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