939                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu)->count;
5940         }
5941
5942         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
5943                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
5944                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu\n"
5945                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
5946                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
5947                 " kernel_misc_reclaimable:%lu\n"
5948                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
5949                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
5950                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
5951                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
5952                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
5953                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
5954                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
5955                 global_node_page_state(NR_UNEVICTABLE),
5956                 global_node_page_state(NR_FILE_DIRTY),
5957                 global_node_page_state(NR_WRITEBACK),
5958                 global_node_page_state_pages(NR_SLAB_RECLAIMABLE_B),
5959                 global_node_page_state_pages(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE_B),
5960                 global_node_page_state(NR_FILE_MAPPED),
5961                 global_node_page_state(NR_SHMEM),
5962                 global_node_page_state(NR_PAGETABLE),
5963                 global_zone_page_state(NR_BOUNCE),
5964                 global_node_page_state(NR_KERNEL_MISC_RECLAIMABLE),
5965                 global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES),
5966                 free_pcp,
5967                 global_zone_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
5968
5969         for_each_online_pgdat(pgdat) {
5970                 if (show_mem_node_skip(filter, pgdat->node_id, nodemask))
5971                         continue;
5972
5973                 printk("Node %d"
5974                         " active_anon:%lukB"
5975                         " inactive_anon:%lukB"
5976                         " active_file:%lukB"
5977                         " inactive_file:%lukB"
5978                         " unevictable:%lukB"
5979                         " isolated(anon):%lukB"
5980                         " isolated(file):%lukB"
5981                         " mapped:%lukB"
5982                         " dirty:%lukB"
5983                         " writeback:%lukB"
5984                         " shmem:%lukB"
5985 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5986                         " shmem_thp: %lukB"
5987                         " shmem_pmdmapped: %lukB"
5988                         " anon_thp: %lukB"
5989 #endif
5990                         " writeback_tmp:%lukB"
5991                         " kernel_stack:%lukB"
5992 #ifdef CONFIG_SHADOW_CALL_STACK
5993                         " shadow_call_stack:%lukB"
5994 #endif
5995                         " pagetables:%lukB"
5996                         " all_unreclaimable? %s"
5997                         "\n",
5998                         pgdat->node_id,
5999                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_ANON)),
6000                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON)),
6001                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE)),
6002                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE)),
6003                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNEVICTABLE)),
6004                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON)),
6005                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_FILE)),
6006                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_MAPPED)),
6007                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_DIRTY)),
6008                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK)),
6009                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM)),
6010 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
6011                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_THPS)),
6012                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_PMDMAPPED)),
6013                         K(node_page_state(pgdat, NR_ANON_THPS)),
6014 #endif
6015                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK_TEMP)),
6016                         node_page_state(pgdat, NR_KERNEL_STACK_KB),
6017 #ifdef CONFIG_SHADOW_CALL_STACK
6018                         node_page_state(pgdat, NR_KERNEL_SCS_KB),
6019 #endif
6020                         K(node_page_state(pgdat, NR_PAGETABLE)),
6021                         pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES ?
6022                                 "yes" : "no");
6023         }
6024
6025         for_each_populated_zone(zone) {
6026                 int i;
6027
6028                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
6029                         continue;
6030
6031                 free_pcp = 0;
6032                 for_each_online_cpu(cpu)
6033                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu)->count;
6034
6035                 show_node(zone);
6036                 printk(KERN_CONT
6037                         "%s"
6038                         " free:%lukB"
6039                         " boost:%lukB"
6040                         " min:%lukB"
6041                         " low:%lukB"
6042                         " high:%lukB"
6043                         " reserved_highatomic:%luKB"
6044                         " active_anon:%lukB"
6045                         " inactive_anon:%lukB"
6046                         " active_file:%lukB"
6047                         " inactive_file:%lukB"
6048                         " unevictable:%lukB"
6049                         " writepending:%lukB"
6050                         " present:%lukB"
6051                         " managed:%lukB"
6052                         " mlocked:%lukB"
6053                         " bounce:%lukB"
6054                         " free_pcp:%lukB"
6055                         " local_pcp:%ukB"
6056                         " free_cma:%lukB"
6057                         "\n",
6058                         zone->name,
6059                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
6060                         K(zone->watermark_boost),
6061                         K(min_wmark_pages(zone)),
6062                         K(low_wmark_pages(zone)),
6063                         K(high_wmark_pages(zone)),
6064                         K(zone->nr_reserved_highatomic),
6065                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_ANON)),
6066                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_ANON)),
6067                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_FILE)),
6068                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_FILE)),
6069                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_UNEVICTABLE)),
6070                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_WRITE_PENDING)),
6071                         K(zone->present_pages),
6072                         K(zone_managed_pages(zone)),
6073                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
6074                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
6075                         K(free_pcp),
6076                         K(this_cpu_read(zone->per_cpu_pageset->count)),
6077                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)));
6078                 printk("lowmem_reserve[]:");
6079                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
6080                         printk(KERN_CONT " %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
6081                 printk(KERN_CONT "\n");
6082         }
6083
6084         for_each_populated_zone(zone) {
6085                 unsigned int order;
6086                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, total = 0;
6087                 unsigned char types[MAX_ORDER];
6088
6089                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
6090                         continue;
6091                 show_node(zone);
6092                 printk(KERN_CONT "%s: ", zone->name);
6093
6094                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6095                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
6096                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
6097                         int type;
6098
6099                         nr[order] = area->nr_free;
6100                         total += nr[order] << order;
6101
6102                         types[order] = 0;
6103                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
6104                                 if (!free_area_empty(area, type))
6105                                         types[order] |= 1 << type;
6106                         }
6107                 }
6108                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6109                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
6110                         printk(KERN_CONT "%lu*%lukB ",
6111                                nr[order], K(1UL) << order);
6112                         if (nr[order])
6113                                 show_migration_types(types[order]);
6114                 }
6115                 printk(KERN_CONT "= %lukB\n", K(total));
6116         }
6117
6118         hugetlb_show_meminfo();
6119
6120         printk("%ld total pagecache pages\n", global_node_page_state(NR_FILE_PAGES));
6121
6122         show_swap_cache_info();
6123 }
6124
6125 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
6126 {
6127         zoneref->zone = zone;
6128         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
6129 }
6130
6131 /*
6132  * Builds allocation fallback zone lists.
6133  *
6134  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
6135  */
6136 static int build_zonerefs_node(pg_data_t *pgdat, struct zoneref *zonerefs)
6137 {
6138         struct zone *zone;
6139         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
6140         int nr_zones = 0;
6141
6142         do {
6143                 zone_type--;
6144                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
6145                 if (populated_zone(zone)) {
6146                         zoneref_set_zone(zone, &zonerefs[nr_zones++]);
6147                         check_highest_zone(zone_type);
6148                 }
6149         } while (zone_type);
6150
6151         return nr_zones;
6152 }
6153
6154 #ifdef CONFIG_NUMA
6155
6156 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
6157 {
6158         /*
6159          * We used to support different zonelists modes but they turned
6160          * out to be just not useful. Let's keep the warning in place
6161          * if somebody still use the cmd line parameter so that we do
6162          * not fail it silently
6163          */
6164         if (!(*s == 'd' || *s == 'D' || *s == 'n' || *s == 'N')) {
6165                 pr_warn("Ignoring unsupported numa_zonelist_order value:  %s\n", s);
6166                 return -EINVAL;
6167         }
6168         return 0;
6169 }
6170
6171 char numa_zonelist_order[] = "Node";
6172
6173 /*
6174  * sysctl handler for numa_zonelist_order
6175  */
6176 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
6177                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6178 {
6179         if (write)
6180                 return __parse_numa_zonelist_order(buffer);
6181         return proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
6182 }
6183
6184
6185 static int node_load[MAX_NUMNODES];
6186
6187 /**
6188  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
6189  * @node: node whose fallback list we're appending
6190  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
6191  *
6192  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
6193  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
6194  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
6195  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
6196  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
6197  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
6198  * on them otherwise.
6199  *
6200  * Return: node id of the found node or %NUMA_NO_NODE if no node is found.
6201  */
6202 int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
6203 {
6204         int n, val;
6205         int min_val = INT_MAX;
6206         int best_node = NUMA_NO_NODE;
6207
6208         /* Use the local node if we haven't already */
6209         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
6210                 node_set(node, *used_node_mask);
6211                 return node;
6212         }
6213
6214         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
6215
6216                 /* Don't want a node to appear more than once */
6217                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
6218                         continue;
6219
6220                 /* Use the distance array to find the distance */
6221                 val = node_distance(node, n);
6222
6223                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
6224                 val += (n < node);
6225
6226                 /* Give preference to headless and unused nodes */
6227                 if (!cpumask_empty(cpumask_of_node(n)))
6228                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
6229
6230                 /* Slight preference for less loaded node */
6231                 val *= MAX_NUMNODES;
6232                 val += node_load[n];
6233
6234                 if (val < min_val) {
6235                         min_val = val;
6236                         best_node = n;
6237                 }
6238         }
6239
6240         if (best_node >= 0)
6241                 node_set(best_node, *used_node_mask);
6242
6243         return best_node;
6244 }
6245
6246
6247 /*
6248  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
6249  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
6250  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
6251  */
6252 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int *node_order,
6253                 unsigned nr_nodes)
6254 {
6255         struct zoneref *zonerefs;
6256         int i;
6257
6258         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
6259
6260         for (i = 0; i < nr_nodes; i++) {
6261                 int nr_zones;
6262
6263                 pg_data_t *node = NODE_DATA(node_order[i]);
6264
6265                 nr_zones = build_zonerefs_node(node, zonerefs);
6266                 zonerefs += nr_zones;
6267         }
6268         zonerefs->zone = NULL;
6269         zonerefs->zone_idx = 0;
6270 }
6271
6272 /*
6273  * Build gfp_thisnode zonelists
6274  */
6275 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
6276 {
6277         struct zoneref *zonerefs;
6278         int nr_zones;
6279
6280         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_NOFALLBACK]._zonerefs;
6281         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
6282         zonerefs += nr_zones;
6283         zonerefs->zone = NULL;
6284         zonerefs->zone_idx = 0;
6285 }
6286
6287 /*
6288  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
6289  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
6290  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
6291  * may still exist in local DMA zone.
6292  */
6293
6294 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
6295 {
6296         static int node_order[MAX_NUMNODES];
6297         int node, nr_nodes = 0;
6298         nodemask_t used_mask = NODE_MASK_NONE;
6299         int local_node, prev_node;
6300
6301         /* NUMA-aware ordering of nodes */
6302         local_node = pgdat->node_id;
6303         prev_node = local_node;
6304
6305         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
6306         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
6307                 /*
6308                  * We don't want to pressure a particular node.
6309                  * So adding penalty to the first node in same
6310                  * distance group to make it round-robin.
6311                  */
6312                 if (node_distance(local_node, node) !=
6313                     node_distance(local_node, prev_node))
6314                         node_load[node] += 1;
6315
6316                 node_order[nr_nodes++] = node;
6317                 prev_node = node;
6318         }
6319
6320         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node_order, nr_nodes);
6321         build_thisnode_zonelists(pgdat);
6322         pr_info("Fallback order for Node %d: ", local_node);
6323         for (node = 0; node < nr_nodes; node++)
6324                 pr_cont("%d ", node_order[node]);
6325         pr_cont("\n");
6326 }
6327
6328 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
6329 /*
6330  * Return node id of node used for "local" allocations.
6331  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
6332  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
6333  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
6334  */
6335 int local_memory_node(int node)
6336 {
6337         struct zoneref *z;
6338
6339         z = first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
6340                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
6341                                    NULL);
6342         return zone_to_nid(z->zone);
6343 }
6344 #endif
6345
6346 static void setup_min_unmapped_ratio(void);
6347 static void setup_min_slab_ratio(void);
6348 #else   /* CONFIG_NUMA */
6349
6350 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
6351 {
6352         int node, local_node;
6353         struct zoneref *zonerefs;
6354         int nr_zones;
6355
6356         local_node = pgdat->node_id;
6357
6358         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
6359         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
6360         zonerefs += nr_zones;
6361
6362         /*
6363          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
6364          * of all the other nodes.
6365          * We don't want to pressure a particular node, so when
6366          * building the zones for node N, we make sure that the
6367          * zones coming right after the local ones are those from
6368          * node N+1 (modulo N)
6369          */
6370         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
6371                 if (!node_online(node))
6372                         continue;
6373                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
6374                 zonerefs += nr_zones;
6375         }
6376         for (node = 0; node < local_node; node++) {
6377                 if (!node_online(node))
6378                         continue;
6379                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
6380                 zonerefs += nr_zones;
6381         }
6382
6383         zonerefs->zone = NULL;
6384         zonerefs->zone_idx = 0;
6385 }
6386
6387 #endif  /* CONFIG_NUMA */
6388
6389 /*
6390  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
6391  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
6392  * that an item put on a list will immediately be handed over to
6393  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
6394  * with interrupts disabled.
6395  *
6396  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
6397  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
6398  * hotplugged processors.
6399  *
6400  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
6401  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
6402  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
6403  */
6404 static void per_cpu_pages_init(struct per_cpu_pages *pcp, struct per_cpu_zonestat *pzstats);
6405 /* These effectively disable the pcplists in the boot pageset completely */
6406 #define BOOT_PAGESET_HIGH       0
6407 #define BOOT_PAGESET_BATCH      1
6408 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pages, boot_pageset);
6409 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_zonestat, boot_zonestats);
6410 DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_nodestat, boot_nodestats);
6411
6412 static void __build_all_zonelists(void *data)
6413 {
6414         int nid;
6415         int __maybe_unused cpu;
6416         pg_data_t *self = data;
6417         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
6418
6419         spin_lock(&lock);
6420
6421 #ifdef CONFIG_NUMA
6422         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
6423 #endif
6424
6425         /*
6426          * This node is hotadded and no memory is yet present.   So just
6427          * building zonelists is fine - no need to touch other nodes.
6428          */
6429         if (self && !node_online(self->node_id)) {
6430                 build_zonelists(self);
6431         } else {
6432                 /*
6433                  * All possible nodes have pgdat preallocated
6434                  * in free_area_init
6435                  */
6436                 for_each_node(nid) {
6437                         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6438
6439                         build_zonelists(pgdat);
6440                 }
6441
6442 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
6443                 /*
6444                  * We now know the "local memory node" for each node--
6445                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
6446                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
6447                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
6448                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
6449                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
6450                  */
6451                 for_each_online_cpu(cpu)
6452                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
6453 #endif
6454         }
6455
6456         spin_unlock(&lock);
6457 }
6458
6459 static noinline void __init
6460 build_all_zonelists_init(void)
6461 {
6462         int cpu;
6463
6464         __build_all_zonelists(NULL);
6465
6466         /*
6467          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
6468          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
6469          * each zone will be allocated later when the per cpu
6470          * allocator is available.
6471          *
6472          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
6473          * cpus if the system is already booted because the pagesets
6474          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
6475          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
6476          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
6477          * (a chicken-egg dilemma).
6478          */
6479         for_each_possible_cpu(cpu)
6480                 per_cpu_pages_init(&per_cpu(boot_pageset, cpu), &per_cpu(boot_zonestats, cpu));
6481
6482         mminit_verify_zonelist();
6483         cpuset_init_current_mems_allowed();
6484 }
6485
6486 /*
6487  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
6488  *
6489  * __ref due to call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
6490  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
6491  */
6492 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat)
6493 {
6494         unsigned long vm_total_pages;
6495
6496         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
6497                 build_all_zonelists_init();
6498         } else {
6499                 __build_all_zonelists(pgdat);
6500                 /* cpuset refresh routine should be here */
6501         }
6502         /* Get the number of free pages beyond high watermark in all zones. */
6503         vm_total_pages = nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
6504         /*
6505          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
6506          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
6507          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
6508          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
6509          * disabled and enable it later
6510          */
6511         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
6512                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
6513         else
6514                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
6515
6516         pr_info("Built %u zonelists, mobility grouping %s.  Total pages: %ld\n",
6517                 nr_online_nodes,
6518                 page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
6519                 vm_total_pages);
6520 #ifdef CONFIG_NUMA
6521         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
6522 #endif
6523 }
6524
6525 /* If zone is ZONE_MOVABLE but memory is mirrored, it is an overlapped init */
6526 static bool __meminit
6527 overlap_memmap_init(unsigned long zone, unsigned long *pfn)
6528 {
6529         static struct memblock_region *r;
6530
6531         if (mirrored_kernelcore && zone == ZONE_MOVABLE) {
6532                 if (!r || *pfn >= memblock_region_memory_end_pfn(r)) {
6533                         for_each_mem_region(r) {
6534                                 if (*pfn < memblock_region_memory_end_pfn(r))
6535                                         break;
6536                         }
6537                 }
6538                 if (*pfn >= memblock_region_memory_base_pfn(r) &&
6539                     memblock_is_mirror(r)) {
6540                         *pfn = memblock_region_memory_end_pfn(r);
6541                         return true;
6542                 }
6543         }
6544         return false;
6545 }
6546
6547 /*
6548  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
6549  * up by memblock_free_all() once the early boot process is
6550  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
6551  *
6552  * All aligned pageblocks are initialized to the specified migratetype
6553  * (usually MIGRATE_MOVABLE). Besides setting the migratetype, no related
6554  * zone stats (e.g., nr_isolate_pageblock) are touched.
6555  */
6556 void __meminit memmap_init_range(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
6557                 unsigned long start_pfn, unsigned long zone_end_pfn,
6558                 enum meminit_context context,
6559                 struct vmem_altmap *altmap, int migratetype)
6560 {
6561         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + size;
6562         struct page *page;
6563
6564         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
6565                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
6566
6567 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
6568         /*
6569          * Honor reservation requested by the driver for this ZONE_DEVICE
6570          * memory. We limit the total number of pages to initialize to just
6571          * those that might contain the memory mapping. We will defer the
6572          * ZONE_DEVICE page initialization until after we have released
6573          * the hotplug lock.
6574          */
6575         if (zone == ZONE_DEVICE) {
6576                 if (!altmap)
6577                         return;
6578
6579                 if (start_pfn == altmap->base_pfn)
6580                         start_pfn += altmap->reserve;
6581                 end_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
6582         }
6583 #endif
6584
6585         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; ) {
6586                 /*
6587                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s handed to this
6588                  * function.  They do not exist on hotplugged memory.
6589                  */
6590                 if (context == MEMINIT_EARLY) {
6591                         if (overlap_memmap_init(zone, &pfn))
6592                                 continue;
6593                         if (defer_init(nid, pfn, zone_end_pfn))
6594                                 break;
6595                 }
6596
6597                 page = pfn_to_page(pfn);
6598                 __init_single_page(page, pfn, zone, nid);
6599                 if (context == MEMINIT_HOTPLUG)
6600                         __SetPageReserved(page);
6601
6602                 /*
6603                  * Usually, we want to mark the pageblock MIGRATE_MOVABLE,
6604                  * such that unmovable allocations won't be scattered all
6605                  * over the place during system boot.
6606                  */
6607                 if (IS_ALIGNED(pfn, pageblock_nr_pages)) {
6608                         set_pageblock_migratetype(page, migratetype);
6609                         cond_resched();
6610                 }
6611                 pfn++;
6612         }
6613 }
6614
6615 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
6616 static void __ref __init_zone_device_page(struct page *page, unsigned long pfn,
6617                                           unsigned long zone_idx, int nid,
6618                                           struct dev_pagemap *pgmap)
6619 {
6620
6621         __init_single_page(page, pfn, zone_idx, nid);
6622
6623         /*
6624          * Mark page reserved as it will need to wait for onlining
6625          * phase for it to be fully associated with a zone.
6626          *
6627          * We can use the non-atomic __set_bit operation for setting
6628          * the flag as we are still initializing the pages.
6629          */
6630         __SetPageReserved(page);
6631
6632         /*
6633          * ZONE_DEVICE pages union ->lru with a ->pgmap back pointer
6634          * and zone_device_data.  It is a bug if a ZONE_DEVICE page is
6635          * ever freed or placed on a driver-private list.
6636          */
6637         page->pgmap = pgmap;
6638         page->zone_device_data = NULL;
6639
6640         /*
6641          * Mark the block movable so that blocks are reserved for
6642          * movable at startup. This will force kernel allocations
6643          * to reserve their blocks rather than leaking throughout
6644          * the address space during boot when many long-lived
6645          * kernel allocations are made.
6646          *
6647          * Please note that MEMINIT_HOTPLUG path doesn't clear memmap
6648          * because this is done early in section_activate()
6649          */
6650         if (IS_ALIGNED(pfn, pageblock_nr_pages)) {
6651                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
6652                 cond_resched();
6653         }
6654 }
6655
6656 /*
6657  * With compound page geometry and when struct pages are stored in ram most
6658  * tail pages are reused. Consequently, the amount of unique struct pages to
6659  * initialize is a lot smaller that the total amount of struct pages being
6660  * mapped. This is a paired / mild layering violation with explicit knowledge
6661  * of how the sparse_vmemmap internals handle compound pages in the lack
6662  * of an altmap. See vmemmap_populate_compound_pages().
6663  */
6664 static inline unsigned long compound_nr_pages(struct vmem_altmap *altmap,
6665                                               unsigned long nr_pages)
6666 {
6667         return is_power_of_2(sizeof(struct page)) &&
6668                 !altmap ? 2 * (PAGE_SIZE / sizeof(struct page)) : nr_pages;
6669 }
6670
6671 static void __ref memmap_init_compound(struct page *head,
6672                                        unsigned long head_pfn,
6673                                        unsigned long zone_idx, int nid,
6674                                        struct dev_pagemap *pgmap,
6675                                        unsigned long nr_pages)
6676 {
6677         unsigned long pfn, end_pfn = head_pfn + nr_pages;
6678         unsigned int order = pgmap->vmemmap_shift;
6679
6680         __SetPageHead(head);
6681         for (pfn = head_pfn + 1; pfn < end_pfn; pfn++) {
6682                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
6683
6684                 __init_zone_device_page(page, pfn, zone_idx, nid, pgmap);
6685                 prep_compound_tail(head, pfn - head_pfn);
6686                 set_page_count(page, 0);
6687
6688                 /*
6689                  * The first tail page stores compound_mapcount_ptr() and
6690                  * compound_order() and the second tail page stores
6691                  * compound_pincount_ptr(). Call prep_compound_head() after
6692                  * the first and second tail pages have been initialized to
6693                  * not have the data overwritten.
6694                  */
6695                 if (pfn == head_pfn + 2)
6696                         prep_compound_head(head, order);
6697         }
6698 }
6699
6700 void __ref memmap_init_zone_device(struct zone *zone,
6701                                    unsigned long start_pfn,
6702                                    unsigned long nr_pages,
6703                                    struct dev_pagemap *pgmap)
6704 {
6705         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + nr_pages;
6706         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
6707         struct vmem_altmap *altmap = pgmap_altmap(pgmap);
6708         unsigned int pfns_per_compound = pgmap_vmemmap_nr(pgmap);
6709         unsigned long zone_idx = zone_idx(zone);
6710         unsigned long start = jiffies;
6711         int nid = pgdat->node_id;
6712
6713         if (WARN_ON_ONCE(!pgmap || zone_idx(zone) != ZONE_DEVICE))
6714                 return;
6715
6716         /*
6717          * The call to memmap_init should have already taken care
6718          * of the pages reserved for the memmap, so we can just jump to
6719          * the end of that region and start processing the device pages.
6720          */
6721         if (altmap) {
6722                 start_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
6723                 nr_pages = end_pfn - start_pfn;
6724         }
6725
6726         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn += pfns_per_compound) {
6727                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
6728
6729                 __init_zone_device_page(page, pfn, zone_idx, nid, pgmap);
6730
6731                 if (pfns_per_compound == 1)
6732                         continue;
6733
6734                 memmap_init_compound(page, pfn, zone_idx, nid, pgmap,
6735                                      compound_nr_pages(altmap, pfns_per_compound));
6736         }
6737
6738         pr_info("%s initialised %lu pages in %ums\n", __func__,
6739                 nr_pages, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
6740 }
6741
6742 #endif
6743 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
6744 {
6745         unsigned int order, t;
6746         for_each_migratetype_order(order, t) {
6747                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
6748                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
6749         }
6750 }
6751
6752 /*
6753  * Only struct pages that correspond to ranges defined by memblock.memory
6754  * are zeroed and initialized by going through __init_single_page() during
6755  * memmap_init_zone_range().
6756  *
6757  * But, there could be struct pages that correspond to holes in
6758  * memblock.memory. This can happen because of the following reasons:
6759  * - physical memory bank size is not necessarily the exact multiple of the
6760  *   arbitrary section size
6761  * - early reserved memory may not be listed in memblock.memory
6762  * - memory layouts defined with memmap= kernel parameter may not align
6763  *   nicely with memmap sections
6764  *
6765  * Explicitly initialize those struct pages so that:
6766  * - PG_Reserved is set
6767  * - zone and node links point to zone and node that span the page if the
6768  *   hole is in the middle of a zone
6769  * - zone and node links point to adjacent zone/node if the hole falls on
6770  *   the zone boundary; the pages in such holes will be prepended to the
6771  *   zone/node above the hole except for the trailing pages in the last
6772  *   section that will be appended to the zone/node below.
6773  */
6774 static void __init init_unavailable_range(unsigned long spfn,
6775                                           unsigned long epfn,
6776                                           int zone, int node)
6777 {
6778         unsigned long pfn;
6779         u64 pgcnt = 0;
6780
6781         for (pfn = spfn; pfn < epfn; pfn++) {
6782                 if (!pfn_valid(ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages))) {
6783                         pfn = ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages)
6784                                 + pageblock_nr_pages - 1;
6785                         continue;
6786                 }
6787                 __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zone, node);
6788                 __SetPageReserved(pfn_to_page(pfn));
6789                 pgcnt++;
6790         }
6791
6792         if (pgcnt)
6793                 pr_info("On node %d, zone %s: %lld pages in unavailable ranges",
6794                         node, zone_names[zone], pgcnt);
6795 }
6796
6797 static void __init memmap_init_zone_range(struct zone *zone,
6798                                           unsigned long start_pfn,
6799                                           unsigned long end_pfn,
6800                                           unsigned long *hole_pfn)
6801 {
6802         unsigned long zone_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
6803         unsigned long zone_end_pfn = zone_start_pfn + zone->spanned_pages;
6804         int nid = zone_to_nid(zone), zone_id = zone_idx(zone);
6805
6806         start_pfn = clamp(start_pfn, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6807         end_pfn = clamp(end_pfn, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6808
6809         if (start_pfn >= end_pfn)
6810                 return;
6811
6812         memmap_init_range(end_pfn - start_pfn, nid, zone_id, start_pfn,
6813                           zone_end_pfn, MEMINIT_EARLY, NULL, MIGRATE_MOVABLE);
6814
6815         if (*hole_pfn < start_pfn)
6816                 init_unavailable_range(*hole_pfn, start_pfn, zone_id, nid);
6817
6818         *hole_pfn = end_pfn;
6819 }
6820
6821 static void __init memmap_init(void)
6822 {
6823         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6824         unsigned long hole_pfn = 0;
6825         int i, j, zone_id = 0, nid;
6826
6827         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
6828                 struct pglist_data *node = NODE_DATA(nid);
6829
6830                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6831                         struct zone *zone = node->node_zones + j;
6832
6833                         if (!populated_zone(zone))
6834                                 continue;
6835
6836                         memmap_init_zone_range(zone, start_pfn, end_pfn,
6837                                                &hole_pfn);
6838                         zone_id = j;
6839                 }
6840         }
6841
6842 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
6843         /*
6844          * Initialize the memory map for hole in the range [memory_end,
6845          * section_end].
6846          * Append the pages in this hole to the highest zone in the last
6847          * node.
6848          * The call to init_unavailable_range() is outside the ifdef to
6849          * silence the compiler warining about zone_id set but not used;
6850          * for FLATMEM it is a nop anyway
6851          */
6852         end_pfn = round_up(end_pfn, PAGES_PER_SECTION);
6853         if (hole_pfn < end_pfn)
6854 #endif
6855                 init_unavailable_range(hole_pfn, end_pfn, zone_id, nid);
6856 }
6857
6858 void __init *memmap_alloc(phys_addr_t size, phys_addr_t align,
6859                           phys_addr_t min_addr, int nid, bool exact_nid)
6860 {
6861         void *ptr;
6862
6863         if (exact_nid)
6864                 ptr = memblock_alloc_exact_nid_raw(size, align, min_addr,
6865                                                    MEMBLOCK_ALLOC_ACCESSIBLE,
6866                                                    nid);
6867         else
6868                 ptr = memblock_alloc_try_nid_raw(size, align, min_addr,
6869                                                  MEMBLOCK_ALLOC_ACCESSIBLE,
6870                                                  nid);
6871
6872         if (ptr && size > 0)
6873                 page_init_poison(ptr, size);
6874
6875         return ptr;
6876 }
6877
6878 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
6879 {
6880 #ifdef CONFIG_MMU
6881         int batch;
6882
6883         /*
6884          * The number of pages to batch allocate is either ~0.1%
6885          * of the zone or 1MB, whichever is smaller. The batch
6886          * size is striking a balance between allocation latency
6887          * and zone lock contention.
6888          */
6889         batch = min(zone_managed_pages(zone) >> 10, (1024 * 1024) / PAGE_SIZE);
6890         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
6891         if (batch < 1)
6892                 batch = 1;
6893
6894         /*
6895          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
6896          * of 2 value was found to be more likely to have
6897          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
6898          *
6899          * For example if 2 tasks are alternately allocating
6900          * batches of pages, one task can end up with a lot
6901          * of pages of one half of the possible page colors
6902          * and the other with pages of the other colors.
6903          */
6904         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
6905
6906         return batch;
6907
6908 #else
6909         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
6910          * conditions.
6911          *
6912          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
6913          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
6914          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
6915          *
6916          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
6917          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
6918          * can be a significant delay between the individual batches being
6919          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
6920          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
6921          */
6922         return 0;
6923 #endif
6924 }
6925
6926 static int zone_highsize(struct zone *zone, int batch, int cpu_online)
6927 {
6928 #ifdef CONFIG_MMU
6929         int high;
6930         int nr_split_cpus;
6931         unsigned long total_pages;
6932
6933         if (!percpu_pagelist_high_fraction) {
6934                 /*
6935                  * By default, the high value of the pcp is based on the zone
6936                  * low watermark so that if they are full then background
6937                  * reclaim will not be started prematurely.
6938                  */
6939                 total_pages = low_wmark_pages(zone);
6940         } else {
6941                 /*
6942                  * If percpu_pagelist_high_fraction is configured, the high
6943                  * value is based on a fraction of the managed pages in the
6944                  * zone.
6945                  */
6946                 total_pages = zone_managed_pages(zone) / percpu_pagelist_high_fraction;
6947         }
6948
6949         /*
6950          * Split the high value across all online CPUs local to the zone. Note
6951          * that early in boot that CPUs may not be online yet and that during
6952          * CPU hotplug that the cpumask is not yet updated when a CPU is being
6953          * onlined. For memory nodes that have no CPUs, split pcp->high across
6954          * all online CPUs to mitigate the risk that reclaim is triggered
6955          * prematurely due to pages stored on pcp lists.
6956          */
6957         nr_split_cpus = cpumask_weight(cpumask_of_node(zone_to_nid(zone))) + cpu_online;
6958         if (!nr_split_cpus)
6959                 nr_split_cpus = num_online_cpus();
6960         high = total_pages / nr_split_cpus;
6961
6962         /*
6963          * Ensure high is at least batch*4. The multiple is based on the
6964          * historical relationship between high and batch.
6965          */
6966         high = max(high, batch << 2);
6967
6968         return high;
6969 #else
6970         return 0;
6971 #endif
6972 }
6973
6974 /*
6975  * pcp->high and pcp->batch values are related and generally batch is lower
6976  * than high. They are also related to pcp->count such that count is lower
6977  * than high, and as soon as it reaches high, the pcplist is flushed.
6978  *
6979  * However, guaranteeing these relations at all times would require e.g. write
6980  * barriers here but also careful usage of read barriers at the read side, and
6981  * thus be prone to error and bad for performance. Thus the update only prevents
6982  * store tearing. Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they
6983  * can cope with those fields changing asynchronously, and fully trust only the
6984  * pcp->count field on the local CPU with interrupts disabled.
6985  *
6986  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
6987  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
6988  * exist).
6989  */
6990 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
6991                 unsigned long batch)
6992 {
6993         WRITE_ONCE(pcp->batch, batch);
6994         WRITE_ONCE(pcp->high, high);
6995 }
6996
6997 static void per_cpu_pages_init(struct per_cpu_pages *pcp, struct per_cpu_zonestat *pzstats)
6998 {
6999         int pindex;
7000
7001         memset(pcp, 0, sizeof(*pcp));
7002         memset(pzstats, 0, sizeof(*pzstats));
7003
7004         for (pindex = 0; pindex < NR_PCP_LISTS; pindex++)
7005                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[pindex]);
7006
7007         /*
7008          * Set batch and high values safe for a boot pageset. A true percpu
7009          * pageset's initialization will update them subsequently. Here we don't
7010          * need to be as careful as pageset_update() as nobody can access the
7011          * pageset yet.
7012          */
7013         pcp->high = BOOT_PAGESET_HIGH;
7014         pcp->batch = BOOT_PAGESET_BATCH;
7015         pcp->free_factor = 0;
7016 }
7017
7018 static void __zone_set_pageset_high_and_batch(struct zone *zone, unsigned long high,
7019                 unsigned long batch)
7020 {
7021         struct per_cpu_pages *pcp;
7022         int cpu;
7023
7024         for_each_possible_cpu(cpu) {
7025                 pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
7026                 pageset_update(pcp, high, batch);
7027         }
7028 }
7029
7030 /*
7031  * Calculate and set new high and batch values for all per-cpu pagesets of a
7032  * zone based on the zone's size.
7033  */
7034 static void zone_set_pageset_high_and_batch(struct zone *zone, int cpu_online)
7035 {
7036         int new_high, new_batch;
7037
7038         new_batch = max(1, zone_batchsize(zone));
7039         new_high = zone_highsize(zone, new_batch, cpu_online);
7040
7041         if (zone->pageset_high == new_high &&
7042             zone->pageset_batch == new_batch)
7043                 return;
7044
7045         zone->pageset_high = new_high;
7046         zone->pageset_batch = new_batch;
7047
7048         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, new_high, new_batch);
7049 }
7050
7051 void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
7052 {
7053         int cpu;
7054
7055         /* Size may be 0 on !SMP && !NUMA */
7056         if (sizeof(struct per_cpu_zonestat) > 0)
7057                 zone->per_cpu_zonestats = alloc_percpu(struct per_cpu_zonestat);
7058
7059         zone->per_cpu_pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pages);
7060         for_each_possible_cpu(cpu) {
7061                 struct per_cpu_pages *pcp;
7062                 struct per_cpu_zonestat *pzstats;
7063
7064                 pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
7065                 pzstats = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_zonestats, cpu);
7066                 per_cpu_pages_init(pcp, pzstats);
7067         }
7068
7069         zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0);
7070 }
7071
7072 /*
7073  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
7074  * Before this call only boot pagesets were available.
7075  */
7076 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
7077 {
7078         struct pglist_data *pgdat;
7079         struct zone *zone;
7080         int __maybe_unused cpu;
7081
7082         for_each_populated_zone(zone)
7083                 setup_zone_pageset(zone);
7084
7085 #ifdef CONFIG_NUMA
7086         /*
7087          * Unpopulated zones continue using the boot pagesets.
7088          * The numa stats for these pagesets need to be reset.
7089          * Otherwise, they will end up skewing the stats of
7090          * the nodes these zones are associated with.
7091          */
7092         for_each_possible_cpu(cpu) {
7093                 struct per_cpu_zonestat *pzstats = &per_cpu(boot_zonestats, cpu);
7094                 memset(pzstats->vm_numa_event, 0,
7095                        sizeof(pzstats->vm_numa_event));
7096         }
7097 #endif
7098
7099         for_each_online_pgdat(pgdat)
7100                 pgdat->per_cpu_nodestats =
7101                         alloc_percpu(struct per_cpu_nodestat);
7102 }
7103
7104 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
7105 {
7106         /*
7107          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
7108          * relies on the ability of the linker to provide the
7109          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
7110          */
7111         zone->per_cpu_pageset = &boot_pageset;
7112         zone->per_cpu_zonestats = &boot_zonestats;
7113         zone->pageset_high = BOOT_PAGESET_HIGH;
7114         zone->pageset_batch = BOOT_PAGESET_BATCH;
7115
7116         if (populated_zone(zone))
7117                 pr_debug("  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n", zone->name,
7118                          zone->present_pages, zone_batchsize(zone));
7119 }
7120
7121 void __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
7122                                         unsigned long zone_start_pfn,
7123                                         unsigned long size)
7124 {
7125         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
7126         int zone_idx = zone_idx(zone) + 1;
7127
7128         if (zone_idx > pgdat->nr_zones)
7129                 pgdat->nr_zones = zone_idx;
7130
7131         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
7132
7133         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
7134                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
7135                         pgdat->node_id,
7136                         (unsigned long)zone_idx(zone),
7137                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
7138
7139         zone_init_free_lists(zone);
7140         zone->initialized = 1;
7141 }
7142
7143 /**
7144  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
7145  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
7146  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
7147  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
7148  *
7149  * It returns the start and end page frame of a node based on information
7150  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
7151  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
7152  * PFNs will be 0.
7153  */
7154 void __init get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
7155                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
7156 {
7157         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
7158         int i;
7159
7160         *start_pfn = -1UL;
7161         *end_pfn = 0;
7162
7163         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
7164                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
7165                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
7166         }
7167
7168         if (*start_pfn == -1UL)
7169                 *start_pfn = 0;
7170 }
7171
7172 /*
7173  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
7174  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
7175  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
7176  */
7177 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
7178 {
7179         int zone_index;
7180         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
7181                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
7182                         continue;
7183
7184                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
7185                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
7186                         break;
7187         }
7188
7189         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
7190         movable_zone = zone_index;
7191 }
7192
7193 /*
7194  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
7195  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
7196  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
7197  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
7198  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
7199  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
7200  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
7201  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
7202  */
7203 static void __init adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
7204                                         unsigned long zone_type,
7205                                         unsigned long node_start_pfn,
7206                                         unsigned long node_end_pfn,
7207                                         unsigned long *zone_start_pfn,
7208                                         unsigned long *zone_end_pfn)
7209 {
7210         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
7211         if (zone_movable_pfn[nid]) {
7212                 /* Size ZONE_MOVABLE */
7213                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
7214                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
7215                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
7216                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
7217
7218                 /* Adjust for ZONE_MOVABLE starting within this range */
7219                 } else if (!mirrored_kernelcore &&
7220                         *zone_start_pfn < zone_movable_pfn[nid] &&
7221                         *zone_end_pfn > zone_movable_pfn[nid]) {
7222                         *zone_end_pfn = zone_movable_pfn[nid];
7223
7224                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
7225                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
7226                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
7227         }
7228 }
7229
7230 /*
7231  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
7232  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
7233  */
7234 static unsigned long __init zone_spanned_pages_in_node(int nid,
7235                                         unsigned long zone_type,
7236                                         unsigned long node_start_pfn,
7237                                         unsigned long node_end_pfn,
7238                                         unsigned long *zone_start_pfn,
7239                                         unsigned long *zone_end_pfn)
7240 {
7241         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
7242         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
7243         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
7244         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
7245                 return 0;
7246
7247         /* Get the start and end of the zone */
7248         *zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
7249         *zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
7250         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
7251                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
7252                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
7253
7254         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
7255         if (*zone_end_pfn < node_start_pfn || *zone_start_pfn > node_end_pfn)
7256                 return 0;
7257
7258         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
7259         *zone_end_pfn = min(*zone_end_pfn, node_end_pfn);
7260         *zone_start_pfn = max(*zone_start_pfn, node_start_pfn);
7261
7262         /* Return the spanned pages */
7263         return *zone_end_pfn - *zone_start_pfn;
7264 }
7265
7266 /*
7267  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
7268  * then all holes in the requested range will be accounted for.
7269  */
7270 unsigned long __init __absent_pages_in_range(int nid,
7271                                 unsigned long range_start_pfn,
7272                                 unsigned long range_end_pfn)
7273 {
7274         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
7275         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7276         int i;
7277
7278         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
7279                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
7280                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
7281                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
7282         }
7283         return nr_absent;
7284 }
7285
7286 /**
7287  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
7288  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
7289  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
7290  *
7291  * Return: the number of pages frames in memory holes within a range.
7292  */
7293 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
7294                                                         unsigned long end_pfn)
7295 {
7296         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
7297 }
7298
7299 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
7300 static unsigned long __init zone_absent_pages_in_node(int nid,
7301                                         unsigned long zone_type,
7302                                         unsigned long node_start_pfn,
7303                                         unsigned long node_end_pfn)
7304 {
7305         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
7306         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
7307         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
7308         unsigned long nr_absent;
7309
7310         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
7311         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
7312                 return 0;
7313
7314         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
7315         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
7316
7317         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
7318                         node_start_pfn, node_end_pfn,
7319                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
7320         nr_absent = __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
7321
7322         /*
7323          * ZONE_MOVABLE handling.
7324          * Treat pages to be ZONE_MOVABLE in ZONE_NORMAL as absent pages
7325          * and vice versa.
7326          */
7327         if (mirrored_kernelcore && zone_movable_pfn[nid]) {
7328                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
7329                 struct memblock_region *r;
7330
7331                 for_each_mem_region(r) {
7332                         start_pfn = clamp(memblock_region_memory_base_pfn(r),
7333                                           zone_start_pfn, zone_end_pfn);
7334                         end_pfn = clamp(memblock_region_memory_end_pfn(r),
7335                                         zone_start_pfn, zone_end_pfn);
7336
7337                         if (zone_type == ZONE_MOVABLE &&
7338                             memblock_is_mirror(r))
7339                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
7340
7341                         if (zone_type == ZONE_NORMAL &&
7342                             !memblock_is_mirror(r))
7343                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
7344                 }
7345         }
7346
7347         return nr_absent;
7348 }
7349
7350 static void __init calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
7351                                                 unsigned long node_start_pfn,
7352                                                 unsigned long node_end_pfn)
7353 {
7354         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
7355         enum zone_type i;
7356
7357         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7358                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
7359                 unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
7360                 unsigned long spanned, absent;
7361                 unsigned long size, real_size;
7362
7363                 spanned = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
7364                                                      node_start_pfn,
7365                                                      node_end_pfn,
7366                                                      &zone_start_pfn,
7367                                                      &zone_end_pfn);
7368                 absent = zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
7369                                                    node_start_pfn,
7370                                                    node_end_pfn);
7371
7372                 size = spanned;
7373                 real_size = size - absent;
7374
7375                 if (size)
7376                         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
7377                 else
7378                         zone->zone_start_pfn = 0;
7379                 zone->spanned_pages = size;
7380                 zone->present_pages = real_size;
7381 #if defined(CONFIG_MEMORY_HOTPLUG)
7382                 zone->present_early_pages = real_size;
7383 #endif
7384
7385                 totalpages += size;
7386                 realtotalpages += real_size;
7387         }
7388
7389         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
7390         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
7391         pr_debug("On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id, realtotalpages);
7392 }
7393
7394 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
7395 /*
7396  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
7397  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
7398  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
7399  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
7400  * bytes.
7401  */
7402 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
7403 {
7404         unsigned long usemapsize;
7405
7406         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
7407         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
7408         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
7409         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
7410         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
7411
7412         return usemapsize / 8;
7413 }
7414
7415 static void __ref setup_usemap(struct zone *zone)
7416 {
7417         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone->zone_start_pfn,
7418                                                zone->spanned_pages);
7419         zone->pageblock_flags = NULL;
7420         if (usemapsize) {
7421                 zone->pageblock_flags =
7422                         memblock_alloc_node(usemapsize, SMP_CACHE_BYTES,
7423                                             zone_to_nid(zone));
7424                 if (!zone->pageblock_flags)
7425                         panic("Failed to allocate %ld bytes for zone %s pageblock flags on node %d\n",
7426                               usemapsize, zone->name, zone_to_nid(zone));
7427         }
7428 }
7429 #else
7430 static inline void setup_usemap(struct zone *zone) {}
7431 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
7432
7433 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
7434
7435 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
7436 void __init set_pageblock_order(void)
7437 {
7438         unsigned int order = MAX_ORDER - 1;
7439
7440         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
7441         if (pageblock_order)
7442                 return;
7443
7444         /* Don't let pageblocks exceed the maximum allocation granularity. */
7445         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT && HUGETLB_PAGE_ORDER < order)
7446                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
7447
7448         /*
7449          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
7450          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
7451          * powerpc.
7452          */
7453         pageblock_order = order;
7454 }
7455 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
7456
7457 /*
7458  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
7459  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
7460  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
7461  * the kernel config
7462  */
7463 void __init set_pageblock_order(void)
7464 {
7465 }
7466
7467 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
7468
7469 static unsigned long __init calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
7470                                                 unsigned long present_pages)
7471 {
7472         unsigned long pages = spanned_pages;
7473
7474         /*
7475          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
7476          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
7477          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
7478          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
7479          * populated regions may not be naturally aligned on page boundary.
7480          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
7481          */
7482         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
7483             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
7484                 pages = present_pages;
7485
7486         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
7487 }
7488
7489 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
7490 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat)
7491 {
7492         struct deferred_split *ds_queue = &pgdat->deferred_split_queue;
7493
7494         spin_lock_init(&ds_queue->split_queue_lock);
7495         INIT_LIST_HEAD(&ds_queue->split_queue);
7496         ds_queue->split_queue_len = 0;
7497 }
7498 #else
7499 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat) {}
7500 #endif
7501
7502 #ifdef CONFIG_COMPACTION
7503 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat)
7504 {
7505         init_waitqueue_head(&pgdat->kcompactd_wait);
7506 }
7507 #else
7508 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat) {}
7509 #endif
7510
7511 static void __meminit pgdat_init_internals(struct pglist_data *pgdat)
7512 {
7513         int i;
7514
7515         pgdat_resize_init(pgdat);
7516
7517         pgdat_init_split_queue(pgdat);
7518         pgdat_init_kcompactd(pgdat);
7519
7520         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
7521         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
7522
7523         for (i = 0; i < NR_VMSCAN_THROTTLE; i++)
7524                 init_waitqueue_head(&pgdat->reclaim_wait[i]);
7525
7526         pgdat_page_ext_init(pgdat);
7527         lruvec_init(&pgdat->__lruvec);
7528 }
7529
7530 static void __meminit zone_init_internals(struct zone *zone, enum zone_type idx, int nid,
7531                                                         unsigned long remaining_pages)
7532 {
7533         atomic_long_set(&zone->managed_pages, remaining_pages);
7534         zone_set_nid(zone, nid);
7535         zone->name = zone_names[idx];
7536         zone->zone_pgdat = NODE_DATA(nid);
7537         spin_lock_init(&zone->lock);
7538         zone_seqlock_init(zone);
7539         zone_pcp_init(zone);
7540 }
7541
7542 /*
7543  * Set up the zone data structures
7544  * - init pgdat internals
7545  * - init all zones belonging to this node
7546  *
7547  * NOTE: this function is only called during memory hotplug
7548  */
7549 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
7550 void __ref free_area_init_core_hotplug(struct pglist_data *pgdat)
7551 {
7552         int nid = pgdat->node_id;
7553         enum zone_type z;
7554         int cpu;
7555
7556         pgdat_init_internals(pgdat);
7557
7558         if (pgdat->per_cpu_nodestats == &boot_nodestats)
7559                 pgdat->per_cpu_nodestats = alloc_percpu(struct per_cpu_nodestat);
7560
7561         /*
7562          * Reset the nr_zones, order and highest_zoneidx before reuse.
7563          * Note that kswapd will init kswapd_highest_zoneidx properly
7564          * when it starts in the near future.
7565          */
7566         pgdat->nr_zones = 0;
7567         pgdat->kswapd_order = 0;
7568         pgdat->kswapd_highest_zoneidx = 0;
7569         pgdat->node_start_pfn = 0;
7570         for_each_online_cpu(cpu) {
7571                 struct per_cpu_nodestat *p;
7572
7573                 p = per_cpu_ptr(pgdat->per_cpu_nodestats, cpu);
7574                 memset(p, 0, sizeof(*p));
7575         }
7576
7577         for (z = 0; z < MAX_NR_ZONES; z++)
7578                 zone_init_internals(&pgdat->node_zones[z], z, nid, 0);
7579 }
7580 #endif
7581
7582 /*
7583  * Set up the zone data structures:
7584  *   - mark all pages reserved
7585  *   - mark all memory queues empty
7586  *   - clear the memory bitmaps
7587  *
7588  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
7589  * NOTE: this function is only called during early init.
7590  */
7591 static void __init free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat)
7592 {
7593         enum zone_type j;
7594         int nid = pgdat->node_id;
7595
7596         pgdat_init_internals(pgdat);
7597         pgdat->per_cpu_nodestats = &boot_nodestats;
7598
7599         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
7600                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
7601                 unsigned long size, freesize, memmap_pages;
7602
7603                 size = zone->spanned_pages;
7604                 freesize = zone->present_pages;
7605
7606                 /*
7607                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
7608                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
7609                  * and per-cpu initialisations
7610                  */
7611                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, freesize);
7612                 if (!is_highmem_idx(j)) {
7613                         if (freesize >= memmap_pages) {
7614                                 freesize -= memmap_pages;
7615                                 if (memmap_pages)
7616                                         pr_debug("  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
7617                                                  zone_names[j], memmap_pages);
7618                         } else
7619                                 pr_warn("  %s zone: %lu memmap pages exceeds freesize %lu\n",
7620                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
7621                 }
7622
7623                 /* Account for reserved pages */
7624                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
7625                         freesize -= dma_reserve;
7626                         pr_debug("  %s zone: %lu pages reserved\n", zone_names[0], dma_reserve);
7627                 }
7628
7629                 if (!is_highmem_idx(j))
7630                         nr_kernel_pages += freesize;
7631                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
7632                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
7633                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
7634                 nr_all_pages += freesize;
7635
7636                 /*
7637                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
7638                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
7639                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
7640                  */
7641                 zone_init_internals(zone, j, nid, freesize);
7642
7643                 if (!size)
7644                         continue;
7645
7646                 set_pageblock_order();
7647                 setup_usemap(zone);
7648                 init_currently_empty_zone(zone, zone->zone_start_pfn, size);
7649         }
7650 }
7651
7652 #ifdef CONFIG_FLATMEM
7653 static void __init alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
7654 {
7655         unsigned long __maybe_unused start = 0;
7656         unsigned long __maybe_unused offset = 0;
7657
7658         /* Skip empty nodes */
7659         if (!pgdat->node_spanned_pages)
7660                 return;
7661
7662         start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
7663         offset = pgdat->node_start_pfn - start;
7664         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
7665         if (!pgdat->node_mem_map) {
7666                 unsigned long size, end;
7667                 struct page *map;
7668
7669                 /*
7670                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
7671                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
7672                  * for the buddy allocator to function correctly.
7673                  */
7674                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
7675                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
7676                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
7677                 map = memmap_alloc(size, SMP_CACHE_BYTES, MEMBLOCK_LOW_LIMIT,
7678                                    pgdat->node_id, false);
7679                 if (!map)
7680                         panic("Failed to allocate %ld bytes for node %d memory map\n",
7681                               size, pgdat->node_id);
7682                 pgdat->node_mem_map = map + offset;
7683         }
7684         pr_debug("%s: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
7685                                 __func__, pgdat->node_id, (unsigned long)pgdat,
7686                                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
7687 #ifndef CONFIG_NUMA
7688         /*
7689          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
7690          */
7691         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
7692                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
7693                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
7694                         mem_map -= offset;
7695         }
7696 #endif
7697 }
7698 #else
7699 static inline void alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat) { }
7700 #endif /* CONFIG_FLATMEM */
7701
7702 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
7703 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat)
7704 {
7705         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
7706 }
7707 #else
7708 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat) {}
7709 #endif
7710
7711 static void __init free_area_init_node(int nid)
7712 {
7713         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
7714         unsigned long start_pfn = 0;
7715         unsigned long end_pfn = 0;
7716
7717         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
7718         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->kswapd_highest_zoneidx);
7719
7720         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
7721
7722         pgdat->node_id = nid;
7723         pgdat->node_start_pfn = start_pfn;
7724         pgdat->per_cpu_nodestats = NULL;
7725
7726         if (start_pfn != end_pfn) {
7727                 pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
7728                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
7729                         end_pfn ? ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1 : 0);
7730         } else {
7731                 pr_info("Initmem setup node %d as memoryless\n", nid);
7732         }
7733
7734         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn);
7735
7736         alloc_node_mem_map(pgdat);
7737         pgdat_set_deferred_range(pgdat);
7738
7739         free_area_init_core(pgdat);
7740 }
7741
7742 static void __init free_area_init_memoryless_node(int nid)
7743 {
7744         free_area_init_node(nid);
7745 }
7746
7747 #if MAX_NUMNODES > 1
7748 /*
7749  * Figure out the number of possible node ids.
7750  */
7751 void __init setup_nr_node_ids(void)
7752 {
7753         unsigned int highest;
7754
7755         highest = find_last_bit(node_possible_map.bits, MAX_NUMNODES);
7756         nr_node_ids = highest + 1;
7757 }
7758 #endif
7759
7760 /**
7761  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
7762  *
7763  * This function should be called after node map is populated and sorted.
7764  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
7765  * all the nodes.
7766  *
7767  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
7768  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
7769  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
7770  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
7771  *
7772  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
7773  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
7774  * populated node map.
7775  *
7776  * Return: the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
7777  * requirement (single node).
7778  */
7779 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
7780 {
7781         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
7782         unsigned long start, end, mask;
7783         int last_nid = NUMA_NO_NODE;
7784         int i, nid;
7785
7786         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
7787                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
7788                         last_nid = nid;
7789                         last_end = end;
7790                         continue;
7791                 }
7792
7793                 /*
7794                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
7795                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
7796                  * too coarse to separate the current node from the last.
7797                  */
7798                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
7799                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
7800                         mask <<= 1;
7801
7802                 /* accumulate all internode masks */
7803                 accl_mask |= mask;
7804         }
7805
7806         /* convert mask to number of pages */
7807         return ~accl_mask + 1;
7808 }
7809
7810 /**
7811  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
7812  *
7813  * Return: the minimum PFN based on information provided via
7814  * memblock_set_node().
7815  */
7816 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
7817 {
7818         return PHYS_PFN(memblock_start_of_DRAM());
7819 }
7820
7821 /*
7822  * early_calculate_totalpages()
7823  * Sum pages in active regions for movable zone.
7824  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
7825  */
7826 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
7827 {
7828         unsigned long totalpages = 0;
7829         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7830         int i, nid;
7831
7832         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
7833                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
7834
7835                 totalpages += pages;
7836                 if (pages)
7837                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
7838         }
7839         return totalpages;
7840 }
7841
7842 /*
7843  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
7844  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
7845  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
7846  * others
7847  */
7848 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
7849 {
7850         int i, nid;
7851         unsigned long usable_startpfn;
7852         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
7853         /* save the state before borrow the nodemask */
7854         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
7855         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
7856         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
7857         struct memblock_region *r;
7858
7859         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
7860         find_usable_zone_for_movable();
7861
7862         /*
7863          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
7864          * options.
7865          */
7866         if (movable_node_is_enabled()) {
7867                 for_each_mem_region(r) {
7868                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
7869                                 continue;
7870
7871                         nid = memblock_get_region_node(r);
7872
7873                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
7874                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
7875                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
7876                                 usable_startpfn;
7877                 }
7878
7879                 goto out2;
7880         }
7881
7882         /*
7883          * If kernelcore=mirror is specified, ignore movablecore option
7884          */
7885         if (mirrored_kernelcore) {
7886                 bool mem_below_4gb_not_mirrored = false;
7887
7888                 for_each_mem_region(r) {
7889                         if (memblock_is_mirror(r))
7890                                 continue;
7891
7892                         nid = memblock_get_region_node(r);
7893
7894                         usable_startpfn = memblock_region_memory_base_pfn(r);
7895
7896                         if (usable_startpfn < PHYS_PFN(SZ_4G)) {
7897                                 mem_below_4gb_not_mirrored = true;
7898                                 continue;
7899                         }
7900
7901                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
7902                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
7903                                 usable_startpfn;
7904                 }
7905
7906                 if (mem_below_4gb_not_mirrored)
7907                         pr_warn("This configuration results in unmirrored kernel memory.\n");
7908
7909                 goto out2;
7910         }
7911
7912         /*
7913          * If kernelcore=nn% or movablecore=nn% was specified, calculate the
7914          * amount of necessary memory.
7915          */
7916         if (required_kernelcore_percent)
7917                 required_kernelcore = (totalpages * 100 * required_kernelcore_percent) /
7918                                        10000UL;
7919         if (required_movablecore_percent)
7920                 required_movablecore = (totalpages * 100 * required_movablecore_percent) /
7921                                         10000UL;
7922
7923         /*
7924          * If movablecore= was specified, calculate what size of
7925          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
7926          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
7927          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
7928          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
7929          * what movablecore would have allowed.
7930          */
7931         if (required_movablecore) {
7932                 unsigned long corepages;
7933
7934                 /*
7935                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
7936                  * was requested by the user
7937                  */
7938                 required_movablecore =
7939                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
7940                 required_movablecore = min(totalpages, required_movablecore);
7941                 corepages = totalpages - required_movablecore;
7942
7943                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
7944         }
7945
7946         /*
7947          * If kernelcore was not specified or kernelcore size is larger
7948          * than totalpages, there is no ZONE_MOVABLE.
7949          */
7950         if (!required_kernelcore || required_kernelcore >= totalpages)
7951                 goto out;
7952
7953         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
7954         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
7955
7956 restart:
7957         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
7958         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
7959         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
7960                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
7961
7962                 /*
7963                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
7964                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
7965                  * amount of memory for the kernel
7966                  */
7967                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
7968                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
7969
7970                 /*
7971                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
7972                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
7973                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
7974                  */
7975                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
7976
7977                 /* Go through each range of PFNs within this node */
7978                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
7979                         unsigned long size_pages;
7980
7981                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
7982                         if (start_pfn >= end_pfn)
7983                                 continue;
7984
7985                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
7986                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
7987                                 unsigned long kernel_pages;
7988                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
7989                                                                 - start_pfn;
7990
7991                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
7992                                                         kernelcore_remaining);
7993                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
7994                                                         required_kernelcore);
7995
7996                                 /* Continue if range is now fully accounted */
7997                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
7998
7999                                         /*
8000                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
8001                                          * that if we have to rebalance
8002                                          * kernelcore across nodes, we will
8003                                          * not double account here
8004                                          */
8005                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
8006                                         continue;
8007                                 }
8008                                 start_pfn = usable_startpfn;
8009                         }
8010
8011                         /*
8012                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
8013                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
8014                          * number of pages used as kernelcore
8015                          */
8016                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
8017                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
8018                                 size_pages = kernelcore_remaining;
8019                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
8020
8021                         /*
8022                          * Some kernelcore has been met, update counts and
8023                          * break if the kernelcore for this node has been
8024                          * satisfied
8025                          */
8026                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
8027                                                                 size_pages);
8028                         kernelcore_remaining -= size_pages;
8029                         if (!kernelcore_remaining)
8030                                 break;
8031                 }
8032         }
8033
8034         /*
8035          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
8036          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
8037          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
8038          * satisfied
8039          */
8040         usable_nodes--;
8041         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
8042                 goto restart;
8043
8044 out2:
8045         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
8046         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++) {
8047                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
8048
8049                 zone_movable_pfn[nid] =
8050                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
8051
8052                 get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
8053                 if (zone_movable_pfn[nid] >= end_pfn)
8054                         zone_movable_pfn[nid] = 0;
8055         }
8056
8057 out:
8058         /* restore the node_state */
8059         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
8060 }
8061
8062 /* Any regular or high memory on that node ? */
8063 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
8064 {
8065         enum zone_type zone_type;
8066
8067         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
8068                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
8069                 if (populated_zone(zone)) {
8070                         if (IS_ENABLED(CONFIG_HIGHMEM))
8071                                 node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
8072                         if (zone_type <= ZONE_NORMAL)
8073                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
8074                         break;
8075                 }
8076         }
8077 }
8078
8079 /*
8080  * Some architectures, e.g. ARC may have ZONE_HIGHMEM below ZONE_NORMAL. For
8081  * such cases we allow max_zone_pfn sorted in the descending order
8082  */
8083 bool __weak arch_has_descending_max_zone_pfns(void)
8084 {
8085         return false;
8086 }
8087
8088 /**
8089  * free_area_init - Initialise all pg_data_t and zone data
8090  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
8091  *
8092  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
8093  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
8094  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
8095  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
8096  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
8097  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
8098  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
8099  * at arch_max_dma_pfn.
8100  */
8101 void __init free_area_init(unsigned long *max_zone_pfn)
8102 {
8103         unsigned long start_pfn, end_pfn;
8104         int i, nid, zone;
8105         bool descending;
8106
8107         /* Record where the zone boundaries are */
8108         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
8109                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
8110         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
8111                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
8112
8113         start_pfn = find_min_pfn_with_active_regions();
8114         descending = arch_has_descending_max_zone_pfns();
8115
8116         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
8117                 if (descending)
8118                         zone = MAX_NR_ZONES - i - 1;
8119                 else
8120                         zone = i;
8121
8122                 if (zone == ZONE_MOVABLE)
8123                         continue;
8124
8125                 end_pfn = max(max_zone_pfn[zone], start_pfn);
8126                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone] = start_pfn;
8127                 arch_zone_highest_possible_pfn[zone] = end_pfn;
8128
8129                 start_pfn = end_pfn;
8130         }
8131
8132         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
8133         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
8134         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
8135
8136         /* Print out the zone ranges */
8137         pr_info("Zone ranges:\n");
8138         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
8139                 if (i == ZONE_MOVABLE)
8140                         continue;
8141                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
8142                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
8143                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
8144                         pr_cont("empty\n");
8145                 else
8146                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
8147                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
8148                                         << PAGE_SHIFT,
8149                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
8150                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
8151         }
8152
8153         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
8154         pr_info("Movable zone start for each node\n");
8155         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
8156                 if (zone_movable_pfn[i])
8157                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
8158                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
8159         }
8160
8161         /*
8162          * Print out the early node map, and initialize the
8163          * subsection-map relative to active online memory ranges to
8164          * enable future "sub-section" extensions of the memory map.
8165          */
8166         pr_info("Early memory node ranges\n");
8167         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
8168                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
8169                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
8170                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
8171                 subsection_map_init(start_pfn, end_pfn - start_pfn);
8172         }
8173
8174         /* Initialise every node */
8175         mminit_verify_pageflags_layout();
8176         setup_nr_node_ids();
8177         for_each_node(nid) {
8178                 pg_data_t *pgdat;
8179
8180                 if (!node_online(nid)) {
8181                         pr_info("Initializing node %d as memoryless\n", nid);
8182
8183                         /* Allocator not initialized yet */
8184                         pgdat = arch_alloc_nodedata(nid);
8185                         if (!pgdat) {
8186                                 pr_err("Cannot allocate %zuB for node %d.\n",
8187                                                 sizeof(*pgdat), nid);
8188                                 continue;
8189                         }
8190                         arch_refresh_nodedata(nid, pgdat);
8191                         free_area_init_memoryless_node(nid);
8192
8193                         /*
8194                          * We do not want to confuse userspace by sysfs
8195                          * files/directories for node without any memory
8196                          * attached to it, so this node is not marked as
8197                          * N_MEMORY and not marked online so that no sysfs
8198                          * hierarchy will be created via register_one_node for
8199                          * it. The pgdat will get fully initialized by
8200                          * hotadd_init_pgdat() when memory is hotplugged into
8201                          * this node.
8202                          */
8203                         continue;
8204                 }
8205
8206                 pgdat = NODE_DATA(nid);
8207                 free_area_init_node(nid);
8208
8209                 /* Any memory on that node */
8210                 if (pgdat->node_present_pages)
8211                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
8212                 check_for_memory(pgdat, nid);
8213         }
8214
8215         memmap_init();
8216 }
8217
8218 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core,
8219                                      unsigned long *percent)
8220 {
8221         unsigned long long coremem;
8222         char *endptr;
8223
8224         if (!p)
8225                 return -EINVAL;
8226
8227         /* Value may be a percentage of total memory, otherwise bytes */
8228         coremem = simple_strtoull(p, &endptr, 0);
8229         if (*endptr == '%') {
8230                 /* Paranoid check for percent values greater than 100 */
8231                 WARN_ON(coremem > 100);
8232
8233                 *percent = coremem;
8234         } else {
8235                 coremem = memparse(p, &p);
8236                 /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
8237                 WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
8238
8239                 *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
8240                 *percent = 0UL;
8241         }
8242         return 0;
8243 }
8244
8245 /*
8246  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
8247  * cannot be reclaimed or migrated.
8248  */
8249 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
8250 {
8251         /* parse kernelcore=mirror */
8252         if (parse_option_str(p, "mirror")) {
8253                 mirrored_kernelcore = true;
8254                 return 0;
8255         }
8256
8257         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore,
8258                                   &required_kernelcore_percent);
8259 }
8260
8261 /*
8262  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
8263  * can be reclaimed or migrated.
8264  */
8265 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
8266 {
8267         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore,
8268                                   &required_movablecore_percent);
8269 }
8270
8271 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
8272 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
8273
8274 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
8275 {
8276         atomic_long_add(count, &page_zone(page)->managed_pages);
8277         totalram_pages_add(count);
8278 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
8279         if (PageHighMem(page))
8280                 totalhigh_pages_add(count);
8281 #endif
8282 }
8283 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
8284
8285 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, const char *s)
8286 {
8287         void *pos;
8288         unsigned long pages = 0;
8289
8290         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
8291         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
8292         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
8293                 struct page *page = virt_to_page(pos);
8294                 void *direct_map_addr;
8295
8296                 /*
8297                  * 'direct_map_addr' might be different from 'pos'
8298                  * because some architectures' virt_to_page()
8299                  * work with aliases.  Getting the direct map
8300                  * address ensures that we get a _writeable_
8301                  * alias for the memset().
8302                  */
8303                 direct_map_addr = page_address(page);
8304                 /*
8305                  * Perform a kasan-unchecked memset() since this memory
8306                  * has not been initialized.
8307                  */
8308                 direct_map_addr = kasan_reset_tag(direct_map_addr);
8309                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
8310                         memset(direct_map_addr, poison, PAGE_SIZE);
8311
8312                 free_reserved_page(page);
8313         }
8314
8315         if (pages && s)
8316                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK\n", s, K(pages));
8317
8318         return pages;
8319 }
8320
8321 void __init mem_init_print_info(void)
8322 {
8323         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
8324         unsigned long init_code_size, init_data_size;
8325
8326         physpages = get_num_physpages();
8327         codesize = _etext - _stext;
8328         datasize = _edata - _sdata;
8329         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
8330         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
8331         init_data_size = __init_end - __init_begin;
8332         init_code_size = _einittext - _sinittext;
8333
8334         /*
8335          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
8336          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
8337          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
8338          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
8339          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
8340          */
8341 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
8342         do { \
8343                 if (&start[0] <= &pos[0] && &pos[0] < &end[0] && size > adj) \
8344                         size -= adj; \
8345         } while (0)
8346
8347         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
8348                      _sinittext, init_code_size);
8349         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
8350         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
8351         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
8352         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
8353
8354 #undef  adj_init_size
8355
8356         pr_info("Memory: %luK/%luK available (%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, %luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
8357 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
8358                 ", %luK highmem"
8359 #endif
8360                 ")\n",
8361                 K(nr_free_pages()), K(physpages),
8362                 codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
8363                 (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
8364                 K(physpages - totalram_pages() - totalcma_pages),
8365                 K(totalcma_pages)
8366 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
8367                 , K(totalhigh_pages())
8368 #endif
8369                 );
8370 }
8371
8372 /**
8373  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
8374  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
8375  *
8376  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by managed_pages.
8377  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
8378  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
8379  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
8380  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
8381  * smaller per-cpu batchsize.
8382  */
8383 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
8384 {
8385         dma_reserve = new_dma_reserve;
8386 }
8387
8388 static int page_alloc_cpu_dead(unsigned int cpu)
8389 {
8390         struct zone *zone;
8391
8392         lru_add_drain_cpu(cpu);
8393         mlock_page_drain_remote(cpu);
8394         drain_pages(cpu);
8395
8396         /*
8397          * Spill the event counters of the dead processor
8398          * into the current processors event counters.
8399          * This artificially elevates the count of the current
8400          * processor.
8401          */
8402         vm_events_fold_cpu(cpu);
8403
8404         /*
8405          * Zero the differential counters of the dead processor
8406          * so that the vm statistics are consistent.
8407          *
8408          * This is only okay since the processor is dead and cannot
8409          * race with what we are doing.
8410          */
8411         cpu_vm_stats_fold(cpu);
8412
8413         for_each_populated_zone(zone)
8414                 zone_pcp_update(zone, 0);
8415
8416         return 0;
8417 }
8418
8419 static int page_alloc_cpu_online(unsigned int cpu)
8420 {
8421         struct zone *zone;
8422
8423         for_each_populated_zone(zone)
8424                 zone_pcp_update(zone, 1);
8425         return 0;
8426 }
8427
8428 #ifdef CONFIG_NUMA
8429 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
8430
8431 static int __init set_hashdist(char *str)
8432 {
8433         if (!str)
8434                 return 0;
8435         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
8436         return 1;
8437 }
8438 __setup("hashdist=", set_hashdist);
8439 #endif
8440
8441 void __init page_alloc_init(void)
8442 {
8443         int ret;
8444
8445 #ifdef CONFIG_NUMA
8446         if (num_node_state(N_MEMORY) == 1)
8447                 hashdist = 0;
8448 #endif
8449
8450         ret = cpuhp_setup_state_nocalls(CPUHP_PAGE_ALLOC,
8451                                         "mm/page_alloc:pcp",
8452                                         page_alloc_cpu_online,
8453                                         page_alloc_cpu_dead);
8454         WARN_ON(ret < 0);
8455 }
8456
8457 /*
8458  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
8459  *      or min_free_kbytes changes.
8460  */
8461 static void calculate_totalreserve_pages(void)
8462 {
8463         struct pglist_data *pgdat;
8464         unsigned long reserve_pages = 0;
8465         enum zone_type i, j;
8466
8467         for_each_online_pgdat(pgdat) {
8468
8469                 pgdat->totalreserve_pages = 0;
8470
8471                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
8472                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
8473                         long max = 0;
8474                         unsigned long managed_pages = zone_managed_pages(zone);
8475
8476                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
8477                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
8478                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
8479                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
8480                         }
8481
8482                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
8483                         max += high_wmark_pages(zone);
8484
8485                         if (max > managed_pages)
8486                                 max = managed_pages;
8487
8488                         pgdat->totalreserve_pages += max;
8489
8490                         reserve_pages += max;
8491                 }
8492         }
8493         totalreserve_pages = reserve_pages;
8494 }
8495
8496 /*
8497  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
8498  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
8499  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
8500  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
8501  */
8502 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
8503 {
8504         struct pglist_data *pgdat;
8505         enum zone_type i, j;
8506
8507         for_each_online_pgdat(pgdat) {
8508                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES - 1; i++) {
8509                         struct zone *zone = &pgdat->node_zones[i];
8510                         int ratio = sysctl_lowmem_reserve_ratio[i];
8511                         bool clear = !ratio || !zone_managed_pages(zone);
8512                         unsigned long managed_pages = 0;
8513
8514                         for (j = i + 1; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
8515                                 struct zone *upper_zone = &pgdat->node_zones[j];
8516
8517                                 managed_pages += zone_managed_pages(upper_zone);
8518
8519                                 if (clear)
8520                                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
8521                                 else
8522                                         zone->lowmem_reserve[j] = managed_pages / ratio;
8523                         }
8524                 }
8525         }
8526
8527         /* update totalreserve_pages */
8528         calculate_totalreserve_pages();
8529 }
8530
8531 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
8532 {
8533         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
8534         unsigned long lowmem_pages = 0;
8535         struct zone *zone;
8536         unsigned long flags;
8537
8538         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
8539         for_each_zone(zone) {
8540                 if (!is_highmem(zone))
8541                         lowmem_pages += zone_managed_pages(zone);
8542         }
8543
8544         for_each_zone(zone) {
8545                 u64 tmp;
8546
8547                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8548                 tmp = (u64)pages_min * zone_managed_pages(zone);
8549                 do_div(tmp, lowmem_pages);
8550                 if (is_highmem(zone)) {
8551                         /*
8552                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
8553                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
8554                          * value here.
8555                          *
8556                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
8557                          * deltas control async page reclaim, and so should
8558                          * not be capped for highmem.
8559                          */
8560                         unsigned long min_pages;
8561
8562                         min_pages = zone_managed_pages(zone) / 1024;
8563                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
8564                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
8565                 } else {
8566                         /*
8567                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
8568                          * proportionate to the zone's size.
8569                          */
8570                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = tmp;
8571                 }
8572
8573                 /*
8574                  * Set the kswapd watermarks distance according to the
8575                  * scale factor in proportion to available memory, but
8576                  * ensure a minimum size on small systems.
8577                  */
8578                 tmp = max_t(u64, tmp >> 2,
8579                             mult_frac(zone_managed_pages(zone),
8580                                       watermark_scale_factor, 10000));
8581
8582                 zone->watermark_boost = 0;
8583                 zone->_watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + tmp;
8584                 zone->_watermark[WMARK_HIGH] = low_wmark_pages(zone) + tmp;
8585                 zone->_watermark[WMARK_PROMO] = high_wmark_pages(zone) + tmp;
8586
8587                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8588         }
8589
8590         /* update totalreserve_pages */
8591         calculate_totalreserve_pages();
8592 }
8593
8594 /**
8595  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
8596  * or when memory is hot-{added|removed}
8597  *
8598  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
8599  * correctly with respect to min_free_kbytes.
8600  */
8601 void setup_per_zone_wmarks(void)
8602 {
8603         struct zone *zone;
8604         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
8605
8606         spin_lock(&lock);
8607         __setup_per_zone_wmarks();
8608         spin_unlock(&lock);
8609
8610         /*
8611          * The watermark size have changed so update the pcpu batch
8612          * and high limits or the limits may be inappropriate.
8613          */
8614         for_each_zone(zone)
8615                 zone_pcp_update(zone, 0);
8616 }
8617
8618 /*
8619  * Initialise min_free_kbytes.
8620  *
8621  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
8622  * we want it large (256MB max).  But it is not linear, because network
8623  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
8624  *
8625  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
8626  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
8627  *
8628  * which yields
8629  *
8630  * 16MB:        512k
8631  * 32MB:        724k
8632  * 64MB:        1024k
8633  * 128MB:       1448k
8634  * 256MB:       2048k
8635  * 512MB:       2896k
8636  * 1024MB:      4096k
8637  * 2048MB:      5792k
8638  * 4096MB:      8192k
8639  * 8192MB:      11584k
8640  * 16384MB:     16384k
8641  */
8642 void calculate_min_free_kbytes(void)
8643 {
8644         unsigned long lowmem_kbytes;
8645         int new_min_free_kbytes;
8646
8647         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
8648         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
8649
8650         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes)
8651                 min_free_kbytes = clamp(new_min_free_kbytes, 128, 262144);
8652         else
8653                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
8654                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
8655
8656 }
8657
8658 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
8659 {
8660         calculate_min_free_kbytes();
8661         setup_per_zone_wmarks();
8662         refresh_zone_stat_thresholds();
8663         setup_per_zone_lowmem_reserve();
8664
8665 #ifdef CONFIG_NUMA
8666         setup_min_unmapped_ratio();
8667         setup_min_slab_ratio();
8668 #endif
8669
8670         khugepaged_min_free_kbytes_update();
8671
8672         return 0;
8673 }
8674 postcore_initcall(init_per_zone_wmark_min)
8675
8676 /*
8677  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
8678  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
8679  *      changes.
8680  */
8681 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8682                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8683 {
8684         int rc;
8685
8686         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8687         if (rc)
8688                 return rc;
8689
8690         if (write) {
8691                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
8692                 setup_per_zone_wmarks();
8693         }
8694         return 0;
8695 }
8696
8697 int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8698                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8699 {
8700         int rc;
8701
8702         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8703         if (rc)
8704                 return rc;
8705
8706         if (write)
8707                 setup_per_zone_wmarks();
8708
8709         return 0;
8710 }
8711
8712 #ifdef CONFIG_NUMA
8713 static void setup_min_unmapped_ratio(void)
8714 {
8715         pg_data_t *pgdat;
8716         struct zone *zone;
8717
8718         for_each_online_pgdat(pgdat)
8719                 pgdat->min_unmapped_pages = 0;
8720
8721         for_each_zone(zone)
8722                 zone->zone_pgdat->min_unmapped_pages += (zone_managed_pages(zone) *
8723                                                          sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
8724 }
8725
8726
8727 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8728                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8729 {
8730         int rc;
8731
8732         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8733         if (rc)
8734                 return rc;
8735
8736         setup_min_unmapped_ratio();
8737
8738         return 0;
8739 }
8740
8741 static void setup_min_slab_ratio(void)
8742 {
8743         pg_data_t *pgdat;
8744         struct zone *zone;
8745
8746         for_each_online_pgdat(pgdat)
8747                 pgdat->min_slab_pages = 0;
8748
8749         for_each_zone(zone)
8750                 zone->zone_pgdat->min_slab_pages += (zone_managed_pages(zone) *
8751                                                      sysctl_min_slab_ratio) / 100;
8752 }
8753
8754 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8755                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8756 {
8757         int rc;
8758
8759         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8760         if (rc)
8761                 return rc;
8762
8763         setup_min_slab_ratio();
8764
8765         return 0;
8766 }
8767 #endif
8768
8769 /*
8770  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
8771  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
8772  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
8773  *
8774  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
8775  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
8776  * if in function of the boot time zone sizes.
8777  */
8778 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8779                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8780 {
8781         int i;
8782
8783         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8784
8785         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
8786                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[i] < 1)
8787                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[i] = 0;
8788         }
8789
8790         setup_per_zone_lowmem_reserve();
8791         return 0;
8792 }
8793
8794 /*
8795  * percpu_pagelist_high_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
8796  * cpu. It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
8797  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
8798  */
8799 int percpu_pagelist_high_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table,
8800                 int write, void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8801 {
8802         struct zone *zone;
8803         int old_percpu_pagelist_high_fraction;
8804         int ret;
8805
8806         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
8807         old_percpu_pagelist_high_fraction = percpu_pagelist_high_fraction;
8808
8809         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8810         if (!write || ret < 0)
8811                 goto out;
8812
8813         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
8814         if (percpu_pagelist_high_fraction &&
8815             percpu_pagelist_high_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_HIGH_FRACTION) {
8816                 percpu_pagelist_high_fraction = old_percpu_pagelist_high_fraction;
8817                 ret = -EINVAL;
8818                 goto out;
8819         }
8820
8821         /* No change? */
8822         if (percpu_pagelist_high_fraction == old_percpu_pagelist_high_fraction)
8823                 goto out;
8824
8825         for_each_populated_zone(zone)
8826                 zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0);
8827 out:
8828         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
8829         return ret;
8830 }
8831
8832 #ifndef __HAVE_ARCH_RESERVED_KERNEL_PAGES
8833 /*
8834  * Returns the number of pages that arch has reserved but
8835  * is not known to alloc_large_system_hash().
8836  */
8837 static unsigned long __init arch_reserved_kernel_pages(void)
8838 {
8839         return 0;
8840 }
8841 #endif
8842
8843 /*
8844  * Adaptive scale is meant to reduce sizes of hash tables on large memory
8845  * machines. As memory size is increased the scale is also increased but at
8846  * slower pace.  Starting from ADAPT_SCALE_BASE (64G), every time memory
8847  * quadruples the scale is increased by one, which means the size of hash table
8848  * only doubles, instead of quadrupling as well.
8849  * Because 32-bit systems cannot have large physical memory, where this scaling
8850  * makes sense, it is disabled on such platforms.
8851  */
8852 #if __BITS_PER_LONG > 32
8853 #define ADAPT_SCALE_BASE        (64ul << 30)
8854 #define ADAPT_SCALE_SHIFT       2
8855 #define ADAPT_SCALE_NPAGES      (ADAPT_SCALE_BASE >> PAGE_SHIFT)
8856 #endif
8857
8858 /*
8859  * allocate a large system hash table from bootmem
8860  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
8861  *   quantity of entries
8862  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
8863  */
8864 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
8865                                      unsigned long bucketsize,
8866                                      unsigned long numentries,
8867                                      int scale,
8868                                      int flags,
8869                                      unsigned int *_hash_shift,
8870                                      unsigned int *_hash_mask,
8871                                      unsigned long low_limit,
8872                                      unsigned long high_limit)
8873 {
8874         unsigned long long max = high_limit;
8875         unsigned long log2qty, size;
8876         void *table = NULL;
8877         gfp_t gfp_flags;
8878         bool virt;
8879         bool huge;
8880
8881         /* allow the kernel cmdline to have a say */
8882         if (!numentries) {
8883                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
8884                 numentries = nr_kernel_pages;
8885                 numentries -= arch_reserved_kernel_pages();
8886
8887                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
8888                 if (PAGE_SHIFT < 20)
8889                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
8890
8891 #if __BITS_PER_LONG > 32
8892                 if (!high_limit) {
8893                         unsigned long adapt;
8894
8895                         for (adapt = ADAPT_SCALE_NPAGES; adapt < numentries;
8896                              adapt <<= ADAPT_SCALE_SHIFT)
8897                                 scale++;
8898                 }
8899 #endif
8900
8901                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
8902                 if (scale > PAGE_SHIFT)
8903                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
8904                 else
8905                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
8906
8907                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
8908                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
8909                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
8910                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
8911                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
8912                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
8913                                 BUG_ON(!numentries);
8914                         }
8915                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
8916                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
8917         }
8918         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
8919
8920         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
8921         if (max == 0) {
8922                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
8923                 do_div(max, bucketsize);
8924         }
8925         max = min(max, 0x80000000ULL);
8926
8927         if (numentries < low_limit)
8928                 numentries = low_limit;
8929         if (numentries > max)
8930                 numentries = max;
8931
8932         log2qty = ilog2(numentries);
8933
8934         gfp_flags = (flags & HASH_ZERO) ? GFP_ATOMIC | __GFP_ZERO : GFP_ATOMIC;
8935         do {
8936                 virt = false;
8937                 size = bucketsize << log2qty;
8938                 if (flags & HASH_EARLY) {
8939                         if (flags & HASH_ZERO)
8940                                 table = memblock_alloc(size, SMP_CACHE_BYTES);
8941                         else
8942                                 table = memblock_alloc_raw(size,
8943                                                            SMP_CACHE_BYTES);
8944                 } else if (get_order(size) >= MAX_ORDER || hashdist) {
8945                         table = vmalloc_huge(size, gfp_flags);
8946                         virt = true;
8947                         if (table)
8948                                 huge = is_vm_area_hugepages(table);
8949                 } else {
8950                         /*
8951                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
8952                          * some pages at the end of hash table which
8953                          * alloc_pages_exact() automatically does
8954                          */
8955                         table = alloc_pages_exact(size, gfp_flags);
8956                         kmemleak_alloc(table, size, 1, gfp_flags);
8957                 }
8958         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
8959
8960         if (!table)
8961                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
8962
8963         pr_info("%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes, %s)\n",
8964                 tablename, 1UL << log2qty, ilog2(size) - PAGE_SHIFT, size,
8965                 virt ? (huge ? "vmalloc hugepage" : "vmalloc") : "linear");
8966
8967         if (_hash_shift)
8968                 *_hash_shift = log2qty;
8969         if (_hash_mask)
8970                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
8971
8972         return table;
8973 }
8974
8975 #ifdef CONFIG_CONTIG_ALLOC
8976 #if defined(CONFIG_DYNAMIC_DEBUG) || \
8977         (defined(CONFIG_DYNAMIC_DEBUG_CORE) && defined(DYNAMIC_DEBUG_MODULE))
8978 /* Usage: See admin-guide/dynamic-debug-howto.rst */
8979 static void alloc_contig_dump_pages(struct list_head *page_list)
8980 {
8981         DEFINE_DYNAMIC_DEBUG_METADATA(descriptor, "migrate failure");
8982
8983         if (DYNAMIC_DEBUG_BRANCH(descriptor)) {
8984                 struct page *page;
8985
8986                 dump_stack();
8987                 list_for_each_entry(page, page_list, lru)
8988                         dump_page(page, "migration failure");
8989         }
8990 }
8991 #else
8992 static inline void alloc_contig_dump_pages(struct list_head *page_list)
8993 {
8994 }
8995 #endif
8996
8997 /* [start, end) must belong to a single zone. */
8998 int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
8999                                         unsigned long start, unsigned long end)
9000 {
9001         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
9002         unsigned int nr_reclaimed;
9003         unsigned long pfn = start;
9004         unsigned int tries = 0;
9005         int ret = 0;
9006         struct migration_target_control mtc = {
9007                 .nid = zone_to_nid(cc->zone),
9008                 .gfp_mask = GFP_USER | __GFP_MOVABLE | __GFP_RETRY_MAYFAIL,
9009         };
9010
9011         lru_cache_disable();
9012
9013         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
9014                 if (fatal_signal_pending(current)) {
9015                         ret = -EINTR;
9016                         break;
9017                 }
9018
9019                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
9020                         cc->nr_migratepages = 0;
9021                         ret = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
9022                         if (ret && ret != -EAGAIN)
9023                                 break;
9024                         pfn = cc->migrate_pfn;
9025                         tries = 0;
9026                 } else if (++tries == 5) {
9027                         ret = -EBUSY;
9028                         break;
9029                 }
9030
9031                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
9032                                                         &cc->migratepages);
9033                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
9034
9035                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migration_target,
9036                         NULL, (unsigned long)&mtc, cc->mode, MR_CONTIG_RANGE, NULL);
9037
9038                 /*
9039                  * On -ENOMEM, migrate_pages() bails out right away. It is pointless
9040                  * to retry again over this error, so do the same here.
9041                  */
9042                 if (ret == -ENOMEM)
9043                         break;
9044         }
9045
9046         lru_cache_enable();
9047         if (ret < 0) {
9048                 if (!(cc->gfp_mask & __GFP_NOWARN) && ret == -EBUSY)
9049                         alloc_contig_dump_pages(&cc->migratepages);
9050                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
9051                 return ret;
9052         }
9053         return 0;
9054 }
9055
9056 /**
9057  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
9058  * @start:      start PFN to allocate
9059  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
9060  * @migratetype:        migratetype of the underlying pageblocks (either
9061  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
9062  *                      in range must have the same migratetype and it must
9063  *                      be either of the two.
9064  * @gfp_mask:   GFP mask to use during compaction
9065  *
9066  * The PFN range does not have to be pageblock aligned. The PFN range must
9067  * belong to a single zone.
9068  *
9069  * The first thing this routine does is attempt to MIGRATE_ISOLATE all
9070  * pageblocks in the range.  Once isolated, the pageblocks should not
9071  * be modified by others.
9072  *
9073  * Return: zero on success or negative error code.  On success all
9074  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
9075  * need to be freed with free_contig_range().
9076  */
9077 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
9078                        unsigned migratetype, gfp_t gfp_mask)
9079 {
9080         unsigned long outer_start, outer_end;
9081         int order;
9082         int ret = 0;
9083
9084         struct compact_control cc = {
9085                 .nr_migratepages = 0,
9086                 .order = -1,
9087                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
9088                 .mode = MIGRATE_SYNC,
9089                 .ignore_skip_hint = true,
9090                 .no_set_skip_hint = true,
9091                 .gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask),
9092                 .alloc_contig = true,
9093         };
9094         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
9095
9096         /*
9097          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
9098          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
9099          * have different sizes, and due to the way page allocator
9100          * work, start_isolate_page_range() has special handlings for this.
9101          *
9102          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
9103          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
9104          * we are interested in). This will put all the pages in
9105          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
9106          *
9107          * When this is done, we take the pages in range from page
9108          * allocator removing them from the buddy system.  This way
9109          * page allocator will never consider using them.
9110          *
9111          * This lets us mark the pageblocks back as
9112          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
9113          * aligned range but not in the unaligned, original range are
9114          * put back to page allocator so that buddy can use them.
9115          */
9116
9117         ret = start_isolate_page_range(start, end, migratetype, 0, gfp_mask);
9118         if (ret)
9119                 goto done;
9120
9121         drain_all_pages(cc.zone);
9122
9123         /*
9124          * In case of -EBUSY, we'd like to know which page causes problem.
9125          * So, just fall through. test_pages_isolated() has a tracepoint
9126          * which will report the busy page.
9127          *
9128          * It is possible that busy pages could become available before
9129          * the call to test_pages_isolated, and the range will actually be
9130          * allocated.  So, if we fall through be sure to clear ret so that
9131          * -EBUSY is not accidentally used or returned to caller.
9132          */
9133         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
9134         if (ret && ret != -EBUSY)
9135                 goto done;
9136         ret = 0;
9137
9138         /*
9139          * Pages from [start, end) are within a pageblock_nr_pages
9140          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
9141          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
9142          * What we are going to do is to allocate all pages from
9143          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
9144          *
9145          * The only problem is that pages at the beginning and at the
9146          * end of interesting range may be not aligned with pages that
9147          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
9148          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
9149          * once this is done free the pages we are not interested in.
9150          *
9151          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
9152          * isolated thus they won't get removed from buddy.
9153          */
9154
9155         order = 0;
9156         outer_start = start;
9157         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
9158                 if (++order >= MAX_ORDER) {
9159                         outer_start = start;
9160                         break;
9161                 }
9162                 outer_start &= ~0UL << order;
9163         }
9164
9165         if (outer_start != start) {
9166                 order = buddy_order(pfn_to_page(outer_start));
9167
9168                 /*
9169                  * outer_start page could be small order buddy page and
9170                  * it doesn't include start page. Adjust outer_start
9171                  * in this case to report failed page properly
9172                  * on tracepoint in test_pages_isolated()
9173                  */
9174                 if (outer_start + (1UL << order) <= start)
9175                         outer_start = start;
9176         }
9177
9178         /* Make sure the range is really isolated. */
9179         if (test_pages_isolated(outer_start, end, 0)) {
9180                 ret = -EBUSY;
9181                 goto done;
9182         }
9183
9184         /* Grab isolated pages from freelists. */
9185         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
9186         if (!outer_end) {
9187                 ret = -EBUSY;
9188                 goto done;
9189         }
9190
9191         /* Free head and tail (if any) */
9192         if (start != outer_start)
9193                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
9194         if (end != outer_end)
9195                 free_contig_range(end, outer_end - end);
9196
9197 done:
9198         undo_isolate_page_range(start, end, migratetype);
9199         return ret;
9200 }
9201 EXPORT_SYMBOL(alloc_contig_range);
9202
9203 static int __alloc_contig_pages(unsigned long start_pfn,
9204                                 unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask)
9205 {
9206         unsigned long end_pfn = start_pfn + nr_pages;
9207
9208         return alloc_contig_range(start_pfn, end_pfn, MIGRATE_MOVABLE,
9209                                   gfp_mask);
9210 }
9211
9212 static bool pfn_range_valid_contig(struct zone *z, unsigned long start_pfn,
9213                                    unsigned long nr_pages)
9214 {
9215         unsigned long i, end_pfn = start_pfn + nr_pages;
9216         struct page *page;
9217
9218         for (i = start_pfn; i < end_pfn; i++) {
9219                 page = pfn_to_online_page(i);
9220                 if (!page)
9221                         return false;
9222
9223                 if (page_zone(page) != z)
9224                         return false;
9225
9226                 if (PageReserved(page))
9227                         return false;
9228         }
9229         return true;
9230 }
9231
9232 static bool zone_spans_last_pfn(const struct zone *zone,
9233                                 unsigned long start_pfn, unsigned long nr_pages)
9234 {
9235         unsigned long last_pfn = start_pfn + nr_pages - 1;
9236
9237         return zone_spans_pfn(zone, last_pfn);
9238 }
9239
9240 /**
9241  * alloc_contig_pages() -- tries to find and allocate contiguous range of pages
9242  * @nr_pages:   Number of contiguous pages to allocate
9243  * @gfp_mask:   GFP mask to limit search and used during compaction
9244  * @nid:        Target node
9245  * @nodemask:   Mask for other possible nodes
9246  *
9247  * This routine is a wrapper around alloc_contig_range(). It scans over zones
9248  * on an applicable zonelist to find a contiguous pfn range which can then be
9249  * tried for allocation with alloc_contig_range(). This routine is intended
9250  * for allocation requests which can not be fulfilled with the buddy allocator.
9251  *
9252  * The allocated memory is always aligned to a page boundary. If nr_pages is a
9253  * power of two, then allocated range is also guaranteed to be aligned to same
9254  * nr_pages (e.g. 1GB request would be aligned to 1GB).
9255  *
9256  * Allocated pages can be freed with free_contig_range() or by manually calling
9257  * __free_page() on each allocated page.
9258  *
9259  * Return: pointer to contiguous pages on success, or NULL if not successful.
9260  */
9261 struct page *alloc_contig_pages(unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask,
9262                                 int nid, nodemask_t *nodemask)
9263 {
9264         unsigned long ret, pfn, flags;
9265         struct zonelist *zonelist;
9266         struct zone *zone;
9267         struct zoneref *z;
9268
9269         zonelist = node_zonelist(nid, gfp_mask);
9270         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
9271                                         gfp_zone(gfp_mask), nodemask) {
9272                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9273
9274                 pfn = ALIGN(zone->zone_start_pfn, nr_pages);
9275                 while (zone_spans_last_pfn(zone, pfn, nr_pages)) {
9276                         if (pfn_range_valid_contig(zone, pfn, nr_pages)) {
9277                                 /*
9278                                  * We release the zone lock here because
9279                                  * alloc_contig_range() will also lock the zone
9280                                  * at some point. If there's an allocation
9281                                  * spinning on this lock, it may win the race
9282                                  * and cause alloc_contig_range() to fail...
9283                                  */
9284                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9285                                 ret = __alloc_contig_pages(pfn, nr_pages,
9286                                                         gfp_mask);
9287                                 if (!ret)
9288                                         return pfn_to_page(pfn);
9289                                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9290                         }
9291                         pfn += nr_pages;
9292                 }
9293                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9294         }
9295         return NULL;
9296 }
9297 #endif /* CONFIG_CONTIG_ALLOC */
9298
9299 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned long nr_pages)
9300 {
9301         unsigned long count = 0;
9302
9303         for (; nr_pages--; pfn++) {
9304                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
9305
9306                 count += page_count(page) != 1;
9307                 __free_page(page);
9308         }
9309         WARN(count != 0, "%lu pages are still in use!\n", count);
9310 }
9311 EXPORT_SYMBOL(free_contig_range);
9312
9313 /*
9314  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
9315  * page high values need to be recalculated.
9316  */
9317 void zone_pcp_update(struct zone *zone, int cpu_online)
9318 {
9319         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
9320         zone_set_pageset_high_and_batch(zone, cpu_online);
9321         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
9322 }
9323
9324 /*
9325  * Effectively disable pcplists for the zone by setting the high limit to 0
9326  * and draining all cpus. A concurrent page freeing on another CPU that's about
9327  * to put the page on pcplist will either finish before the drain and the page
9328  * will be drained, or observe the new high limit and skip the pcplist.
9329  *
9330  * Must be paired with a call to zone_pcp_enable().
9331  */
9332 void zone_pcp_disable(struct zone *zone)
9333 {
9334         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
9335         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0, 1);
9336         __drain_all_pages(zone, true);
9337 }
9338
9339 void zone_pcp_enable(struct zone *zone)
9340 {
9341         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, zone->pageset_high, zone->pageset_batch);
9342         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
9343 }
9344
9345 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
9346 {
9347         int cpu;
9348         struct per_cpu_zonestat *pzstats;
9349
9350         if (zone->per_cpu_pageset != &boot_pageset) {
9351                 for_each_online_cpu(cpu) {
9352                         pzstats = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_zonestats, cpu);
9353                         drain_zonestat(zone, pzstats);
9354                 }
9355                 free_percpu(zone->per_cpu_pageset);
9356                 free_percpu(zone->per_cpu_zonestats);
9357                 zone->per_cpu_pageset = &boot_pageset;
9358                 zone->per_cpu_zonestats = &boot_zonestats;
9359         }
9360 }
9361
9362 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
9363 /*
9364  * All pages in the range must be in a single zone, must not contain holes,
9365  * must span full sections, and must be isolated before calling this function.
9366  */
9367 void __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
9368 {
9369         unsigned long pfn = start_pfn;
9370         struct page *page;
9371         struct zone *zone;
9372         unsigned int order;
9373         unsigned long flags;
9374
9375         offline_mem_sections(pfn, end_pfn);
9376         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
9377         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9378         while (pfn < end_pfn) {
9379                 page = pfn_to_page(pfn);
9380                 /*
9381                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
9382                  * page_count() is not 0.
9383                  */
9384                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
9385                         pfn++;
9386                         continue;
9387                 }
9388                 /*
9389                  * At this point all remaining PageOffline() pages have a
9390                  * reference count of 0 and can simply be skipped.
9391                  */
9392                 if (PageOffline(page)) {
9393                         BUG_ON(page_count(page));
9394                         BUG_ON(PageBuddy(page));
9395                         pfn++;
9396                         continue;
9397                 }
9398
9399                 BUG_ON(page_count(page));
9400                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
9401                 order = buddy_order(page);
9402                 del_page_from_free_list(page, zone, order);
9403                 pfn += (1 << order);
9404         }
9405         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9406 }
9407 #endif
9408
9409 /*
9410  * This function returns a stable result only if called under zone lock.
9411  */
9412 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
9413 {
9414         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
9415         unsigned int order;
9416
9417         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
9418                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
9419
9420                 if (PageBuddy(page_head) &&
9421                     buddy_order_unsafe(page_head) >= order)
9422                         break;
9423         }
9424
9425         return order < MAX_ORDER;
9426 }
9427 EXPORT_SYMBOL(is_free_buddy_page);
9428
9429 #ifdef CONFIG_MEMORY_FAILURE
9430 /*
9431  * Break down a higher-order page in sub-pages, and keep our target out of
9432  * buddy allocator.
9433  */
9434 static void break_down_buddy_pages(struct zone *zone, struct page *page,
9435                                    struct page *target, int low, int high,
9436                                    int migratetype)
9437 {
9438         unsigned long size = 1 << high;
9439         struct page *current_buddy, *next_page;
9440
9441         while (high > low) {
9442                 high--;
9443                 size >>= 1;
9444
9445                 if (target >= &page[size]) {
9446                         next_page = page + size;
9447                         current_buddy = page;
9448                 } else {
9449                         next_page = page;
9450                         current_buddy = page + size;
9451                 }
9452
9453                 if (set_page_guard(zone, current_buddy, high, migratetype))
9454                         continue;
9455
9456                 if (current_buddy != target) {
9457                         add_to_free_list(current_buddy, zone, high, migratetype);
9458                         set_buddy_order(current_buddy, high);
9459                         page = next_page;
9460                 }
9461         }
9462 }
9463
9464 /*
9465  * Take a page that will be marked as poisoned off the buddy allocator.
9466  */
9467 bool take_page_off_buddy(struct page *page)
9468 {
9469         struct zone *zone = page_zone(page);
9470         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
9471         unsigned long flags;
9472         unsigned int order;
9473         bool ret = false;
9474
9475         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9476         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
9477                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
9478                 int page_order = buddy_order(page_head);
9479
9480                 if (PageBuddy(page_head) && page_order >= order) {
9481                         unsigned long pfn_head = page_to_pfn(page_head);
9482                         int migratetype = get_pfnblock_migratetype(page_head,
9483                                                                    pfn_head);
9484
9485                         del_page_from_free_list(page_head, zone, page_order);
9486                         break_down_buddy_pages(zone, page_head, page, 0,
9487                                                 page_order, migratetype);
9488                         SetPageHWPoisonTakenOff(page);
9489                         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
9490                                 __mod_zone_freepage_state(zone, -1, migratetype);
9491                         ret = true;
9492                         break;
9493                 }
9494                 if (page_count(page_head) > 0)
9495                         break;
9496         }
9497         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9498         return ret;
9499 }
9500
9501 /*
9502  * Cancel takeoff done by take_page_off_buddy().
9503  */
9504 bool put_page_back_buddy(struct page *page)
9505 {
9506         struct zone *zone = page_zone(page);
9507         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
9508         unsigned long flags;
9509         int migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
9510         bool ret = false;
9511
9512         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9513         if (put_page_testzero(page)) {
9514                 ClearPageHWPoisonTakenOff(page);
9515                 __free_one_page(page, pfn, zone, 0, migratetype, FPI_NONE);
9516                 if (TestClearPageHWPoison(page)) {
9517                         ret = true;
9518                 }
9519         }
9520         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9521
9522         return ret;
9523 }
9524 #endif
9525
9526 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
9527 bool has_managed_dma(void)
9528 {
9529         struct pglist_data *pgdat;
9530
9531         for_each_online_pgdat(pgdat) {
9532                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[ZONE_DMA];
9533
9534                 if (managed_zone(zone))
9535                         return true;
9536         }
9537         return false;
9538 }
9539 #endif /* CONFIG_ZONE_DMA */