Merge tag 'driver-core-5.4-rc1' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git...
[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/migrate.h>
61 #include <linux/hugetlb.h>
62 #include <linux/sched/rt.h>
63 #include <linux/sched/mm.h>
64 #include <linux/page_owner.h>
65 #include <linux/kthread.h>
66 #include <linux/memcontrol.h>
67 #include <linux/ftrace.h>
68 #include <linux/lockdep.h>
69 #include <linux/nmi.h>
70 #include <linux/psi.h>
71
72 #include <asm/sections.h>
73 #include <asm/tlbflush.h>
74 #include <asm/div64.h>
75 #include "internal.h"
76 #include "shuffle.h"
77
78 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
79 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
80 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION    (8)
81
82 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
83 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
84 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
85 #endif
86
87 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(vm_numa_stat_key);
88
89 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
90 /*
91  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
92  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
93  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
94  * defined in <linux/topology.h>.
95  */
96 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
97 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
98 int _node_numa_mem_[MAX_NUMNODES];
99 #endif
100
101 /* work_structs for global per-cpu drains */
102 struct pcpu_drain {
103         struct zone *zone;
104         struct work_struct work;
105 };
106 DEFINE_MUTEX(pcpu_drain_mutex);
107 DEFINE_PER_CPU(struct pcpu_drain, pcpu_drain);
108
109 #ifdef CONFIG_GCC_PLUGIN_LATENT_ENTROPY
110 volatile unsigned long latent_entropy __latent_entropy;
111 EXPORT_SYMBOL(latent_entropy);
112 #endif
113
114 /*
115  * Array of node states.
116  */
117 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
118         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
119         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
120 #ifndef CONFIG_NUMA
121         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
122 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
123         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
124 #endif
125         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
126         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
127 #endif  /* NUMA */
128 };
129 EXPORT_SYMBOL(node_states);
130
131 atomic_long_t _totalram_pages __read_mostly;
132 EXPORT_SYMBOL(_totalram_pages);
133 unsigned long totalreserve_pages __read_mostly;
134 unsigned long totalcma_pages __read_mostly;
135
136 int percpu_pagelist_fraction;
137 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
138 #ifdef CONFIG_INIT_ON_ALLOC_DEFAULT_ON
139 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(init_on_alloc);
140 #else
141 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(init_on_alloc);
142 #endif
143 EXPORT_SYMBOL(init_on_alloc);
144
145 #ifdef CONFIG_INIT_ON_FREE_DEFAULT_ON
146 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(init_on_free);
147 #else
148 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(init_on_free);
149 #endif
150 EXPORT_SYMBOL(init_on_free);
151
152 static int __init early_init_on_alloc(char *buf)
153 {
154         int ret;
155         bool bool_result;
156
157         if (!buf)
158                 return -EINVAL;
159         ret = kstrtobool(buf, &bool_result);
160         if (bool_result && page_poisoning_enabled())
161                 pr_info("mem auto-init: CONFIG_PAGE_POISONING is on, will take precedence over init_on_alloc\n");
162         if (bool_result)
163                 static_branch_enable(&init_on_alloc);
164         else
165                 static_branch_disable(&init_on_alloc);
166         return ret;
167 }
168 early_param("init_on_alloc", early_init_on_alloc);
169
170 static int __init early_init_on_free(char *buf)
171 {
172         int ret;
173         bool bool_result;
174
175         if (!buf)
176                 return -EINVAL;
177         ret = kstrtobool(buf, &bool_result);
178         if (bool_result && page_poisoning_enabled())
179                 pr_info("mem auto-init: CONFIG_PAGE_POISONING is on, will take precedence over init_on_free\n");
180         if (bool_result)
181                 static_branch_enable(&init_on_free);
182         else
183                 static_branch_disable(&init_on_free);
184         return ret;
185 }
186 early_param("init_on_free", early_init_on_free);
187
188 /*
189  * A cached value of the page's pageblock's migratetype, used when the page is
190  * put on a pcplist. Used to avoid the pageblock migratetype lookup when
191  * freeing from pcplists in most cases, at the cost of possibly becoming stale.
192  * Also the migratetype set in the page does not necessarily match the pcplist
193  * index, e.g. page might have MIGRATE_CMA set but be on a pcplist with any
194  * other index - this ensures that it will be put on the correct CMA freelist.
195  */
196 static inline int get_pcppage_migratetype(struct page *page)
197 {
198         return page->index;
199 }
200
201 static inline void set_pcppage_migratetype(struct page *page, int migratetype)
202 {
203         page->index = migratetype;
204 }
205
206 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
207 /*
208  * The following functions are used by the suspend/hibernate code to temporarily
209  * change gfp_allowed_mask in order to avoid using I/O during memory allocations
210  * while devices are suspended.  To avoid races with the suspend/hibernate code,
211  * they should always be called with system_transition_mutex held
212  * (gfp_allowed_mask also should only be modified with system_transition_mutex
213  * held, unless the suspend/hibernate code is guaranteed not to run in parallel
214  * with that modification).
215  */
216
217 static gfp_t saved_gfp_mask;
218
219 void pm_restore_gfp_mask(void)
220 {
221         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
222         if (saved_gfp_mask) {
223                 gfp_allowed_mask = saved_gfp_mask;
224                 saved_gfp_mask = 0;
225         }
226 }
227
228 void pm_restrict_gfp_mask(void)
229 {
230         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
231         WARN_ON(saved_gfp_mask);
232         saved_gfp_mask = gfp_allowed_mask;
233         gfp_allowed_mask &= ~(__GFP_IO | __GFP_FS);
234 }
235
236 bool pm_suspended_storage(void)
237 {
238         if ((gfp_allowed_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
239                 return false;
240         return true;
241 }
242 #endif /* CONFIG_PM_SLEEP */
243
244 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
245 unsigned int pageblock_order __read_mostly;
246 #endif
247
248 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order);
249
250 /*
251  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
252  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
253  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
254  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
255  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
256  *      HIGHMEM allocation will leave (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
257  *
258  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
259  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
260  */
261 int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES] = {
262 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
263         [ZONE_DMA] = 256,
264 #endif
265 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
266         [ZONE_DMA32] = 256,
267 #endif
268         [ZONE_NORMAL] = 32,
269 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
270         [ZONE_HIGHMEM] = 0,
271 #endif
272         [ZONE_MOVABLE] = 0,
273 };
274
275 static char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
276 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
277          "DMA",
278 #endif
279 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
280          "DMA32",
281 #endif
282          "Normal",
283 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
284          "HighMem",
285 #endif
286          "Movable",
287 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
288          "Device",
289 #endif
290 };
291
292 const char * const migratetype_names[MIGRATE_TYPES] = {
293         "Unmovable",
294         "Movable",
295         "Reclaimable",
296         "HighAtomic",
297 #ifdef CONFIG_CMA
298         "CMA",
299 #endif
300 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
301         "Isolate",
302 #endif
303 };
304
305 compound_page_dtor * const compound_page_dtors[] = {
306         NULL,
307         free_compound_page,
308 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
309         free_huge_page,
310 #endif
311 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
312         free_transhuge_page,
313 #endif
314 };
315
316 int min_free_kbytes = 1024;
317 int user_min_free_kbytes = -1;
318 #ifdef CONFIG_DISCONTIGMEM
319 /*
320  * DiscontigMem defines memory ranges as separate pg_data_t even if the ranges
321  * are not on separate NUMA nodes. Functionally this works but with
322  * watermark_boost_factor, it can reclaim prematurely as the ranges can be
323  * quite small. By default, do not boost watermarks on discontigmem as in
324  * many cases very high-order allocations like THP are likely to be
325  * unsupported and the premature reclaim offsets the advantage of long-term
326  * fragmentation avoidance.
327  */
328 int watermark_boost_factor __read_mostly;
329 #else
330 int watermark_boost_factor __read_mostly = 15000;
331 #endif
332 int watermark_scale_factor = 10;
333
334 static unsigned long nr_kernel_pages __initdata;
335 static unsigned long nr_all_pages __initdata;
336 static unsigned long dma_reserve __initdata;
337
338 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
339 static unsigned long arch_zone_lowest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __initdata;
340 static unsigned long arch_zone_highest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __initdata;
341 static unsigned long required_kernelcore __initdata;
342 static unsigned long required_kernelcore_percent __initdata;
343 static unsigned long required_movablecore __initdata;
344 static unsigned long required_movablecore_percent __initdata;
345 static unsigned long zone_movable_pfn[MAX_NUMNODES] __initdata;
346 static bool mirrored_kernelcore __meminitdata;
347
348 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
349 int movable_zone;
350 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
351 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
352
353 #if MAX_NUMNODES > 1
354 unsigned int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
355 unsigned int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
356 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
357 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
358 #endif
359
360 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
361
362 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
363 /*
364  * During boot we initialize deferred pages on-demand, as needed, but once
365  * page_alloc_init_late() has finished, the deferred pages are all initialized,
366  * and we can permanently disable that path.
367  */
368 static DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(deferred_pages);
369
370 /*
371  * Calling kasan_free_pages() only after deferred memory initialization
372  * has completed. Poisoning pages during deferred memory init will greatly
373  * lengthen the process and cause problem in large memory systems as the
374  * deferred pages initialization is done with interrupt disabled.
375  *
376  * Assuming that there will be no reference to those newly initialized
377  * pages before they are ever allocated, this should have no effect on
378  * KASAN memory tracking as the poison will be properly inserted at page
379  * allocation time. The only corner case is when pages are allocated by
380  * on-demand allocation and then freed again before the deferred pages
381  * initialization is done, but this is not likely to happen.
382  */
383 static inline void kasan_free_nondeferred_pages(struct page *page, int order)
384 {
385         if (!static_branch_unlikely(&deferred_pages))
386                 kasan_free_pages(page, order);
387 }
388
389 /* Returns true if the struct page for the pfn is uninitialised */
390 static inline bool __meminit early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
391 {
392         int nid = early_pfn_to_nid(pfn);
393
394         if (node_online(nid) && pfn >= NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn)
395                 return true;
396
397         return false;
398 }
399
400 /*
401  * Returns true when the remaining initialisation should be deferred until
402  * later in the boot cycle when it can be parallelised.
403  */
404 static bool __meminit
405 defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
406 {
407         static unsigned long prev_end_pfn, nr_initialised;
408
409         /*
410          * prev_end_pfn static that contains the end of previous zone
411          * No need to protect because called very early in boot before smp_init.
412          */
413         if (prev_end_pfn != end_pfn) {
414                 prev_end_pfn = end_pfn;
415                 nr_initialised = 0;
416         }
417
418         /* Always populate low zones for address-constrained allocations */
419         if (end_pfn < pgdat_end_pfn(NODE_DATA(nid)))
420                 return false;
421
422         /*
423          * We start only with one section of pages, more pages are added as
424          * needed until the rest of deferred pages are initialized.
425          */
426         nr_initialised++;
427         if ((nr_initialised > PAGES_PER_SECTION) &&
428             (pfn & (PAGES_PER_SECTION - 1)) == 0) {
429                 NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn = pfn;
430                 return true;
431         }
432         return false;
433 }
434 #else
435 #define kasan_free_nondeferred_pages(p, o)      kasan_free_pages(p, o)
436
437 static inline bool early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
438 {
439         return false;
440 }
441
442 static inline bool defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
443 {
444         return false;
445 }
446 #endif
447
448 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
449 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(struct page *page,
450                                                         unsigned long pfn)
451 {
452 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
453         return section_to_usemap(__pfn_to_section(pfn));
454 #else
455         return page_zone(page)->pageblock_flags;
456 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
457 }
458
459 static inline int pfn_to_bitidx(struct page *page, unsigned long pfn)
460 {
461 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
462         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
463         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
464 #else
465         pfn = pfn - round_down(page_zone(page)->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
466         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
467 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
468 }
469
470 /**
471  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
472  * @page: The page within the block of interest
473  * @pfn: The target page frame number
474  * @end_bitidx: The last bit of interest to retrieve
475  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
476  *
477  * Return: pageblock_bits flags
478  */
479 static __always_inline unsigned long __get_pfnblock_flags_mask(struct page *page,
480                                         unsigned long pfn,
481                                         unsigned long end_bitidx,
482                                         unsigned long mask)
483 {
484         unsigned long *bitmap;
485         unsigned long bitidx, word_bitidx;
486         unsigned long word;
487
488         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
489         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
490         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
491         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
492
493         word = bitmap[word_bitidx];
494         bitidx += end_bitidx;
495         return (word >> (BITS_PER_LONG - bitidx - 1)) & mask;
496 }
497
498 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long pfn,
499                                         unsigned long end_bitidx,
500                                         unsigned long mask)
501 {
502         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, end_bitidx, mask);
503 }
504
505 static __always_inline int get_pfnblock_migratetype(struct page *page, unsigned long pfn)
506 {
507         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, PB_migrate_end, MIGRATETYPE_MASK);
508 }
509
510 /**
511  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
512  * @page: The page within the block of interest
513  * @flags: The flags to set
514  * @pfn: The target page frame number
515  * @end_bitidx: The last bit of interest
516  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
517  */
518 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
519                                         unsigned long pfn,
520                                         unsigned long end_bitidx,
521                                         unsigned long mask)
522 {
523         unsigned long *bitmap;
524         unsigned long bitidx, word_bitidx;
525         unsigned long old_word, word;
526
527         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
528         BUILD_BUG_ON(MIGRATE_TYPES > (1 << PB_migratetype_bits));
529
530         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
531         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
532         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
533         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
534
535         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(page_zone(page), pfn), page);
536
537         bitidx += end_bitidx;
538         mask <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
539         flags <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
540
541         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
542         for (;;) {
543                 old_word = cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], word, (word & ~mask) | flags);
544                 if (word == old_word)
545                         break;
546                 word = old_word;
547         }
548 }
549
550 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
551 {
552         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
553                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
554                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
555
556         set_pageblock_flags_group(page, (unsigned long)migratetype,
557                                         PB_migrate, PB_migrate_end);
558 }
559
560 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
561 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
562 {
563         int ret = 0;
564         unsigned seq;
565         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
566         unsigned long sp, start_pfn;
567
568         do {
569                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
570                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
571                 sp = zone->spanned_pages;
572                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
573                         ret = 1;
574         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
575
576         if (ret)
577                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
578                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
579                         start_pfn, start_pfn + sp);
580
581         return ret;
582 }
583
584 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
585 {
586         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page)))
587                 return 0;
588         if (zone != page_zone(page))
589                 return 0;
590
591         return 1;
592 }
593 /*
594  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
595  */
596 static int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
597 {
598         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
599                 return 1;
600         if (!page_is_consistent(zone, page))
601                 return 1;
602
603         return 0;
604 }
605 #else
606 static inline int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
607 {
608         return 0;
609 }
610 #endif
611
612 static void bad_page(struct page *page, const char *reason,
613                 unsigned long bad_flags)
614 {
615         static unsigned long resume;
616         static unsigned long nr_shown;
617         static unsigned long nr_unshown;
618
619         /*
620          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
621          * or allow a steady drip of one report per second.
622          */
623         if (nr_shown == 60) {
624                 if (time_before(jiffies, resume)) {
625                         nr_unshown++;
626                         goto out;
627                 }
628                 if (nr_unshown) {
629                         pr_alert(
630                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
631                                 nr_unshown);
632                         nr_unshown = 0;
633                 }
634                 nr_shown = 0;
635         }
636         if (nr_shown++ == 0)
637                 resume = jiffies + 60 * HZ;
638
639         pr_alert("BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
640                 current->comm, page_to_pfn(page));
641         __dump_page(page, reason);
642         bad_flags &= page->flags;
643         if (bad_flags)
644                 pr_alert("bad because of flags: %#lx(%pGp)\n",
645                                                 bad_flags, &bad_flags);
646         dump_page_owner(page);
647
648         print_modules();
649         dump_stack();
650 out:
651         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
652         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
653         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
654 }
655
656 /*
657  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
658  *
659  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page" and have PG_head set.
660  *
661  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages". PageTail() is encoded
662  * in bit 0 of page->compound_head. The rest of bits is pointer to head page.
663  *
664  * The first tail page's ->compound_dtor holds the offset in array of compound
665  * page destructors. See compound_page_dtors.
666  *
667  * The first tail page's ->compound_order holds the order of allocation.
668  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
669  */
670
671 void free_compound_page(struct page *page)
672 {
673         __free_pages_ok(page, compound_order(page));
674 }
675
676 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned int order)
677 {
678         int i;
679         int nr_pages = 1 << order;
680
681         set_compound_page_dtor(page, COMPOUND_PAGE_DTOR);
682         set_compound_order(page, order);
683         __SetPageHead(page);
684         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
685                 struct page *p = page + i;
686                 set_page_count(p, 0);
687                 p->mapping = TAIL_MAPPING;
688                 set_compound_head(p, page);
689         }
690         atomic_set(compound_mapcount_ptr(page), -1);
691 }
692
693 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
694 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
695
696 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC_ENABLE_DEFAULT
697 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(_debug_pagealloc_enabled);
698 #else
699 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(_debug_pagealloc_enabled);
700 #endif
701 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled);
702
703 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(_debug_guardpage_enabled);
704
705 static int __init early_debug_pagealloc(char *buf)
706 {
707         bool enable = false;
708
709         if (kstrtobool(buf, &enable))
710                 return -EINVAL;
711
712         if (enable)
713                 static_branch_enable(&_debug_pagealloc_enabled);
714
715         return 0;
716 }
717 early_param("debug_pagealloc", early_debug_pagealloc);
718
719 static void init_debug_guardpage(void)
720 {
721         if (!debug_pagealloc_enabled())
722                 return;
723
724         if (!debug_guardpage_minorder())
725                 return;
726
727         static_branch_enable(&_debug_guardpage_enabled);
728 }
729
730 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
731 {
732         unsigned long res;
733
734         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
735                 pr_err("Bad debug_guardpage_minorder value\n");
736                 return 0;
737         }
738         _debug_guardpage_minorder = res;
739         pr_info("Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
740         return 0;
741 }
742 early_param("debug_guardpage_minorder", debug_guardpage_minorder_setup);
743
744 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
745                                 unsigned int order, int migratetype)
746 {
747         if (!debug_guardpage_enabled())
748                 return false;
749
750         if (order >= debug_guardpage_minorder())
751                 return false;
752
753         __SetPageGuard(page);
754         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
755         set_page_private(page, order);
756         /* Guard pages are not available for any usage */
757         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order), migratetype);
758
759         return true;
760 }
761
762 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
763                                 unsigned int order, int migratetype)
764 {
765         if (!debug_guardpage_enabled())
766                 return;
767
768         __ClearPageGuard(page);
769
770         set_page_private(page, 0);
771         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
772                 __mod_zone_freepage_state(zone, (1 << order), migratetype);
773 }
774 #else
775 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
776                         unsigned int order, int migratetype) { return false; }
777 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
778                                 unsigned int order, int migratetype) {}
779 #endif
780
781 static inline void set_page_order(struct page *page, unsigned int order)
782 {
783         set_page_private(page, order);
784         __SetPageBuddy(page);
785 }
786
787 /*
788  * This function checks whether a page is free && is the buddy
789  * we can coalesce a page and its buddy if
790  * (a) the buddy is not in a hole (check before calling!) &&
791  * (b) the buddy is in the buddy system &&
792  * (c) a page and its buddy have the same order &&
793  * (d) a page and its buddy are in the same zone.
794  *
795  * For recording whether a page is in the buddy system, we set PageBuddy.
796  * Setting, clearing, and testing PageBuddy is serialized by zone->lock.
797  *
798  * For recording page's order, we use page_private(page).
799  */
800 static inline int page_is_buddy(struct page *page, struct page *buddy,
801                                                         unsigned int order)
802 {
803         if (page_is_guard(buddy) && page_order(buddy) == order) {
804                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
805                         return 0;
806
807                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
808
809                 return 1;
810         }
811
812         if (PageBuddy(buddy) && page_order(buddy) == order) {
813                 /*
814                  * zone check is done late to avoid uselessly
815                  * calculating zone/node ids for pages that could
816                  * never merge.
817                  */
818                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
819                         return 0;
820
821                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
822
823                 return 1;
824         }
825         return 0;
826 }
827
828 #ifdef CONFIG_COMPACTION
829 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
830 {
831         struct capture_control *capc = current->capture_control;
832
833         return capc &&
834                 !(current->flags & PF_KTHREAD) &&
835                 !capc->page &&
836                 capc->cc->zone == zone &&
837                 capc->cc->direct_compaction ? capc : NULL;
838 }
839
840 static inline bool
841 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
842                    int order, int migratetype)
843 {
844         if (!capc || order != capc->cc->order)
845                 return false;
846
847         /* Do not accidentally pollute CMA or isolated regions*/
848         if (is_migrate_cma(migratetype) ||
849             is_migrate_isolate(migratetype))
850                 return false;
851
852         /*
853          * Do not let lower order allocations polluate a movable pageblock.
854          * This might let an unmovable request use a reclaimable pageblock
855          * and vice-versa but no more than normal fallback logic which can
856          * have trouble finding a high-order free page.
857          */
858         if (order < pageblock_order && migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
859                 return false;
860
861         capc->page = page;
862         return true;
863 }
864
865 #else
866 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
867 {
868         return NULL;
869 }
870
871 static inline bool
872 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
873                    int order, int migratetype)
874 {
875         return false;
876 }
877 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
878
879 /*
880  * Freeing function for a buddy system allocator.
881  *
882  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
883  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
884  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
885  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
886  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
887  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
888  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
889  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
890  * parts of the VM system.
891  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
892  * free pages of length of (1 << order) and marked with PageBuddy.
893  * Page's order is recorded in page_private(page) field.
894  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
895  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
896  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
897  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
898  * triggers coalescing into a block of larger size.
899  *
900  * -- nyc
901  */
902
903 static inline void __free_one_page(struct page *page,
904                 unsigned long pfn,
905                 struct zone *zone, unsigned int order,
906                 int migratetype)
907 {
908         unsigned long combined_pfn;
909         unsigned long uninitialized_var(buddy_pfn);
910         struct page *buddy;
911         unsigned int max_order;
912         struct capture_control *capc = task_capc(zone);
913
914         max_order = min_t(unsigned int, MAX_ORDER, pageblock_order + 1);
915
916         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
917         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
918
919         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
920         if (likely(!is_migrate_isolate(migratetype)))
921                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
922
923         VM_BUG_ON_PAGE(pfn & ((1 << order) - 1), page);
924         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
925
926 continue_merging:
927         while (order < max_order - 1) {
928                 if (compaction_capture(capc, page, order, migratetype)) {
929                         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
930                                                                 migratetype);
931                         return;
932                 }
933                 buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
934                 buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
935
936                 if (!pfn_valid_within(buddy_pfn))
937                         goto done_merging;
938                 if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
939                         goto done_merging;
940                 /*
941                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
942                  * merge with it and move up one order.
943                  */
944                 if (page_is_guard(buddy))
945                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
946                 else
947                         del_page_from_free_area(buddy, &zone->free_area[order]);
948                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
949                 page = page + (combined_pfn - pfn);
950                 pfn = combined_pfn;
951                 order++;
952         }
953         if (max_order < MAX_ORDER) {
954                 /* If we are here, it means order is >= pageblock_order.
955                  * We want to prevent merge between freepages on isolate
956                  * pageblock and normal pageblock. Without this, pageblock
957                  * isolation could cause incorrect freepage or CMA accounting.
958                  *
959                  * We don't want to hit this code for the more frequent
960                  * low-order merging.
961                  */
962                 if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone))) {
963                         int buddy_mt;
964
965                         buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
966                         buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
967                         buddy_mt = get_pageblock_migratetype(buddy);
968
969                         if (migratetype != buddy_mt
970                                         && (is_migrate_isolate(migratetype) ||
971                                                 is_migrate_isolate(buddy_mt)))
972                                 goto done_merging;
973                 }
974                 max_order++;
975                 goto continue_merging;
976         }
977
978 done_merging:
979         set_page_order(page, order);
980
981         /*
982          * If this is not the largest possible page, check if the buddy
983          * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
984          * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
985          * that is happening, add the free page to the tail of the list
986          * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
987          * as a higher order page
988          */
989         if ((order < MAX_ORDER-2) && pfn_valid_within(buddy_pfn)
990                         && !is_shuffle_order(order)) {
991                 struct page *higher_page, *higher_buddy;
992                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
993                 higher_page = page + (combined_pfn - pfn);
994                 buddy_pfn = __find_buddy_pfn(combined_pfn, order + 1);
995                 higher_buddy = higher_page + (buddy_pfn - combined_pfn);
996                 if (pfn_valid_within(buddy_pfn) &&
997                     page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1)) {
998                         add_to_free_area_tail(page, &zone->free_area[order],
999                                               migratetype);
1000                         return;
1001                 }
1002         }
1003
1004         if (is_shuffle_order(order))
1005                 add_to_free_area_random(page, &zone->free_area[order],
1006                                 migratetype);
1007         else
1008                 add_to_free_area(page, &zone->free_area[order], migratetype);
1009
1010 }
1011
1012 /*
1013  * A bad page could be due to a number of fields. Instead of multiple branches,
1014  * try and check multiple fields with one check. The caller must do a detailed
1015  * check if necessary.
1016  */
1017 static inline bool page_expected_state(struct page *page,
1018                                         unsigned long check_flags)
1019 {
1020         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1021                 return false;
1022
1023         if (unlikely((unsigned long)page->mapping |
1024                         page_ref_count(page) |
1025 #ifdef CONFIG_MEMCG
1026                         (unsigned long)page->mem_cgroup |
1027 #endif
1028                         (page->flags & check_flags)))
1029                 return false;
1030
1031         return true;
1032 }
1033
1034 static void free_pages_check_bad(struct page *page)
1035 {
1036         const char *bad_reason;
1037         unsigned long bad_flags;
1038
1039         bad_reason = NULL;
1040         bad_flags = 0;
1041
1042         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1043                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1044         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1045                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1046         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
1047                 bad_reason = "nonzero _refcount";
1048         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)) {
1049                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
1050                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE;
1051         }
1052 #ifdef CONFIG_MEMCG
1053         if (unlikely(page->mem_cgroup))
1054                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
1055 #endif
1056         bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
1057 }
1058
1059 static inline int free_pages_check(struct page *page)
1060 {
1061         if (likely(page_expected_state(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)))
1062                 return 0;
1063
1064         /* Something has gone sideways, find it */
1065         free_pages_check_bad(page);
1066         return 1;
1067 }
1068
1069 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
1070 {
1071         int ret = 1;
1072
1073         /*
1074          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
1075          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
1076          */
1077         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
1078
1079         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM)) {
1080                 ret = 0;
1081                 goto out;
1082         }
1083         switch (page - head_page) {
1084         case 1:
1085                 /* the first tail page: ->mapping may be compound_mapcount() */
1086                 if (unlikely(compound_mapcount(page))) {
1087                         bad_page(page, "nonzero compound_mapcount", 0);
1088                         goto out;
1089                 }
1090                 break;
1091         case 2:
1092                 /*
1093                  * the second tail page: ->mapping is
1094                  * deferred_list.next -- ignore value.
1095                  */
1096                 break;
1097         default:
1098                 if (page->mapping != TAIL_MAPPING) {
1099                         bad_page(page, "corrupted mapping in tail page", 0);
1100                         goto out;
1101                 }
1102                 break;
1103         }
1104         if (unlikely(!PageTail(page))) {
1105                 bad_page(page, "PageTail not set", 0);
1106                 goto out;
1107         }
1108         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
1109                 bad_page(page, "compound_head not consistent", 0);
1110                 goto out;
1111         }
1112         ret = 0;
1113 out:
1114         page->mapping = NULL;
1115         clear_compound_head(page);
1116         return ret;
1117 }
1118
1119 static void kernel_init_free_pages(struct page *page, int numpages)
1120 {
1121         int i;
1122
1123         for (i = 0; i < numpages; i++)
1124                 clear_highpage(page + i);
1125 }
1126
1127 static __always_inline bool free_pages_prepare(struct page *page,
1128                                         unsigned int order, bool check_free)
1129 {
1130         int bad = 0;
1131
1132         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
1133
1134         trace_mm_page_free(page, order);
1135
1136         /*
1137          * Check tail pages before head page information is cleared to
1138          * avoid checking PageCompound for order-0 pages.
1139          */
1140         if (unlikely(order)) {
1141                 bool compound = PageCompound(page);
1142                 int i;
1143
1144                 VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
1145
1146                 if (compound)
1147                         ClearPageDoubleMap(page);
1148                 for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1149                         if (compound)
1150                                 bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
1151                         if (unlikely(free_pages_check(page + i))) {
1152                                 bad++;
1153                                 continue;
1154                         }
1155                         (page + i)->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1156                 }
1157         }
1158         if (PageMappingFlags(page))
1159                 page->mapping = NULL;
1160         if (memcg_kmem_enabled() && PageKmemcg(page))
1161                 __memcg_kmem_uncharge(page, order);
1162         if (check_free)
1163                 bad += free_pages_check(page);
1164         if (bad)
1165                 return false;
1166
1167         page_cpupid_reset_last(page);
1168         page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1169         reset_page_owner(page, order);
1170
1171         if (!PageHighMem(page)) {
1172                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1173                                            PAGE_SIZE << order);
1174                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1175                                            PAGE_SIZE << order);
1176         }
1177         arch_free_page(page, order);
1178         if (want_init_on_free())
1179                 kernel_init_free_pages(page, 1 << order);
1180
1181         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 0);
1182         if (debug_pagealloc_enabled())
1183                 kernel_map_pages(page, 1 << order, 0);
1184
1185         kasan_free_nondeferred_pages(page, order);
1186
1187         return true;
1188 }
1189
1190 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1191 /*
1192  * With DEBUG_VM enabled, order-0 pages are checked immediately when being freed
1193  * to pcp lists. With debug_pagealloc also enabled, they are also rechecked when
1194  * moved from pcp lists to free lists.
1195  */
1196 static bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1197 {
1198         return free_pages_prepare(page, 0, true);
1199 }
1200
1201 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1202 {
1203         if (debug_pagealloc_enabled())
1204                 return free_pages_check(page);
1205         else
1206                 return false;
1207 }
1208 #else
1209 /*
1210  * With DEBUG_VM disabled, order-0 pages being freed are checked only when
1211  * moving from pcp lists to free list in order to reduce overhead. With
1212  * debug_pagealloc enabled, they are checked also immediately when being freed
1213  * to the pcp lists.
1214  */
1215 static bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1216 {
1217         if (debug_pagealloc_enabled())
1218                 return free_pages_prepare(page, 0, true);
1219         else
1220                 return free_pages_prepare(page, 0, false);
1221 }
1222
1223 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1224 {
1225         return free_pages_check(page);
1226 }
1227 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1228
1229 static inline void prefetch_buddy(struct page *page)
1230 {
1231         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1232         unsigned long buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, 0);
1233         struct page *buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
1234
1235         prefetch(buddy);
1236 }
1237
1238 /*
1239  * Frees a number of pages from the PCP lists
1240  * Assumes all pages on list are in same zone, and of same order.
1241  * count is the number of pages to free.
1242  *
1243  * If the zone was previously in an "all pages pinned" state then look to
1244  * see if this freeing clears that state.
1245  *
1246  * And clear the zone's pages_scanned counter, to hold off the "all pages are
1247  * pinned" detection logic.
1248  */
1249 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
1250                                         struct per_cpu_pages *pcp)
1251 {
1252         int migratetype = 0;
1253         int batch_free = 0;
1254         int prefetch_nr = 0;
1255         bool isolated_pageblocks;
1256         struct page *page, *tmp;
1257         LIST_HEAD(head);
1258
1259         while (count) {
1260                 struct list_head *list;
1261
1262                 /*
1263                  * Remove pages from lists in a round-robin fashion. A
1264                  * batch_free count is maintained that is incremented when an
1265                  * empty list is encountered.  This is so more pages are freed
1266                  * off fuller lists instead of spinning excessively around empty
1267                  * lists
1268                  */
1269                 do {
1270                         batch_free++;
1271                         if (++migratetype == MIGRATE_PCPTYPES)
1272                                 migratetype = 0;
1273                         list = &pcp->lists[migratetype];
1274                 } while (list_empty(list));
1275
1276                 /* This is the only non-empty list. Free them all. */
1277                 if (batch_free == MIGRATE_PCPTYPES)
1278                         batch_free = count;
1279
1280                 do {
1281                         page = list_last_entry(list, struct page, lru);
1282                         /* must delete to avoid corrupting pcp list */
1283                         list_del(&page->lru);
1284                         pcp->count--;
1285
1286                         if (bulkfree_pcp_prepare(page))
1287                                 continue;
1288
1289                         list_add_tail(&page->lru, &head);
1290
1291                         /*
1292                          * We are going to put the page back to the global
1293                          * pool, prefetch its buddy to speed up later access
1294                          * under zone->lock. It is believed the overhead of
1295                          * an additional test and calculating buddy_pfn here
1296                          * can be offset by reduced memory latency later. To
1297                          * avoid excessive prefetching due to large count, only
1298                          * prefetch buddy for the first pcp->batch nr of pages.
1299                          */
1300                         if (prefetch_nr++ < pcp->batch)
1301                                 prefetch_buddy(page);
1302                 } while (--count && --batch_free && !list_empty(list));
1303         }
1304
1305         spin_lock(&zone->lock);
1306         isolated_pageblocks = has_isolate_pageblock(zone);
1307
1308         /*
1309          * Use safe version since after __free_one_page(),
1310          * page->lru.next will not point to original list.
1311          */
1312         list_for_each_entry_safe(page, tmp, &head, lru) {
1313                 int mt = get_pcppage_migratetype(page);
1314                 /* MIGRATE_ISOLATE page should not go to pcplists */
1315                 VM_BUG_ON_PAGE(is_migrate_isolate(mt), page);
1316                 /* Pageblock could have been isolated meanwhile */
1317                 if (unlikely(isolated_pageblocks))
1318                         mt = get_pageblock_migratetype(page);
1319
1320                 __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, 0, mt);
1321                 trace_mm_page_pcpu_drain(page, 0, mt);
1322         }
1323         spin_unlock(&zone->lock);
1324 }
1325
1326 static void free_one_page(struct zone *zone,
1327                                 struct page *page, unsigned long pfn,
1328                                 unsigned int order,
1329                                 int migratetype)
1330 {
1331         spin_lock(&zone->lock);
1332         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1333                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1334                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1335         }
1336         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype);
1337         spin_unlock(&zone->lock);
1338 }
1339
1340 static void __meminit __init_single_page(struct page *page, unsigned long pfn,
1341                                 unsigned long zone, int nid)
1342 {
1343         mm_zero_struct_page(page);
1344         set_page_links(page, zone, nid, pfn);
1345         init_page_count(page);
1346         page_mapcount_reset(page);
1347         page_cpupid_reset_last(page);
1348         page_kasan_tag_reset(page);
1349
1350         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1351 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
1352         /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
1353         if (!is_highmem_idx(zone))
1354                 set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
1355 #endif
1356 }
1357
1358 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1359 static void __meminit init_reserved_page(unsigned long pfn)
1360 {
1361         pg_data_t *pgdat;
1362         int nid, zid;
1363
1364         if (!early_page_uninitialised(pfn))
1365                 return;
1366
1367         nid = early_pfn_to_nid(pfn);
1368         pgdat = NODE_DATA(nid);
1369
1370         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1371                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zid];
1372
1373                 if (pfn >= zone->zone_start_pfn && pfn < zone_end_pfn(zone))
1374                         break;
1375         }
1376         __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zid, nid);
1377 }
1378 #else
1379 static inline void init_reserved_page(unsigned long pfn)
1380 {
1381 }
1382 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1383
1384 /*
1385  * Initialised pages do not have PageReserved set. This function is
1386  * called for each range allocated by the bootmem allocator and
1387  * marks the pages PageReserved. The remaining valid pages are later
1388  * sent to the buddy page allocator.
1389  */
1390 void __meminit reserve_bootmem_region(phys_addr_t start, phys_addr_t end)
1391 {
1392         unsigned long start_pfn = PFN_DOWN(start);
1393         unsigned long end_pfn = PFN_UP(end);
1394
1395         for (; start_pfn < end_pfn; start_pfn++) {
1396                 if (pfn_valid(start_pfn)) {
1397                         struct page *page = pfn_to_page(start_pfn);
1398
1399                         init_reserved_page(start_pfn);
1400
1401                         /* Avoid false-positive PageTail() */
1402                         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1403
1404                         /*
1405                          * no need for atomic set_bit because the struct
1406                          * page is not visible yet so nobody should
1407                          * access it yet.
1408                          */
1409                         __SetPageReserved(page);
1410                 }
1411         }
1412 }
1413
1414 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order)
1415 {
1416         unsigned long flags;
1417         int migratetype;
1418         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1419
1420         if (!free_pages_prepare(page, order, true))
1421                 return;
1422
1423         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1424         local_irq_save(flags);
1425         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1426         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype);
1427         local_irq_restore(flags);
1428 }
1429
1430 void __free_pages_core(struct page *page, unsigned int order)
1431 {
1432         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1433         struct page *p = page;
1434         unsigned int loop;
1435
1436         prefetchw(p);
1437         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1438                 prefetchw(p + 1);
1439                 __ClearPageReserved(p);
1440                 set_page_count(p, 0);
1441         }
1442         __ClearPageReserved(p);
1443         set_page_count(p, 0);
1444
1445         atomic_long_add(nr_pages, &page_zone(page)->managed_pages);
1446         set_page_refcounted(page);
1447         __free_pages(page, order);
1448 }
1449
1450 #if defined(CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID) || \
1451         defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP)
1452
1453 static struct mminit_pfnnid_cache early_pfnnid_cache __meminitdata;
1454
1455 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
1456 {
1457         static DEFINE_SPINLOCK(early_pfn_lock);
1458         int nid;
1459
1460         spin_lock(&early_pfn_lock);
1461         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1462         if (nid < 0)
1463                 nid = first_online_node;
1464         spin_unlock(&early_pfn_lock);
1465
1466         return nid;
1467 }
1468 #endif
1469
1470 #ifdef CONFIG_NODES_SPAN_OTHER_NODES
1471 /* Only safe to use early in boot when initialisation is single-threaded */
1472 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1473 {
1474         int nid;
1475
1476         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1477         if (nid >= 0 && nid != node)
1478                 return false;
1479         return true;
1480 }
1481
1482 #else
1483 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1484 {
1485         return true;
1486 }
1487 #endif
1488
1489
1490 void __init memblock_free_pages(struct page *page, unsigned long pfn,
1491                                                         unsigned int order)
1492 {
1493         if (early_page_uninitialised(pfn))
1494                 return;
1495         __free_pages_core(page, order);
1496 }
1497
1498 /*
1499  * Check that the whole (or subset of) a pageblock given by the interval of
1500  * [start_pfn, end_pfn) is valid and within the same zone, before scanning it
1501  * with the migration of free compaction scanner. The scanners then need to
1502  * use only pfn_valid_within() check for arches that allow holes within
1503  * pageblocks.
1504  *
1505  * Return struct page pointer of start_pfn, or NULL if checks were not passed.
1506  *
1507  * It's possible on some configurations to have a setup like node0 node1 node0
1508  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of pages do not
1509  * belong to a single zone. We assume that a border between node0 and node1
1510  * can occur within a single pageblock, but not a node0 node1 node0
1511  * interleaving within a single pageblock. It is therefore sufficient to check
1512  * the first and last page of a pageblock and avoid checking each individual
1513  * page in a pageblock.
1514  */
1515 struct page *__pageblock_pfn_to_page(unsigned long start_pfn,
1516                                      unsigned long end_pfn, struct zone *zone)
1517 {
1518         struct page *start_page;
1519         struct page *end_page;
1520
1521         /* end_pfn is one past the range we are checking */
1522         end_pfn--;
1523
1524         if (!pfn_valid(start_pfn) || !pfn_valid(end_pfn))
1525                 return NULL;
1526
1527         start_page = pfn_to_online_page(start_pfn);
1528         if (!start_page)
1529                 return NULL;
1530
1531         if (page_zone(start_page) != zone)
1532                 return NULL;
1533
1534         end_page = pfn_to_page(end_pfn);
1535
1536         /* This gives a shorter code than deriving page_zone(end_page) */
1537         if (page_zone_id(start_page) != page_zone_id(end_page))
1538                 return NULL;
1539
1540         return start_page;
1541 }
1542
1543 void set_zone_contiguous(struct zone *zone)
1544 {
1545         unsigned long block_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
1546         unsigned long block_end_pfn;
1547
1548         block_end_pfn = ALIGN(block_start_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
1549         for (; block_start_pfn < zone_end_pfn(zone);
1550                         block_start_pfn = block_end_pfn,
1551                          block_end_pfn += pageblock_nr_pages) {
1552
1553                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, zone_end_pfn(zone));
1554
1555                 if (!__pageblock_pfn_to_page(block_start_pfn,
1556                                              block_end_pfn, zone))
1557                         return;
1558         }
1559
1560         /* We confirm that there is no hole */
1561         zone->contiguous = true;
1562 }
1563
1564 void clear_zone_contiguous(struct zone *zone)
1565 {
1566         zone->contiguous = false;
1567 }
1568
1569 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1570 static void __init deferred_free_range(unsigned long pfn,
1571                                        unsigned long nr_pages)
1572 {
1573         struct page *page;
1574         unsigned long i;
1575
1576         if (!nr_pages)
1577                 return;
1578
1579         page = pfn_to_page(pfn);
1580
1581         /* Free a large naturally-aligned chunk if possible */
1582         if (nr_pages == pageblock_nr_pages &&
1583             (pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0) {
1584                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1585                 __free_pages_core(page, pageblock_order);
1586                 return;
1587         }
1588
1589         for (i = 0; i < nr_pages; i++, page++, pfn++) {
1590                 if ((pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0)
1591                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1592                 __free_pages_core(page, 0);
1593         }
1594 }
1595
1596 /* Completion tracking for deferred_init_memmap() threads */
1597 static atomic_t pgdat_init_n_undone __initdata;
1598 static __initdata DECLARE_COMPLETION(pgdat_init_all_done_comp);
1599
1600 static inline void __init pgdat_init_report_one_done(void)
1601 {
1602         if (atomic_dec_and_test(&pgdat_init_n_undone))
1603                 complete(&pgdat_init_all_done_comp);
1604 }
1605
1606 /*
1607  * Returns true if page needs to be initialized or freed to buddy allocator.
1608  *
1609  * First we check if pfn is valid on architectures where it is possible to have
1610  * holes within pageblock_nr_pages. On systems where it is not possible, this
1611  * function is optimized out.
1612  *
1613  * Then, we check if a current large page is valid by only checking the validity
1614  * of the head pfn.
1615  */
1616 static inline bool __init deferred_pfn_valid(unsigned long pfn)
1617 {
1618         if (!pfn_valid_within(pfn))
1619                 return false;
1620         if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) && !pfn_valid(pfn))
1621                 return false;
1622         return true;
1623 }
1624
1625 /*
1626  * Free pages to buddy allocator. Try to free aligned pages in
1627  * pageblock_nr_pages sizes.
1628  */
1629 static void __init deferred_free_pages(unsigned long pfn,
1630                                        unsigned long end_pfn)
1631 {
1632         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1633         unsigned long nr_free = 0;
1634
1635         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1636                 if (!deferred_pfn_valid(pfn)) {
1637                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1638                         nr_free = 0;
1639                 } else if (!(pfn & nr_pgmask)) {
1640                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1641                         nr_free = 1;
1642                         touch_nmi_watchdog();
1643                 } else {
1644                         nr_free++;
1645                 }
1646         }
1647         /* Free the last block of pages to allocator */
1648         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1649 }
1650
1651 /*
1652  * Initialize struct pages.  We minimize pfn page lookups and scheduler checks
1653  * by performing it only once every pageblock_nr_pages.
1654  * Return number of pages initialized.
1655  */
1656 static unsigned long  __init deferred_init_pages(struct zone *zone,
1657                                                  unsigned long pfn,
1658                                                  unsigned long end_pfn)
1659 {
1660         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1661         int nid = zone_to_nid(zone);
1662         unsigned long nr_pages = 0;
1663         int zid = zone_idx(zone);
1664         struct page *page = NULL;
1665
1666         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1667                 if (!deferred_pfn_valid(pfn)) {
1668                         page = NULL;
1669                         continue;
1670                 } else if (!page || !(pfn & nr_pgmask)) {
1671                         page = pfn_to_page(pfn);
1672                         touch_nmi_watchdog();
1673                 } else {
1674                         page++;
1675                 }
1676                 __init_single_page(page, pfn, zid, nid);
1677                 nr_pages++;
1678         }
1679         return (nr_pages);
1680 }
1681
1682 /*
1683  * This function is meant to pre-load the iterator for the zone init.
1684  * Specifically it walks through the ranges until we are caught up to the
1685  * first_init_pfn value and exits there. If we never encounter the value we
1686  * return false indicating there are no valid ranges left.
1687  */
1688 static bool __init
1689 deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(u64 *i, struct zone *zone,
1690                                     unsigned long *spfn, unsigned long *epfn,
1691                                     unsigned long first_init_pfn)
1692 {
1693         u64 j;
1694
1695         /*
1696          * Start out by walking through the ranges in this zone that have
1697          * already been initialized. We don't need to do anything with them
1698          * so we just need to flush them out of the system.
1699          */
1700         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone(j, zone, spfn, epfn) {
1701                 if (*epfn <= first_init_pfn)
1702                         continue;
1703                 if (*spfn < first_init_pfn)
1704                         *spfn = first_init_pfn;
1705                 *i = j;
1706                 return true;
1707         }
1708
1709         return false;
1710 }
1711
1712 /*
1713  * Initialize and free pages. We do it in two loops: first we initialize
1714  * struct page, then free to buddy allocator, because while we are
1715  * freeing pages we can access pages that are ahead (computing buddy
1716  * page in __free_one_page()).
1717  *
1718  * In order to try and keep some memory in the cache we have the loop
1719  * broken along max page order boundaries. This way we will not cause
1720  * any issues with the buddy page computation.
1721  */
1722 static unsigned long __init
1723 deferred_init_maxorder(u64 *i, struct zone *zone, unsigned long *start_pfn,
1724                        unsigned long *end_pfn)
1725 {
1726         unsigned long mo_pfn = ALIGN(*start_pfn + 1, MAX_ORDER_NR_PAGES);
1727         unsigned long spfn = *start_pfn, epfn = *end_pfn;
1728         unsigned long nr_pages = 0;
1729         u64 j = *i;
1730
1731         /* First we loop through and initialize the page values */
1732         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone_from(j, zone, start_pfn, end_pfn) {
1733                 unsigned long t;
1734
1735                 if (mo_pfn <= *start_pfn)
1736                         break;
1737
1738                 t = min(mo_pfn, *end_pfn);
1739                 nr_pages += deferred_init_pages(zone, *start_pfn, t);
1740
1741                 if (mo_pfn < *end_pfn) {
1742                         *start_pfn = mo_pfn;
1743                         break;
1744                 }
1745         }
1746
1747         /* Reset values and now loop through freeing pages as needed */
1748         swap(j, *i);
1749
1750         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone_from(j, zone, &spfn, &epfn) {
1751                 unsigned long t;
1752
1753                 if (mo_pfn <= spfn)
1754                         break;
1755
1756                 t = min(mo_pfn, epfn);
1757                 deferred_free_pages(spfn, t);
1758
1759                 if (mo_pfn <= epfn)
1760                         break;
1761         }
1762
1763         return nr_pages;
1764 }
1765
1766 /* Initialise remaining memory on a node */
1767 static int __init deferred_init_memmap(void *data)
1768 {
1769         pg_data_t *pgdat = data;
1770         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
1771         unsigned long spfn = 0, epfn = 0, nr_pages = 0;
1772         unsigned long first_init_pfn, flags;
1773         unsigned long start = jiffies;
1774         struct zone *zone;
1775         int zid;
1776         u64 i;
1777
1778         /* Bind memory initialisation thread to a local node if possible */
1779         if (!cpumask_empty(cpumask))
1780                 set_cpus_allowed_ptr(current, cpumask);
1781
1782         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
1783         first_init_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1784         if (first_init_pfn == ULONG_MAX) {
1785                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1786                 pgdat_init_report_one_done();
1787                 return 0;
1788         }
1789
1790         /* Sanity check boundaries */
1791         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn < pgdat->node_start_pfn);
1792         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn > pgdat_end_pfn(pgdat));
1793         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
1794
1795         /* Only the highest zone is deferred so find it */
1796         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1797                 zone = pgdat->node_zones + zid;
1798                 if (first_init_pfn < zone_end_pfn(zone))
1799                         break;
1800         }
1801
1802         /* If the zone is empty somebody else may have cleared out the zone */
1803         if (!deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
1804                                                  first_init_pfn))
1805                 goto zone_empty;
1806
1807         /*
1808          * Initialize and free pages in MAX_ORDER sized increments so
1809          * that we can avoid introducing any issues with the buddy
1810          * allocator.
1811          */
1812         while (spfn < epfn)
1813                 nr_pages += deferred_init_maxorder(&i, zone, &spfn, &epfn);
1814 zone_empty:
1815         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1816
1817         /* Sanity check that the next zone really is unpopulated */
1818         WARN_ON(++zid < MAX_NR_ZONES && populated_zone(++zone));
1819
1820         pr_info("node %d initialised, %lu pages in %ums\n",
1821                 pgdat->node_id, nr_pages, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
1822
1823         pgdat_init_report_one_done();
1824         return 0;
1825 }
1826
1827 /*
1828  * If this zone has deferred pages, try to grow it by initializing enough
1829  * deferred pages to satisfy the allocation specified by order, rounded up to
1830  * the nearest PAGES_PER_SECTION boundary.  So we're adding memory in increments
1831  * of SECTION_SIZE bytes by initializing struct pages in increments of
1832  * PAGES_PER_SECTION * sizeof(struct page) bytes.
1833  *
1834  * Return true when zone was grown, otherwise return false. We return true even
1835  * when we grow less than requested, to let the caller decide if there are
1836  * enough pages to satisfy the allocation.
1837  *
1838  * Note: We use noinline because this function is needed only during boot, and
1839  * it is called from a __ref function _deferred_grow_zone. This way we are
1840  * making sure that it is not inlined into permanent text section.
1841  */
1842 static noinline bool __init
1843 deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
1844 {
1845         unsigned long nr_pages_needed = ALIGN(1 << order, PAGES_PER_SECTION);
1846         pg_data_t *pgdat = zone->zone_pgdat;
1847         unsigned long first_deferred_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1848         unsigned long spfn, epfn, flags;
1849         unsigned long nr_pages = 0;
1850         u64 i;
1851
1852         /* Only the last zone may have deferred pages */
1853         if (zone_end_pfn(zone) != pgdat_end_pfn(pgdat))
1854                 return false;
1855
1856         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
1857
1858         /*
1859          * If deferred pages have been initialized while we were waiting for
1860          * the lock, return true, as the zone was grown.  The caller will retry
1861          * this zone.  We won't return to this function since the caller also
1862          * has this static branch.
1863          */
1864         if (!static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
1865                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1866                 return true;
1867         }
1868
1869         /*
1870          * If someone grew this zone while we were waiting for spinlock, return
1871          * true, as there might be enough pages already.
1872          */
1873         if (first_deferred_pfn != pgdat->first_deferred_pfn) {
1874                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1875                 return true;
1876         }
1877
1878         /* If the zone is empty somebody else may have cleared out the zone */
1879         if (!deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
1880                                                  first_deferred_pfn)) {
1881                 pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
1882                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1883                 /* Retry only once. */
1884                 return first_deferred_pfn != ULONG_MAX;
1885         }
1886
1887         /*
1888          * Initialize and free pages in MAX_ORDER sized increments so
1889          * that we can avoid introducing any issues with the buddy
1890          * allocator.
1891          */
1892         while (spfn < epfn) {
1893                 /* update our first deferred PFN for this section */
1894                 first_deferred_pfn = spfn;
1895
1896                 nr_pages += deferred_init_maxorder(&i, zone, &spfn, &epfn);
1897
1898                 /* We should only stop along section boundaries */
1899                 if ((first_deferred_pfn ^ spfn) < PAGES_PER_SECTION)
1900                         continue;
1901
1902                 /* If our quota has been met we can stop here */
1903                 if (nr_pages >= nr_pages_needed)
1904                         break;
1905         }
1906
1907         pgdat->first_deferred_pfn = spfn;
1908         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1909
1910         return nr_pages > 0;
1911 }
1912
1913 /*
1914  * deferred_grow_zone() is __init, but it is called from
1915  * get_page_from_freelist() during early boot until deferred_pages permanently
1916  * disables this call. This is why we have refdata wrapper to avoid warning,
1917  * and to ensure that the function body gets unloaded.
1918  */
1919 static bool __ref
1920 _deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
1921 {
1922         return deferred_grow_zone(zone, order);
1923 }
1924
1925 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1926
1927 void __init page_alloc_init_late(void)
1928 {
1929         struct zone *zone;
1930         int nid;
1931
1932 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1933
1934         /* There will be num_node_state(N_MEMORY) threads */
1935         atomic_set(&pgdat_init_n_undone, num_node_state(N_MEMORY));
1936         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
1937                 kthread_run(deferred_init_memmap, NODE_DATA(nid), "pgdatinit%d", nid);
1938         }
1939
1940         /* Block until all are initialised */
1941         wait_for_completion(&pgdat_init_all_done_comp);
1942
1943         /*
1944          * We initialized the rest of the deferred pages.  Permanently disable
1945          * on-demand struct page initialization.
1946          */
1947         static_branch_disable(&deferred_pages);
1948
1949         /* Reinit limits that are based on free pages after the kernel is up */
1950         files_maxfiles_init();
1951 #endif
1952
1953         /* Discard memblock private memory */
1954         memblock_discard();
1955
1956         for_each_node_state(nid, N_MEMORY)
1957                 shuffle_free_memory(NODE_DATA(nid));
1958
1959         for_each_populated_zone(zone)
1960                 set_zone_contiguous(zone);
1961
1962 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
1963         init_debug_guardpage();
1964 #endif
1965 }
1966
1967 #ifdef CONFIG_CMA
1968 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
1969 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
1970 {
1971         unsigned i = pageblock_nr_pages;
1972         struct page *p = page;
1973
1974         do {
1975                 __ClearPageReserved(p);
1976                 set_page_count(p, 0);
1977         } while (++p, --i);
1978
1979         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
1980
1981         if (pageblock_order >= MAX_ORDER) {
1982                 i = pageblock_nr_pages;
1983                 p = page;
1984                 do {
1985                         set_page_refcounted(p);
1986                         __free_pages(p, MAX_ORDER - 1);
1987                         p += MAX_ORDER_NR_PAGES;
1988                 } while (i -= MAX_ORDER_NR_PAGES);
1989         } else {
1990                 set_page_refcounted(page);
1991                 __free_pages(page, pageblock_order);
1992         }
1993
1994         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
1995 }
1996 #endif
1997
1998 /*
1999  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
2000  * Please do not alter this order without good reasons and regression
2001  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
2002  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
2003  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
2004  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
2005  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
2006  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
2007  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
2008  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
2009  *
2010  * -- nyc
2011  */
2012 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
2013         int low, int high, struct free_area *area,
2014         int migratetype)
2015 {
2016         unsigned long size = 1 << high;
2017
2018         while (high > low) {
2019                 area--;
2020                 high--;
2021                 size >>= 1;
2022                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
2023
2024                 /*
2025                  * Mark as guard pages (or page), that will allow to
2026                  * merge back to allocator when buddy will be freed.
2027                  * Corresponding page table entries will not be touched,
2028                  * pages will stay not present in virtual address space
2029                  */
2030                 if (set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype))
2031                         continue;
2032
2033                 add_to_free_area(&page[size], area, migratetype);
2034                 set_page_order(&page[size], high);
2035         }
2036 }
2037
2038 static void check_new_page_bad(struct page *page)
2039 {
2040         const char *bad_reason = NULL;
2041         unsigned long bad_flags = 0;
2042
2043         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
2044                 bad_reason = "nonzero mapcount";
2045         if (unlikely(page->mapping != NULL))
2046                 bad_reason = "non-NULL mapping";
2047         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
2048                 bad_reason = "nonzero _refcount";
2049         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
2050                 bad_reason = "HWPoisoned (hardware-corrupted)";
2051                 bad_flags = __PG_HWPOISON;
2052                 /* Don't complain about hwpoisoned pages */
2053                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
2054                 return;
2055         }
2056         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)) {
2057                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag set";
2058                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
2059         }
2060 #ifdef CONFIG_MEMCG
2061         if (unlikely(page->mem_cgroup))
2062                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
2063 #endif
2064         bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
2065 }
2066
2067 /*
2068  * This page is about to be returned from the page allocator
2069  */
2070 static inline int check_new_page(struct page *page)
2071 {
2072         if (likely(page_expected_state(page,
2073                                 PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP|__PG_HWPOISON)))
2074                 return 0;
2075
2076         check_new_page_bad(page);
2077         return 1;
2078 }
2079
2080 static inline bool free_pages_prezeroed(void)
2081 {
2082         return (IS_ENABLED(CONFIG_PAGE_POISONING_ZERO) &&
2083                 page_poisoning_enabled()) || want_init_on_free();
2084 }
2085
2086 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
2087 /*
2088  * With DEBUG_VM enabled, order-0 pages are checked for expected state when
2089  * being allocated from pcp lists. With debug_pagealloc also enabled, they are
2090  * also checked when pcp lists are refilled from the free lists.
2091  */
2092 static inline bool check_pcp_refill(struct page *page)
2093 {
2094         if (debug_pagealloc_enabled())
2095                 return check_new_page(page);
2096         else
2097                 return false;
2098 }
2099
2100 static inline bool check_new_pcp(struct page *page)
2101 {
2102         return check_new_page(page);
2103 }
2104 #else
2105 /*
2106  * With DEBUG_VM disabled, free order-0 pages are checked for expected state
2107  * when pcp lists are being refilled from the free lists. With debug_pagealloc
2108  * enabled, they are also checked when being allocated from the pcp lists.
2109  */
2110 static inline bool check_pcp_refill(struct page *page)
2111 {
2112         return check_new_page(page);
2113 }
2114 static inline bool check_new_pcp(struct page *page)
2115 {
2116         if (debug_pagealloc_enabled())
2117                 return check_new_page(page);
2118         else
2119                 return false;
2120 }
2121 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
2122
2123 static bool check_new_pages(struct page *page, unsigned int order)
2124 {
2125         int i;
2126         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
2127                 struct page *p = page + i;
2128
2129                 if (unlikely(check_new_page(p)))
2130                         return true;
2131         }
2132
2133         return false;
2134 }
2135
2136 inline void post_alloc_hook(struct page *page, unsigned int order,
2137                                 gfp_t gfp_flags)
2138 {
2139         set_page_private(page, 0);
2140         set_page_refcounted(page);
2141
2142         arch_alloc_page(page, order);
2143         if (debug_pagealloc_enabled())
2144                 kernel_map_pages(page, 1 << order, 1);
2145         kasan_alloc_pages(page, order);
2146         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 1);
2147         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
2148 }
2149
2150 static void prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
2151                                                         unsigned int alloc_flags)
2152 {
2153         post_alloc_hook(page, order, gfp_flags);
2154
2155         if (!free_pages_prezeroed() && want_init_on_alloc(gfp_flags))
2156                 kernel_init_free_pages(page, 1 << order);
2157
2158         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
2159                 prep_compound_page(page, order);
2160
2161         /*
2162          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
2163          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
2164          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
2165          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
2166          */
2167         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
2168                 set_page_pfmemalloc(page);
2169         else
2170                 clear_page_pfmemalloc(page);
2171 }
2172
2173 /*
2174  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
2175  * the smallest available page from the freelists
2176  */
2177 static __always_inline
2178 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
2179                                                 int migratetype)
2180 {
2181         unsigned int current_order;
2182         struct free_area *area;
2183         struct page *page;
2184
2185         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
2186         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
2187                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2188                 page = get_page_from_free_area(area, migratetype);
2189                 if (!page)
2190                         continue;
2191                 del_page_from_free_area(page, area);
2192                 expand(zone, page, order, current_order, area, migratetype);
2193                 set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2194                 return page;
2195         }
2196
2197         return NULL;
2198 }
2199
2200
2201 /*
2202  * This array describes the order lists are fallen back to when
2203  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
2204  */
2205 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][4] = {
2206         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2207         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_TYPES },
2208         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2209 #ifdef CONFIG_CMA
2210         [MIGRATE_CMA]         = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
2211 #endif
2212 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
2213         [MIGRATE_ISOLATE]     = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
2214 #endif
2215 };
2216
2217 #ifdef CONFIG_CMA
2218 static __always_inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2219                                         unsigned int order)
2220 {
2221         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
2222 }
2223 #else
2224 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2225                                         unsigned int order) { return NULL; }
2226 #endif
2227
2228 /*
2229  * Move the free pages in a range to the free lists of the requested type.
2230  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
2231  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
2232  */
2233 static int move_freepages(struct zone *zone,
2234                           struct page *start_page, struct page *end_page,
2235                           int migratetype, int *num_movable)
2236 {
2237         struct page *page;
2238         unsigned int order;
2239         int pages_moved = 0;
2240
2241         for (page = start_page; page <= end_page;) {
2242                 if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page))) {
2243                         page++;
2244                         continue;
2245                 }
2246
2247                 if (!PageBuddy(page)) {
2248                         /*
2249                          * We assume that pages that could be isolated for
2250                          * migration are movable. But we don't actually try
2251                          * isolating, as that would be expensive.
2252                          */
2253                         if (num_movable &&
2254                                         (PageLRU(page) || __PageMovable(page)))
2255                                 (*num_movable)++;
2256
2257                         page++;
2258                         continue;
2259                 }
2260
2261                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
2262                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
2263                 VM_BUG_ON_PAGE(page_zone(page) != zone, page);
2264
2265                 order = page_order(page);
2266                 move_to_free_area(page, &zone->free_area[order], migratetype);
2267                 page += 1 << order;
2268                 pages_moved += 1 << order;
2269         }
2270
2271         return pages_moved;
2272 }
2273
2274 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
2275                                 int migratetype, int *num_movable)
2276 {
2277         unsigned long start_pfn, end_pfn;
2278         struct page *start_page, *end_page;
2279
2280         if (num_movable)
2281                 *num_movable = 0;
2282
2283         start_pfn = page_to_pfn(page);
2284         start_pfn = start_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
2285         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
2286         end_page = start_page + pageblock_nr_pages - 1;
2287         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
2288
2289         /* Do not cross zone boundaries */
2290         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
2291                 start_page = page;
2292         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
2293                 return 0;
2294
2295         return move_freepages(zone, start_page, end_page, migratetype,
2296                                                                 num_movable);
2297 }
2298
2299 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
2300                                         int start_order, int migratetype)
2301 {
2302         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
2303
2304         while (nr_pageblocks--) {
2305                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
2306                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
2307         }
2308 }
2309
2310 /*
2311  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
2312  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
2313  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
2314  *
2315  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
2316  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
2317  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
2318  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
2319  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
2320  * pageblocks.
2321  */
2322 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
2323 {
2324         /*
2325          * Leaving this order check is intended, although there is
2326          * relaxed order check in next check. The reason is that
2327          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
2328          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
2329          * so could be changed anytime.
2330          */
2331         if (order >= pageblock_order)
2332                 return true;
2333
2334         if (order >= pageblock_order / 2 ||
2335                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
2336                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
2337                 page_group_by_mobility_disabled)
2338                 return true;
2339
2340         return false;
2341 }
2342
2343 static inline void boost_watermark(struct zone *zone)
2344 {
2345         unsigned long max_boost;
2346
2347         if (!watermark_boost_factor)
2348                 return;
2349
2350         max_boost = mult_frac(zone->_watermark[WMARK_HIGH],
2351                         watermark_boost_factor, 10000);
2352
2353         /*
2354          * high watermark may be uninitialised if fragmentation occurs
2355          * very early in boot so do not boost. We do not fall
2356          * through and boost by pageblock_nr_pages as failing
2357          * allocations that early means that reclaim is not going
2358          * to help and it may even be impossible to reclaim the
2359          * boosted watermark resulting in a hang.
2360          */
2361         if (!max_boost)
2362                 return;
2363
2364         max_boost = max(pageblock_nr_pages, max_boost);
2365
2366         zone->watermark_boost = min(zone->watermark_boost + pageblock_nr_pages,
2367                 max_boost);
2368 }
2369
2370 /*
2371  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
2372  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
2373  * pageblock to our migratetype and determine how many already-allocated pages
2374  * are there in the pageblock with a compatible migratetype. If at least half
2375  * of pages are free or compatible, we can change migratetype of the pageblock
2376  * itself, so pages freed in the future will be put on the correct free list.
2377  */
2378 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
2379                 unsigned int alloc_flags, int start_type, bool whole_block)
2380 {
2381         unsigned int current_order = page_order(page);
2382         struct free_area *area;
2383         int free_pages, movable_pages, alike_pages;
2384         int old_block_type;
2385
2386         old_block_type = get_pageblock_migratetype(page);
2387
2388         /*
2389          * This can happen due to races and we want to prevent broken
2390          * highatomic accounting.
2391          */
2392         if (is_migrate_highatomic(old_block_type))
2393                 goto single_page;
2394
2395         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
2396         if (current_order >= pageblock_order) {
2397                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
2398                 goto single_page;
2399         }
2400
2401         /*
2402          * Boost watermarks to increase reclaim pressure to reduce the
2403          * likelihood of future fallbacks. Wake kswapd now as the node
2404          * may be balanced overall and kswapd will not wake naturally.
2405          */
2406         boost_watermark(zone);
2407         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
2408                 set_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
2409
2410         /* We are not allowed to try stealing from the whole block */
2411         if (!whole_block)
2412                 goto single_page;
2413
2414         free_pages = move_freepages_block(zone, page, start_type,
2415                                                 &movable_pages);
2416         /*
2417          * Determine how many pages are compatible with our allocation.
2418          * For movable allocation, it's the number of movable pages which
2419          * we just obtained. For other types it's a bit more tricky.
2420          */
2421         if (start_type == MIGRATE_MOVABLE) {
2422                 alike_pages = movable_pages;
2423         } else {
2424                 /*
2425                  * If we are falling back a RECLAIMABLE or UNMOVABLE allocation
2426                  * to MOVABLE pageblock, consider all non-movable pages as
2427                  * compatible. If it's UNMOVABLE falling back to RECLAIMABLE or
2428                  * vice versa, be conservative since we can't distinguish the
2429                  * exact migratetype of non-movable pages.
2430                  */
2431                 if (old_block_type == MIGRATE_MOVABLE)
2432                         alike_pages = pageblock_nr_pages
2433                                                 - (free_pages + movable_pages);
2434                 else
2435                         alike_pages = 0;
2436         }
2437
2438         /* moving whole block can fail due to zone boundary conditions */
2439         if (!free_pages)
2440                 goto single_page;
2441
2442         /*
2443          * If a sufficient number of pages in the block are either free or of
2444          * comparable migratability as our allocation, claim the whole block.
2445          */
2446         if (free_pages + alike_pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
2447                         page_group_by_mobility_disabled)
2448                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
2449
2450         return;
2451
2452 single_page:
2453         area = &zone->free_area[current_order];
2454         move_to_free_area(page, area, start_type);
2455 }
2456
2457 /*
2458  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
2459  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
2460  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
2461  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
2462  */
2463 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
2464                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
2465 {
2466         int i;
2467         int fallback_mt;
2468
2469         if (area->nr_free == 0)
2470                 return -1;
2471
2472         *can_steal = false;
2473         for (i = 0;; i++) {
2474                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
2475                 if (fallback_mt == MIGRATE_TYPES)
2476                         break;
2477
2478                 if (free_area_empty(area, fallback_mt))
2479                         continue;
2480
2481                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
2482                         *can_steal = true;
2483
2484                 if (!only_stealable)
2485                         return fallback_mt;
2486
2487                 if (*can_steal)
2488                         return fallback_mt;
2489         }
2490
2491         return -1;
2492 }
2493
2494 /*
2495  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
2496  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
2497  */
2498 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone,
2499                                 unsigned int alloc_order)
2500 {
2501         int mt;
2502         unsigned long max_managed, flags;
2503
2504         /*
2505          * Limit the number reserved to 1 pageblock or roughly 1% of a zone.
2506          * Check is race-prone but harmless.
2507          */
2508         max_managed = (zone_managed_pages(zone) / 100) + pageblock_nr_pages;
2509         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2510                 return;
2511
2512         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2513
2514         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
2515         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2516                 goto out_unlock;
2517
2518         /* Yoink! */
2519         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2520         if (!is_migrate_highatomic(mt) && !is_migrate_isolate(mt)
2521             && !is_migrate_cma(mt)) {
2522                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
2523                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2524                 move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_HIGHATOMIC, NULL);
2525         }
2526
2527 out_unlock:
2528         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2529 }
2530
2531 /*
2532  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
2533  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
2534  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
2535  * to recover from than an OOM.
2536  *
2537  * If @force is true, try to unreserve a pageblock even though highatomic
2538  * pageblock is exhausted.
2539  */
2540 static bool unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac,
2541                                                 bool force)
2542 {
2543         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2544         unsigned long flags;
2545         struct zoneref *z;
2546         struct zone *zone;
2547         struct page *page;
2548         int order;
2549         bool ret;
2550
2551         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->high_zoneidx,
2552                                                                 ac->nodemask) {
2553                 /*
2554                  * Preserve at least one pageblock unless memory pressure
2555                  * is really high.
2556                  */
2557                 if (!force && zone->nr_reserved_highatomic <=
2558                                         pageblock_nr_pages)
2559                         continue;
2560
2561                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2562                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
2563                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
2564
2565                         page = get_page_from_free_area(area, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2566                         if (!page)
2567                                 continue;
2568
2569                         /*
2570                          * In page freeing path, migratetype change is racy so
2571                          * we can counter several free pages in a pageblock
2572                          * in this loop althoug we changed the pageblock type
2573                          * from highatomic to ac->migratetype. So we should
2574                          * adjust the count once.
2575                          */
2576                         if (is_migrate_highatomic_page(page)) {
2577                                 /*
2578                                  * It should never happen but changes to
2579                                  * locking could inadvertently allow a per-cpu
2580                                  * drain to add pages to MIGRATE_HIGHATOMIC
2581                                  * while unreserving so be safe and watch for
2582                                  * underflows.
2583                                  */
2584                                 zone->nr_reserved_highatomic -= min(
2585                                                 pageblock_nr_pages,
2586                                                 zone->nr_reserved_highatomic);
2587                         }
2588
2589                         /*
2590                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
2591                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
2592                          * is doing the work and needs the pages. More
2593                          * importantly, if the block was always converted to
2594                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
2595                          * of pageblocks that cannot be completely freed
2596                          * may increase.
2597                          */
2598                         set_pageblock_migratetype(page, ac->migratetype);
2599                         ret = move_freepages_block(zone, page, ac->migratetype,
2600                                                                         NULL);
2601                         if (ret) {
2602                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2603                                 return ret;
2604                         }
2605                 }
2606                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2607         }
2608
2609         return false;
2610 }
2611
2612 /*
2613  * Try finding a free buddy page on the fallback list and put it on the free
2614  * list of requested migratetype, possibly along with other pages from the same
2615  * block, depending on fragmentation avoidance heuristics. Returns true if
2616  * fallback was found so that __rmqueue_smallest() can grab it.
2617  *
2618  * The use of signed ints for order and current_order is a deliberate
2619  * deviation from the rest of this file, to make the for loop
2620  * condition simpler.
2621  */
2622 static __always_inline bool
2623 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, int order, int start_migratetype,
2624                                                 unsigned int alloc_flags)
2625 {
2626         struct free_area *area;
2627         int current_order;
2628         int min_order = order;
2629         struct page *page;
2630         int fallback_mt;
2631         bool can_steal;
2632
2633         /*
2634          * Do not steal pages from freelists belonging to other pageblocks
2635          * i.e. orders < pageblock_order. If there are no local zones free,
2636          * the zonelists will be reiterated without ALLOC_NOFRAGMENT.
2637          */
2638         if (alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT)
2639                 min_order = pageblock_order;
2640
2641         /*
2642          * Find the largest available free page in the other list. This roughly
2643          * approximates finding the pageblock with the most free pages, which
2644          * would be too costly to do exactly.
2645          */
2646         for (current_order = MAX_ORDER - 1; current_order >= min_order;
2647                                 --current_order) {
2648                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2649                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2650                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2651                 if (fallback_mt == -1)
2652                         continue;
2653
2654                 /*
2655                  * We cannot steal all free pages from the pageblock and the
2656                  * requested migratetype is movable. In that case it's better to
2657                  * steal and split the smallest available page instead of the
2658                  * largest available page, because even if the next movable
2659                  * allocation falls back into a different pageblock than this
2660                  * one, it won't cause permanent fragmentation.
2661                  */
2662                 if (!can_steal && start_migratetype == MIGRATE_MOVABLE
2663                                         && current_order > order)
2664                         goto find_smallest;
2665
2666                 goto do_steal;
2667         }
2668
2669         return false;
2670
2671 find_smallest:
2672         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER;
2673                                                         current_order++) {
2674                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2675                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2676                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2677                 if (fallback_mt != -1)
2678                         break;
2679         }
2680
2681         /*
2682          * This should not happen - we already found a suitable fallback
2683          * when looking for the largest page.
2684          */
2685         VM_BUG_ON(current_order == MAX_ORDER);
2686
2687 do_steal:
2688         page = get_page_from_free_area(area, fallback_mt);
2689
2690         steal_suitable_fallback(zone, page, alloc_flags, start_migratetype,
2691                                                                 can_steal);
2692
2693         trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
2694                 start_migratetype, fallback_mt);
2695
2696         return true;
2697
2698 }
2699
2700 /*
2701  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
2702  * Call me with the zone->lock already held.
2703  */
2704 static __always_inline struct page *
2705 __rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order, int migratetype,
2706                                                 unsigned int alloc_flags)
2707 {
2708         struct page *page;
2709
2710 retry:
2711         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
2712         if (unlikely(!page)) {
2713                 if (migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
2714                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2715
2716                 if (!page && __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype,
2717                                                                 alloc_flags))
2718                         goto retry;
2719         }
2720
2721         trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
2722         return page;
2723 }
2724
2725 /*
2726  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
2727  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
2728  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
2729  */
2730 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
2731                         unsigned long count, struct list_head *list,
2732                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
2733 {
2734         int i, alloced = 0;
2735
2736         spin_lock(&zone->lock);
2737         for (i = 0; i < count; ++i) {
2738                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype,
2739                                                                 alloc_flags);
2740                 if (unlikely(page == NULL))
2741                         break;
2742
2743                 if (unlikely(check_pcp_refill(page)))
2744                         continue;
2745
2746                 /*
2747                  * Split buddy pages returned by expand() are received here in
2748                  * physical page order. The page is added to the tail of
2749                  * caller's list. From the callers perspective, the linked list
2750                  * is ordered by page number under some conditions. This is
2751                  * useful for IO devices that can forward direction from the
2752                  * head, thus also in the physical page order. This is useful
2753                  * for IO devices that can merge IO requests if the physical
2754                  * pages are ordered properly.
2755                  */
2756                 list_add_tail(&page->lru, list);
2757                 alloced++;
2758                 if (is_migrate_cma(get_pcppage_migratetype(page)))
2759                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
2760                                               -(1 << order));
2761         }
2762
2763         /*
2764          * i pages were removed from the buddy list even if some leak due
2765          * to check_pcp_refill failing so adjust NR_FREE_PAGES based
2766          * on i. Do not confuse with 'alloced' which is the number of
2767          * pages added to the pcp list.
2768          */
2769         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
2770         spin_unlock(&zone->lock);
2771         return alloced;
2772 }
2773
2774 #ifdef CONFIG_NUMA
2775 /*
2776  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
2777  * currently executing processor on remote nodes after they have
2778  * expired.
2779  *
2780  * Note that this function must be called with the thread pinned to
2781  * a single processor.
2782  */
2783 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
2784 {
2785         unsigned long flags;
2786         int to_drain, batch;
2787
2788         local_irq_save(flags);
2789         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2790         to_drain = min(pcp->count, batch);
2791         if (to_drain > 0)
2792                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp);
2793         local_irq_restore(flags);
2794 }
2795 #endif
2796
2797 /*
2798  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
2799  *
2800  * The processor must either be the current processor and the
2801  * thread pinned to the current processor or a processor that
2802  * is not online.
2803  */
2804 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
2805 {
2806         unsigned long flags;
2807         struct per_cpu_pageset *pset;
2808         struct per_cpu_pages *pcp;
2809
2810         local_irq_save(flags);
2811         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2812
2813         pcp = &pset->pcp;
2814         if (pcp->count)
2815                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp);
2816         local_irq_restore(flags);
2817 }
2818
2819 /*
2820  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
2821  *
2822  * The processor must either be the current processor and the
2823  * thread pinned to the current processor or a processor that
2824  * is not online.
2825  */
2826 static void drain_pages(unsigned int cpu)
2827 {
2828         struct zone *zone;
2829
2830         for_each_populated_zone(zone) {
2831                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2832         }
2833 }
2834
2835 /*
2836  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
2837  *
2838  * The CPU has to be pinned. When zone parameter is non-NULL, spill just
2839  * the single zone's pages.
2840  */
2841 void drain_local_pages(struct zone *zone)
2842 {
2843         int cpu = smp_processor_id();
2844
2845         if (zone)
2846                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2847         else
2848                 drain_pages(cpu);
2849 }
2850
2851 static void drain_local_pages_wq(struct work_struct *work)
2852 {
2853         struct pcpu_drain *drain;
2854
2855         drain = container_of(work, struct pcpu_drain, work);
2856
2857         /*
2858          * drain_all_pages doesn't use proper cpu hotplug protection so
2859          * we can race with cpu offline when the WQ can move this from
2860          * a cpu pinned worker to an unbound one. We can operate on a different
2861          * cpu which is allright but we also have to make sure to not move to
2862          * a different one.
2863          */
2864         preempt_disable();
2865         drain_local_pages(drain->zone);
2866         preempt_enable();
2867 }
2868
2869 /*
2870  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
2871  *
2872  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
2873  *
2874  * Note that this can be extremely slow as the draining happens in a workqueue.
2875  */
2876 void drain_all_pages(struct zone *zone)
2877 {
2878         int cpu;
2879
2880         /*
2881          * Allocate in the BSS so we wont require allocation in
2882          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
2883          */
2884         static cpumask_t cpus_with_pcps;
2885
2886         /*
2887          * Make sure nobody triggers this path before mm_percpu_wq is fully
2888          * initialized.
2889          */
2890         if (WARN_ON_ONCE(!mm_percpu_wq))
2891                 return;
2892
2893         /*
2894          * Do not drain if one is already in progress unless it's specific to
2895          * a zone. Such callers are primarily CMA and memory hotplug and need
2896          * the drain to be complete when the call returns.
2897          */
2898         if (unlikely(!mutex_trylock(&pcpu_drain_mutex))) {
2899                 if (!zone)
2900                         return;
2901                 mutex_lock(&pcpu_drain_mutex);
2902         }
2903
2904         /*
2905          * We don't care about racing with CPU hotplug event
2906          * as offline notification will cause the notified
2907          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
2908          * disables preemption as part of its processing
2909          */
2910         for_each_online_cpu(cpu) {
2911                 struct per_cpu_pageset *pcp;
2912                 struct zone *z;
2913                 bool has_pcps = false;
2914
2915                 if (zone) {
2916                         pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2917                         if (pcp->pcp.count)
2918                                 has_pcps = true;
2919                 } else {
2920                         for_each_populated_zone(z) {
2921                                 pcp = per_cpu_ptr(z->pageset, cpu);
2922                                 if (pcp->pcp.count) {
2923                                         has_pcps = true;
2924                                         break;
2925                                 }
2926                         }
2927                 }
2928
2929                 if (has_pcps)
2930                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2931                 else
2932                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2933         }
2934
2935         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps) {
2936                 struct pcpu_drain *drain = per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu);
2937
2938                 drain->zone = zone;
2939                 INIT_WORK(&drain->work, drain_local_pages_wq);
2940                 queue_work_on(cpu, mm_percpu_wq, &drain->work);
2941         }
2942         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps)
2943                 flush_work(&per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu)->work);
2944
2945         mutex_unlock(&pcpu_drain_mutex);
2946 }
2947
2948 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
2949
2950 /*
2951  * Touch the watchdog for every WD_PAGE_COUNT pages.
2952  */
2953 #define WD_PAGE_COUNT   (128*1024)
2954
2955 void mark_free_pages(struct zone *zone)
2956 {
2957         unsigned long pfn, max_zone_pfn, page_count = WD_PAGE_COUNT;
2958         unsigned long flags;
2959         unsigned int order, t;
2960         struct page *page;
2961
2962         if (zone_is_empty(zone))
2963                 return;
2964
2965         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2966
2967         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
2968         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
2969                 if (pfn_valid(pfn)) {
2970                         page = pfn_to_page(pfn);
2971
2972                         if (!--page_count) {
2973                                 touch_nmi_watchdog();
2974                                 page_count = WD_PAGE_COUNT;
2975                         }
2976
2977                         if (page_zone(page) != zone)
2978                                 continue;
2979
2980                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
2981                                 swsusp_unset_page_free(page);
2982                 }
2983
2984         for_each_migratetype_order(order, t) {
2985                 list_for_each_entry(page,
2986                                 &zone->free_area[order].free_list[t], lru) {
2987                         unsigned long i;
2988
2989                         pfn = page_to_pfn(page);
2990                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++) {
2991                                 if (!--page_count) {
2992                                         touch_nmi_watchdog();
2993                                         page_count = WD_PAGE_COUNT;
2994                                 }
2995                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
2996                         }
2997                 }
2998         }
2999         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3000 }
3001 #endif /* CONFIG_PM */
3002
3003 static bool free_unref_page_prepare(struct page *page, unsigned long pfn)
3004 {
3005         int migratetype;
3006
3007         if (!free_pcp_prepare(page))
3008                 return false;
3009
3010         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
3011         set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
3012         return true;
3013 }
3014
3015 static void free_unref_page_commit(struct page *page, unsigned long pfn)
3016 {
3017         struct zone *zone = page_zone(page);
3018         struct per_cpu_pages *pcp;
3019         int migratetype;
3020
3021         migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
3022         __count_vm_event(PGFREE);
3023
3024         /*
3025          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
3026          * Free ISOLATE pages back to the allocator because they are being
3027          * offlined but treat HIGHATOMIC as movable pages so we can get those
3028          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
3029          * excessively into the page allocator
3030          */
3031         if (migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES) {
3032                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
3033                         free_one_page(zone, page, pfn, 0, migratetype);
3034                         return;
3035                 }
3036                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
3037         }
3038
3039         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
3040         list_add(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
3041         pcp->count++;
3042         if (pcp->count >= pcp->high) {
3043                 unsigned long batch = READ_ONCE(pcp->batch);
3044                 free_pcppages_bulk(zone, batch, pcp);
3045         }
3046 }
3047
3048 /*
3049  * Free a 0-order page
3050  */
3051 void free_unref_page(struct page *page)
3052 {
3053         unsigned long flags;
3054         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
3055
3056         if (!free_unref_page_prepare(page, pfn))
3057                 return;
3058
3059         local_irq_save(flags);
3060         free_unref_page_commit(page, pfn);
3061         local_irq_restore(flags);
3062 }
3063
3064 /*
3065  * Free a list of 0-order pages
3066  */
3067 void free_unref_page_list(struct list_head *list)
3068 {
3069         struct page *page, *next;
3070         unsigned long flags, pfn;
3071         int batch_count = 0;
3072
3073         /* Prepare pages for freeing */
3074         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
3075                 pfn = page_to_pfn(page);
3076                 if (!free_unref_page_prepare(page, pfn))
3077                         list_del(&page->lru);
3078                 set_page_private(page, pfn);
3079         }
3080
3081         local_irq_save(flags);
3082         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
3083                 unsigned long pfn = page_private(page);
3084
3085                 set_page_private(page, 0);
3086                 trace_mm_page_free_batched(page);
3087                 free_unref_page_commit(page, pfn);
3088
3089                 /*
3090                  * Guard against excessive IRQ disabled times when we get
3091                  * a large list of pages to free.
3092                  */
3093                 if (++batch_count == SWAP_CLUSTER_MAX) {
3094                         local_irq_restore(flags);
3095                         batch_count = 0;
3096                         local_irq_save(flags);
3097                 }
3098         }
3099         local_irq_restore(flags);
3100 }
3101
3102 /*
3103  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
3104  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
3105  * Each sub-page must be freed individually.
3106  *
3107  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
3108  * Please consult with lkml before using this in your driver.
3109  */
3110 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
3111 {
3112         int i;
3113
3114         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
3115         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
3116
3117         for (i = 1; i < (1 << order); i++)
3118                 set_page_refcounted(page + i);
3119         split_page_owner(page, order);
3120 }
3121 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
3122
3123 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
3124 {
3125         struct free_area *area = &page_zone(page)->free_area[order];
3126         unsigned long watermark;
3127         struct zone *zone;
3128         int mt;
3129
3130         BUG_ON(!PageBuddy(page));
3131
3132         zone = page_zone(page);
3133         mt = get_pageblock_migratetype(page);
3134
3135         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
3136                 /*
3137                  * Obey watermarks as if the page was being allocated. We can
3138                  * emulate a high-order watermark check with a raised order-0
3139                  * watermark, because we already know our high-order page
3140                  * exists.
3141                  */
3142                 watermark = zone->_watermark[WMARK_MIN] + (1UL << order);
3143                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, ALLOC_CMA))
3144                         return 0;
3145
3146                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
3147         }
3148
3149         /* Remove page from free list */
3150
3151         del_page_from_free_area(page, area);
3152
3153         /*
3154          * Set the pageblock if the isolated page is at least half of a
3155          * pageblock
3156          */
3157         if (order >= pageblock_order - 1) {
3158                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
3159                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
3160                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
3161                         if (!is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt)
3162                             && !is_migrate_highatomic(mt))
3163                                 set_pageblock_migratetype(page,
3164                                                           MIGRATE_MOVABLE);
3165                 }
3166         }
3167
3168
3169         return 1UL << order;
3170 }
3171
3172 /*
3173  * Update NUMA hit/miss statistics
3174  *
3175  * Must be called with interrupts disabled.
3176  */
3177 static inline void zone_statistics(struct zone *preferred_zone, struct zone *z)
3178 {
3179 #ifdef CONFIG_NUMA
3180         enum numa_stat_item local_stat = NUMA_LOCAL;
3181
3182         /* skip numa counters update if numa stats is disabled */
3183         if (!static_branch_likely(&vm_numa_stat_key))
3184                 return;
3185
3186         if (zone_to_nid(z) != numa_node_id())
3187                 local_stat = NUMA_OTHER;
3188
3189         if (zone_to_nid(z) == zone_to_nid(preferred_zone))
3190                 __inc_numa_state(z, NUMA_HIT);
3191         else {
3192                 __inc_numa_state(z, NUMA_MISS);
3193                 __inc_numa_state(preferred_zone, NUMA_FOREIGN);
3194         }
3195         __inc_numa_state(z, local_stat);
3196 #endif
3197 }
3198
3199 /* Remove page from the per-cpu list, caller must protect the list */
3200 static struct page *__rmqueue_pcplist(struct zone *zone, int migratetype,
3201                         unsigned int alloc_flags,
3202                         struct per_cpu_pages *pcp,
3203                         struct list_head *list)
3204 {
3205         struct page *page;
3206
3207         do {
3208                 if (list_empty(list)) {
3209                         pcp->count += rmqueue_bulk(zone, 0,
3210                                         pcp->batch, list,
3211                                         migratetype, alloc_flags);
3212                         if (unlikely(list_empty(list)))
3213                                 return NULL;
3214                 }
3215
3216                 page = list_first_entry(list, struct page, lru);
3217                 list_del(&page->lru);
3218                 pcp->count--;
3219         } while (check_new_pcp(page));
3220
3221         return page;
3222 }
3223
3224 /* Lock and remove page from the per-cpu list */
3225 static struct page *rmqueue_pcplist(struct zone *preferred_zone,
3226                         struct zone *zone, gfp_t gfp_flags,
3227                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
3228 {
3229         struct per_cpu_pages *pcp;
3230         struct list_head *list;
3231         struct page *page;
3232         unsigned long flags;
3233
3234         local_irq_save(flags);
3235         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
3236         list = &pcp->lists[migratetype];
3237         page = __rmqueue_pcplist(zone,  migratetype, alloc_flags, pcp, list);
3238         if (page) {
3239                 __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1);
3240                 zone_statistics(preferred_zone, zone);
3241         }
3242         local_irq_restore(flags);
3243         return page;
3244 }
3245
3246 /*
3247  * Allocate a page from the given zone. Use pcplists for order-0 allocations.
3248  */
3249 static inline
3250 struct page *rmqueue(struct zone *preferred_zone,
3251                         struct zone *zone, unsigned int order,
3252                         gfp_t gfp_flags, unsigned int alloc_flags,
3253                         int migratetype)
3254 {
3255         unsigned long flags;
3256         struct page *page;
3257
3258         if (likely(order == 0)) {
3259                 page = rmqueue_pcplist(preferred_zone, zone, gfp_flags,
3260                                         migratetype, alloc_flags);
3261                 goto out;
3262         }
3263
3264         /*
3265          * We most definitely don't want callers attempting to
3266          * allocate greater than order-1 page units with __GFP_NOFAIL.
3267          */
3268         WARN_ON_ONCE((gfp_flags & __GFP_NOFAIL) && (order > 1));
3269         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3270
3271         do {
3272                 page = NULL;
3273                 if (alloc_flags & ALLOC_HARDER) {
3274                         page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
3275                         if (page)
3276                                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
3277                 }
3278                 if (!page)
3279                         page = __rmqueue(zone, order, migratetype, alloc_flags);
3280         } while (page && check_new_pages(page, order));
3281         spin_unlock(&zone->lock);
3282         if (!page)
3283                 goto failed;
3284         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
3285                                   get_pcppage_migratetype(page));
3286
3287         __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
3288         zone_statistics(preferred_zone, zone);
3289         local_irq_restore(flags);
3290
3291 out:
3292         /* Separate test+clear to avoid unnecessary atomics */
3293         if (test_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags)) {
3294                 clear_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
3295                 wakeup_kswapd(zone, 0, 0, zone_idx(zone));
3296         }
3297
3298         VM_BUG_ON_PAGE(page && bad_range(zone, page), page);
3299         return page;
3300
3301 failed:
3302         local_irq_restore(flags);
3303         return NULL;
3304 }
3305
3306 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
3307
3308 static struct {
3309         struct fault_attr attr;
3310
3311         bool ignore_gfp_highmem;
3312         bool ignore_gfp_reclaim;
3313         u32 min_order;
3314 } fail_page_alloc = {
3315         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
3316         .ignore_gfp_reclaim = true,
3317         .ignore_gfp_highmem = true,
3318         .min_order = 1,
3319 };
3320
3321 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
3322 {
3323         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
3324 }
3325 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
3326
3327 static bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3328 {
3329         if (order < fail_page_alloc.min_order)
3330                 return false;
3331         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3332                 return false;
3333         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
3334                 return false;
3335         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim &&
3336                         (gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3337                 return false;
3338
3339         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
3340 }
3341
3342 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
3343
3344 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
3345 {
3346         umode_t mode = S_IFREG | 0600;
3347         struct dentry *dir;
3348
3349         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
3350                                         &fail_page_alloc.attr);
3351
3352         debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
3353                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim);
3354         debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
3355                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem);
3356         debugfs_create_u32("min-order", mode, dir, &fail_page_alloc.min_order);
3357
3358         return 0;
3359 }
3360
3361 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
3362
3363 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
3364
3365 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3366
3367 static inline bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3368 {
3369         return false;
3370 }
3371
3372 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3373
3374 static noinline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3375 {
3376         return __should_fail_alloc_page(gfp_mask, order);
3377 }
3378 ALLOW_ERROR_INJECTION(should_fail_alloc_page, TRUE);
3379
3380 /*
3381  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
3382  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
3383  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
3384  * to check in the allocation paths if no pages are free.
3385  */
3386 bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3387                          int classzone_idx, unsigned int alloc_flags,
3388                          long free_pages)
3389 {
3390         long min = mark;
3391         int o;
3392         const bool alloc_harder = (alloc_flags & (ALLOC_HARDER|ALLOC_OOM));
3393
3394         /* free_pages may go negative - that's OK */
3395         free_pages -= (1 << order) - 1;
3396
3397         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
3398                 min -= min / 2;
3399
3400         /*
3401          * If the caller does not have rights to ALLOC_HARDER then subtract
3402          * the high-atomic reserves. This will over-estimate the size of the
3403          * atomic reserve but it avoids a search.
3404          */
3405         if (likely(!alloc_harder)) {
3406                 free_pages -= z->nr_reserved_highatomic;
3407         } else {
3408                 /*
3409                  * OOM victims can try even harder than normal ALLOC_HARDER
3410                  * users on the grounds that it's definitely going to be in
3411                  * the exit path shortly and free memory. Any allocation it
3412                  * makes during the free path will be small and short-lived.
3413                  */
3414                 if (alloc_flags & ALLOC_OOM)
3415                         min -= min / 2;
3416                 else
3417                         min -= min / 4;
3418         }
3419
3420
3421 #ifdef CONFIG_CMA
3422         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
3423         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
3424                 free_pages -= zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
3425 #endif
3426
3427         /*
3428          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
3429          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
3430          * even if a suitable page happened to be free.
3431          */
3432         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
3433                 return false;
3434
3435         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
3436         if (!order)
3437                 return true;
3438
3439         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
3440         for (o = order; o < MAX_ORDER; o++) {
3441                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
3442                 int mt;
3443
3444                 if (!area->nr_free)
3445                         continue;
3446
3447                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
3448                         if (!free_area_empty(area, mt))
3449                                 return true;
3450                 }
3451
3452 #ifdef CONFIG_CMA
3453                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
3454                     !free_area_empty(area, MIGRATE_CMA)) {
3455                         return true;
3456                 }
3457 #endif
3458                 if (alloc_harder &&
3459                         !list_empty(&area->free_list[MIGRATE_HIGHATOMIC]))
3460                         return true;
3461         }
3462         return false;
3463 }
3464
3465 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3466                       int classzone_idx, unsigned int alloc_flags)
3467 {
3468         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
3469                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
3470 }
3471
3472 static inline bool zone_watermark_fast(struct zone *z, unsigned int order,
3473                 unsigned long mark, int classzone_idx, unsigned int alloc_flags)
3474 {
3475         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3476         long cma_pages = 0;
3477
3478 #ifdef CONFIG_CMA
3479         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
3480         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
3481                 cma_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
3482 #endif
3483
3484         /*
3485          * Fast check for order-0 only. If this fails then the reserves
3486          * need to be calculated. There is a corner case where the check
3487          * passes but only the high-order atomic reserve are free. If
3488          * the caller is !atomic then it'll uselessly search the free
3489          * list. That corner case is then slower but it is harmless.
3490          */
3491         if (!order && (free_pages - cma_pages) > mark + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
3492                 return true;
3493
3494         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
3495                                         free_pages);
3496 }
3497
3498 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
3499                         unsigned long mark, int classzone_idx)
3500 {
3501         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3502
3503         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
3504                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
3505
3506         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, 0,
3507                                                                 free_pages);
3508 }
3509
3510 #ifdef CONFIG_NUMA
3511 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3512 {
3513         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <=
3514                                 node_reclaim_distance;
3515 }
3516 #else   /* CONFIG_NUMA */
3517 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3518 {
3519         return true;
3520 }
3521 #endif  /* CONFIG_NUMA */
3522
3523 /*
3524  * The restriction on ZONE_DMA32 as being a suitable zone to use to avoid
3525  * fragmentation is subtle. If the preferred zone was HIGHMEM then
3526  * premature use of a lower zone may cause lowmem pressure problems that
3527  * are worse than fragmentation. If the next zone is ZONE_DMA then it is
3528  * probably too small. It only makes sense to spread allocations to avoid
3529  * fragmentation between the Normal and DMA32 zones.
3530  */
3531 static inline unsigned int
3532 alloc_flags_nofragment(struct zone *zone, gfp_t gfp_mask)
3533 {
3534         unsigned int alloc_flags = 0;
3535
3536         if (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM)
3537                 alloc_flags |= ALLOC_KSWAPD;
3538
3539 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
3540         if (!zone)
3541                 return alloc_flags;
3542
3543         if (zone_idx(zone) != ZONE_NORMAL)
3544                 return alloc_flags;
3545
3546         /*
3547          * If ZONE_DMA32 exists, assume it is the one after ZONE_NORMAL and
3548          * the pointer is within zone->zone_pgdat->node_zones[]. Also assume
3549          * on UMA that if Normal is populated then so is DMA32.
3550          */
3551         BUILD_BUG_ON(ZONE_NORMAL - ZONE_DMA32 != 1);
3552         if (nr_online_nodes > 1 && !populated_zone(--zone))
3553                 return alloc_flags;
3554
3555         alloc_flags |= ALLOC_NOFRAGMENT;
3556 #endif /* CONFIG_ZONE_DMA32 */
3557         return alloc_flags;
3558 }
3559
3560 /*
3561  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
3562  * a page.
3563  */
3564 static struct page *
3565 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
3566                                                 const struct alloc_context *ac)
3567 {
3568         struct zoneref *z;
3569         struct zone *zone;
3570         struct pglist_data *last_pgdat_dirty_limit = NULL;
3571         bool no_fallback;
3572
3573 retry:
3574         /*
3575          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
3576          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
3577          */
3578         no_fallback = alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT;
3579         z = ac->preferred_zoneref;
3580         for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
3581                                                                 ac->nodemask) {
3582                 struct page *page;
3583                 unsigned long mark;
3584
3585                 if (cpusets_enabled() &&
3586                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
3587                         !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
3588                                 continue;
3589                 /*
3590                  * When allocating a page cache page for writing, we
3591                  * want to get it from a node that is within its dirty
3592                  * limit, such that no single node holds more than its
3593                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
3594                  * The dirty limits take into account the node's
3595                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
3596                  * should be able to balance it without having to
3597                  * write pages from its LRU list.
3598                  *
3599                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
3600                  * exceed the per-node dirty limit in the slowpath
3601                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
3602                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
3603                  * nodes are together not big enough to reach the
3604                  * global limit.  The proper fix for these situations
3605                  * will require awareness of nodes in the
3606                  * dirty-throttling and the flusher threads.
3607                  */
3608                 if (ac->spread_dirty_pages) {
3609                         if (last_pgdat_dirty_limit == zone->zone_pgdat)
3610                                 continue;
3611
3612                         if (!node_dirty_ok(zone->zone_pgdat)) {
3613                                 last_pgdat_dirty_limit = zone->zone_pgdat;
3614                                 continue;
3615                         }
3616                 }
3617
3618                 if (no_fallback && nr_online_nodes > 1 &&
3619                     zone != ac->preferred_zoneref->zone) {
3620                         int local_nid;
3621
3622                         /*
3623                          * If moving to a remote node, retry but allow
3624                          * fragmenting fallbacks. Locality is more important
3625                          * than fragmentation avoidance.
3626                          */
3627                         local_nid = zone_to_nid(ac->preferred_zoneref->zone);
3628                         if (zone_to_nid(zone) != local_nid) {
3629                                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
3630                                 goto retry;
3631                         }
3632                 }
3633
3634                 mark = wmark_pages(zone, alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK);
3635                 if (!zone_watermark_fast(zone, order, mark,
3636                                        ac_classzone_idx(ac), alloc_flags)) {
3637                         int ret;
3638
3639 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
3640                         /*
3641                          * Watermark failed for this zone, but see if we can
3642                          * grow this zone if it contains deferred pages.
3643                          */
3644                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
3645                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
3646                                         goto try_this_zone;
3647                         }
3648 #endif
3649                         /* Checked here to keep the fast path fast */
3650                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
3651                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
3652                                 goto try_this_zone;
3653
3654                         if (node_reclaim_mode == 0 ||
3655                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zoneref->zone, zone))
3656                                 continue;
3657
3658                         ret = node_reclaim(zone->zone_pgdat, gfp_mask, order);
3659                         switch (ret) {
3660                         case NODE_RECLAIM_NOSCAN:
3661                                 /* did not scan */
3662                                 continue;
3663                         case NODE_RECLAIM_FULL:
3664                                 /* scanned but unreclaimable */
3665                                 continue;
3666                         default:
3667                                 /* did we reclaim enough */
3668                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
3669                                                 ac_classzone_idx(ac), alloc_flags))
3670                                         goto try_this_zone;
3671
3672                                 continue;
3673                         }
3674                 }
3675
3676 try_this_zone:
3677                 page = rmqueue(ac->preferred_zoneref->zone, zone, order,
3678                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
3679                 if (page) {
3680                         prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
3681
3682                         /*
3683                          * If this is a high-order atomic allocation then check
3684                          * if the pageblock should be reserved for the future
3685                          */
3686                         if (unlikely(order && (alloc_flags & ALLOC_HARDER)))
3687                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone, order);
3688
3689                         return page;
3690                 } else {
3691 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
3692                         /* Try again if zone has deferred pages */
3693                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
3694                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
3695                                         goto try_this_zone;
3696                         }
3697 #endif
3698                 }
3699         }
3700
3701         /*
3702          * It's possible on a UMA machine to get through all zones that are
3703          * fragmented. If avoiding fragmentation, reset and try again.
3704          */
3705         if (no_fallback) {
3706                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
3707                 goto retry;
3708         }
3709
3710         return NULL;
3711 }
3712
3713 static void warn_alloc_show_mem(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
3714 {
3715         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3716         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(show_mem_rs, HZ, 1);
3717
3718         if (!__ratelimit(&show_mem_rs))
3719                 return;
3720
3721         /*
3722          * This documents exceptions given to allocations in certain
3723          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
3724          * of allowed nodes.
3725          */
3726         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3727                 if (tsk_is_oom_victim(current) ||
3728                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
3729                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3730         if (in_interrupt() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3731                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3732
3733         show_mem(filter, nodemask);
3734 }
3735
3736 void warn_alloc(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask, const char *fmt, ...)
3737 {
3738         struct va_format vaf;
3739         va_list args;
3740         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs, DEFAULT_RATELIMIT_INTERVAL,
3741                                       DEFAULT_RATELIMIT_BURST);
3742
3743         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) || !__ratelimit(&nopage_rs))
3744                 return;
3745
3746         va_start(args, fmt);
3747         vaf.fmt = fmt;
3748         vaf.va = &args;
3749         pr_warn("%s: %pV, mode:%#x(%pGg), nodemask=%*pbl",
3750                         current->comm, &vaf, gfp_mask, &gfp_mask,
3751                         nodemask_pr_args(nodemask));
3752         va_end(args);
3753
3754         cpuset_print_current_mems_allowed();
3755         pr_cont("\n");
3756         dump_stack();
3757         warn_alloc_show_mem(gfp_mask, nodemask);
3758 }
3759
3760 static inline struct page *
3761 __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3762                               unsigned int alloc_flags,
3763                               const struct alloc_context *ac)
3764 {
3765         struct page *page;
3766
3767         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3768                         alloc_flags|ALLOC_CPUSET, ac);
3769         /*
3770          * fallback to ignore cpuset restriction if our nodes
3771          * are depleted
3772          */
3773         if (!page)
3774                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3775                                 alloc_flags, ac);
3776
3777         return page;
3778 }
3779
3780 static inline struct page *
3781 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3782         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
3783 {
3784         struct oom_control oc = {
3785                 .zonelist = ac->zonelist,
3786                 .nodemask = ac->nodemask,
3787                 .memcg = NULL,
3788                 .gfp_mask = gfp_mask,
3789                 .order = order,
3790         };
3791         struct page *page;
3792
3793         *did_some_progress = 0;
3794
3795         /*
3796          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
3797          * making progress for us.
3798          */
3799         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
3800                 *did_some_progress = 1;
3801                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
3802                 return NULL;
3803         }
3804
3805         /*
3806          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
3807          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
3808          * we're still under heavy pressure. But make sure that this reclaim
3809          * attempt shall not depend on __GFP_DIRECT_RECLAIM && !__GFP_NORETRY
3810          * allocation which will never fail due to oom_lock already held.
3811          */
3812         page = get_page_from_freelist((gfp_mask | __GFP_HARDWALL) &
3813                                       ~__GFP_DIRECT_RECLAIM, order,
3814                                       ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
3815         if (page)
3816                 goto out;
3817
3818         /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
3819         if (current->flags & PF_DUMPCORE)
3820                 goto out;
3821         /* The OOM killer will not help higher order allocs */
3822         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3823                 goto out;
3824         /*
3825          * We have already exhausted all our reclaim opportunities without any
3826          * success so it is time to admit defeat. We will skip the OOM killer
3827          * because it is very likely that the caller has a more reasonable
3828          * fallback than shooting a random task.
3829          */
3830         if (gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL)
3831                 goto out;
3832         /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
3833         if (ac->high_zoneidx < ZONE_NORMAL)
3834                 goto out;
3835         if (pm_suspended_storage())
3836                 goto out;
3837         /*
3838          * XXX: GFP_NOFS allocations should rather fail than rely on
3839          * other request to make a forward progress.
3840          * We are in an unfortunate situation where out_of_memory cannot
3841          * do much for this context but let's try it to at least get
3842          * access to memory reserved if the current task is killed (see
3843          * out_of_memory). Once filesystems are ready to handle allocation
3844          * failures more gracefully we should just bail out here.
3845          */
3846
3847         /* The OOM killer may not free memory on a specific node */
3848         if (gfp_mask & __GFP_THISNODE)
3849                 goto out;
3850
3851         /* Exhausted what can be done so it's blame time */
3852         if (out_of_memory(&oc) || WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
3853                 *did_some_progress = 1;
3854
3855                 /*
3856                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
3857                  * reserves
3858                  */
3859                 if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3860                         page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order,
3861                                         ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3862         }
3863 out:
3864         mutex_unlock(&oom_lock);
3865         return page;
3866 }
3867
3868 /*
3869  * Maximum number of compaction retries wit a progress before OOM
3870  * killer is consider as the only way to move forward.
3871  */
3872 #define MAX_COMPACT_RETRIES 16
3873
3874 #ifdef CONFIG_COMPACTION
3875 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
3876 static struct page *
3877 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3878                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3879                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
3880 {
3881         struct page *page = NULL;
3882         unsigned long pflags;
3883         unsigned int noreclaim_flag;
3884
3885         if (!order)
3886                 return NULL;
3887
3888         psi_memstall_enter(&pflags);
3889         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
3890
3891         *compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3892                                                                 prio, &page);
3893
3894         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
3895         psi_memstall_leave(&pflags);
3896
3897         /*
3898          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
3899          * count a compaction stall
3900          */
3901         count_vm_event(COMPACTSTALL);
3902
3903         /* Prep a captured page if available */
3904         if (page)
3905                 prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
3906
3907         /* Try get a page from the freelist if available */
3908         if (!page)
3909                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3910
3911         if (page) {
3912                 struct zone *zone = page_zone(page);
3913
3914                 zone->compact_blockskip_flush = false;
3915                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
3916                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
3917                 return page;
3918         }
3919
3920         /*
3921          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
3922          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
3923          */
3924         count_vm_event(COMPACTFAIL);
3925
3926         cond_resched();
3927
3928         return NULL;
3929 }
3930
3931 static inline bool
3932 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, int order, int alloc_flags,
3933                      enum compact_result compact_result,
3934                      enum compact_priority *compact_priority,
3935                      int *compaction_retries)
3936 {
3937         int max_retries = MAX_COMPACT_RETRIES;
3938         int min_priority;
3939         bool ret = false;
3940         int retries = *compaction_retries;
3941         enum compact_priority priority = *compact_priority;
3942
3943         if (!order)
3944                 return false;
3945
3946         if (compaction_made_progress(compact_result))
3947                 (*compaction_retries)++;
3948
3949         /*
3950          * compaction considers all the zone as desperately out of memory
3951          * so it doesn't really make much sense to retry except when the
3952          * failure could be caused by insufficient priority
3953          */
3954         if (compaction_failed(compact_result))
3955                 goto check_priority;
3956
3957         /*
3958          * make sure the compaction wasn't deferred or didn't bail out early
3959          * due to locks contention before we declare that we should give up.
3960          * But do not retry if the given zonelist is not suitable for
3961          * compaction.
3962          */
3963         if (compaction_withdrawn(compact_result)) {
3964                 ret = compaction_zonelist_suitable(ac, order, alloc_flags);
3965                 goto out;
3966         }
3967
3968         /*
3969          * !costly requests are much more important than __GFP_RETRY_MAYFAIL
3970          * costly ones because they are de facto nofail and invoke OOM
3971          * killer to move on while costly can fail and users are ready
3972          * to cope with that. 1/4 retries is rather arbitrary but we
3973          * would need much more detailed feedback from compaction to
3974          * make a better decision.
3975          */
3976         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3977                 max_retries /= 4;
3978         if (*compaction_retries <= max_retries) {
3979                 ret = true;
3980                 goto out;
3981         }
3982
3983         /*
3984          * Make sure there are attempts at the highest priority if we exhausted
3985          * all retries or failed at the lower priorities.
3986          */
3987 check_priority:
3988         min_priority = (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) ?
3989                         MIN_COMPACT_COSTLY_PRIORITY : MIN_COMPACT_PRIORITY;
3990
3991         if (*compact_priority > min_priority) {
3992                 (*compact_priority)--;
3993                 *compaction_retries = 0;
3994                 ret = true;
3995         }
3996 out:
3997         trace_compact_retry(order, priority, compact_result, retries, max_retries, ret);
3998         return ret;
3999 }
4000 #else
4001 static inline struct page *
4002 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4003                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4004                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
4005 {
4006         *compact_result = COMPACT_SKIPPED;
4007         return NULL;
4008 }
4009
4010 static inline bool
4011 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, unsigned int order, int alloc_flags,
4012                      enum compact_result compact_result,
4013                      enum compact_priority *compact_priority,
4014                      int *compaction_retries)
4015 {
4016         struct zone *zone;
4017         struct zoneref *z;
4018
4019         if (!order || order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4020                 return false;
4021
4022         /*
4023          * There are setups with compaction disabled which would prefer to loop
4024          * inside the allocator rather than hit the oom killer prematurely.
4025          * Let's give them a good hope and keep retrying while the order-0
4026          * watermarks are OK.
4027          */
4028         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
4029                                         ac->nodemask) {
4030                 if (zone_watermark_ok(zone, 0, min_wmark_pages(zone),
4031                                         ac_classzone_idx(ac), alloc_flags))
4032                         return true;
4033         }
4034         return false;
4035 }
4036 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
4037
4038 #ifdef CONFIG_LOCKDEP
4039 static struct lockdep_map __fs_reclaim_map =
4040         STATIC_LOCKDEP_MAP_INIT("fs_reclaim", &__fs_reclaim_map);
4041
4042 static bool __need_fs_reclaim(gfp_t gfp_mask)
4043 {
4044         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4045
4046         /* no reclaim without waiting on it */
4047         if (!(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
4048                 return false;
4049
4050         /* this guy won't enter reclaim */
4051         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4052                 return false;
4053
4054         /* We're only interested __GFP_FS allocations for now */
4055         if (!(gfp_mask & __GFP_FS))
4056                 return false;
4057
4058         if (gfp_mask & __GFP_NOLOCKDEP)
4059                 return false;
4060
4061         return true;
4062 }
4063
4064 void __fs_reclaim_acquire(void)
4065 {
4066         lock_map_acquire(&__fs_reclaim_map);
4067 }
4068
4069 void __fs_reclaim_release(void)
4070 {
4071         lock_map_release(&__fs_reclaim_map);
4072 }
4073
4074 void fs_reclaim_acquire(gfp_t gfp_mask)
4075 {
4076         if (__need_fs_reclaim(gfp_mask))
4077                 __fs_reclaim_acquire();
4078 }
4079 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_acquire);
4080
4081 void fs_reclaim_release(gfp_t gfp_mask)
4082 {
4083         if (__need_fs_reclaim(gfp_mask))
4084                 __fs_reclaim_release();
4085 }
4086 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_release);
4087 #endif
4088
4089 /* Perform direct synchronous page reclaim */
4090 static int
4091 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4092                                         const struct alloc_context *ac)
4093 {
4094         int progress;
4095         unsigned int noreclaim_flag;
4096         unsigned long pflags;
4097
4098         cond_resched();
4099
4100         /* We now go into synchronous reclaim */
4101         cpuset_memory_pressure_bump();
4102         psi_memstall_enter(&pflags);
4103         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
4104         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4105
4106         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
4107                                                                 ac->nodemask);
4108
4109         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4110         fs_reclaim_release(gfp_mask);
4111         psi_memstall_leave(&pflags);
4112
4113         cond_resched();
4114
4115         return progress;
4116 }
4117
4118 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
4119 static inline struct page *
4120 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4121                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4122                 unsigned long *did_some_progress)
4123 {
4124         struct page *page = NULL;
4125         bool drained = false;
4126
4127         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
4128         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
4129                 return NULL;
4130
4131 retry:
4132         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4133
4134         /*
4135          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
4136          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
4137          * Shrink them them and try again
4138          */
4139         if (!page && !drained) {
4140                 unreserve_highatomic_pageblock(ac, false);
4141                 drain_all_pages(NULL);
4142                 drained = true;
4143                 goto retry;
4144         }
4145
4146         return page;
4147 }
4148
4149 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, gfp_t gfp_mask,
4150                              const struct alloc_context *ac)
4151 {
4152         struct zoneref *z;
4153         struct zone *zone;
4154         pg_data_t *last_pgdat = NULL;
4155         enum zone_type high_zoneidx = ac->high_zoneidx;
4156
4157         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, high_zoneidx,
4158                                         ac->nodemask) {
4159                 if (last_pgdat != zone->zone_pgdat)
4160                         wakeup_kswapd(zone, gfp_mask, order, high_zoneidx);
4161                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
4162         }
4163 }
4164
4165 static inline unsigned int
4166 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4167 {
4168         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
4169
4170         /* __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH to save a branch. */
4171         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
4172
4173         /*
4174          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
4175          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
4176          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
4177          * set both ALLOC_HARDER (__GFP_ATOMIC) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
4178          */
4179         alloc_flags |= (__force int) (gfp_mask & __GFP_HIGH);
4180
4181         if (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) {
4182                 /*
4183                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
4184                  * if it can't schedule.
4185                  */
4186                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4187                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
4188                 /*
4189                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
4190                  * comment for __cpuset_node_allowed().
4191                  */
4192                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
4193         } else if (unlikely(rt_task(current)) && !in_interrupt())
4194                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
4195
4196         if (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM)
4197                 alloc_flags |= ALLOC_KSWAPD;
4198
4199 #ifdef CONFIG_CMA
4200         if (gfpflags_to_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
4201                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
4202 #endif
4203         return alloc_flags;
4204 }
4205
4206 static bool oom_reserves_allowed(struct task_struct *tsk)
4207 {
4208         if (!tsk_is_oom_victim(tsk))
4209                 return false;
4210
4211         /*
4212          * !MMU doesn't have oom reaper so give access to memory reserves
4213          * only to the thread with TIF_MEMDIE set
4214          */
4215         if (!IS_ENABLED(CONFIG_MMU) && !test_thread_flag(TIF_MEMDIE))
4216                 return false;
4217
4218         return true;
4219 }
4220
4221 /*
4222  * Distinguish requests which really need access to full memory
4223  * reserves from oom victims which can live with a portion of it
4224  */
4225 static inline int __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4226 {
4227         if (unlikely(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4228                 return 0;
4229         if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
4230                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4231         if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
4232                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4233         if (!in_interrupt()) {
4234                 if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4235                         return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4236                 else if (oom_reserves_allowed(current))
4237                         return ALLOC_OOM;
4238         }
4239
4240         return 0;
4241 }
4242
4243 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
4244 {
4245         return !!__gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4246 }
4247
4248 /*
4249  * Checks whether it makes sense to retry the reclaim to make a forward progress
4250  * for the given allocation request.
4251  *
4252  * We give up when we either have tried MAX_RECLAIM_RETRIES in a row
4253  * without success, or when we couldn't even meet the watermark if we
4254  * reclaimed all remaining pages on the LRU lists.
4255  *
4256  * Returns true if a retry is viable or false to enter the oom path.
4257  */
4258 static inline bool
4259 should_reclaim_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned order,
4260                      struct alloc_context *ac, int alloc_flags,
4261                      bool did_some_progress, int *no_progress_loops)
4262 {
4263         struct zone *zone;
4264         struct zoneref *z;
4265         bool ret = false;
4266
4267         /*
4268          * Costly allocations might have made a progress but this doesn't mean
4269          * their order will become available due to high fragmentation so
4270          * always increment the no progress counter for them
4271          */
4272         if (did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4273                 *no_progress_loops = 0;
4274         else
4275                 (*no_progress_loops)++;
4276
4277         /*
4278          * Make sure we converge to OOM if we cannot make any progress
4279          * several times in the row.
4280          */
4281         if (*no_progress_loops > MAX_RECLAIM_RETRIES) {
4282                 /* Before OOM, exhaust highatomic_reserve */
4283                 return unreserve_highatomic_pageblock(ac, true);
4284         }
4285
4286         /*
4287          * Keep reclaiming pages while there is a chance this will lead
4288          * somewhere.  If none of the target zones can satisfy our allocation
4289          * request even if all reclaimable pages are considered then we are
4290          * screwed and have to go OOM.
4291          */
4292         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
4293                                         ac->nodemask) {
4294                 unsigned long available;
4295                 unsigned long reclaimable;
4296                 unsigned long min_wmark = min_wmark_pages(zone);
4297                 bool wmark;
4298
4299                 available = reclaimable = zone_reclaimable_pages(zone);
4300                 available += zone_page_state_snapshot(zone, NR_FREE_PAGES);
4301
4302                 /*
4303                  * Would the allocation succeed if we reclaimed all
4304                  * reclaimable pages?
4305                  */
4306                 wmark = __zone_watermark_ok(zone, order, min_wmark,
4307                                 ac_classzone_idx(ac), alloc_flags, available);
4308                 trace_reclaim_retry_zone(z, order, reclaimable,
4309                                 available, min_wmark, *no_progress_loops, wmark);
4310                 if (wmark) {
4311                         /*
4312                          * If we didn't make any progress and have a lot of
4313                          * dirty + writeback pages then we should wait for
4314                          * an IO to complete to slow down the reclaim and
4315                          * prevent from pre mature OOM
4316                          */
4317                         if (!did_some_progress) {
4318                                 unsigned long write_pending;
4319
4320                                 write_pending = zone_page_state_snapshot(zone,
4321                                                         NR_ZONE_WRITE_PENDING);
4322
4323                                 if (2 * write_pending > reclaimable) {
4324                                         congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
4325                                         return true;
4326                                 }
4327                         }
4328
4329                         ret = true;
4330                         goto out;
4331                 }
4332         }
4333
4334 out:
4335         /*
4336          * Memory allocation/reclaim might be called from a WQ context and the
4337          * current implementation of the WQ concurrency control doesn't
4338          * recognize that a particular WQ is congested if the worker thread is
4339          * looping without ever sleeping. Therefore we have to do a short sleep
4340          * here rather than calling cond_resched().
4341          */
4342         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
4343                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
4344         else
4345                 cond_resched();
4346         return ret;
4347 }
4348
4349 static inline bool
4350 check_retry_cpuset(int cpuset_mems_cookie, struct alloc_context *ac)
4351 {
4352         /*
4353          * It's possible that cpuset's mems_allowed and the nodemask from
4354          * mempolicy don't intersect. This should be normally dealt with by
4355          * policy_nodemask(), but it's possible to race with cpuset update in
4356          * such a way the check therein was true, and then it became false
4357          * before we got our cpuset_mems_cookie here.
4358          * This assumes that for all allocations, ac->nodemask can come only
4359          * from MPOL_BIND mempolicy (whose documented semantics is to be ignored
4360          * when it does not intersect with the cpuset restrictions) or the
4361          * caller can deal with a violated nodemask.
4362          */
4363         if (cpusets_enabled() && ac->nodemask &&
4364                         !cpuset_nodemask_valid_mems_allowed(ac->nodemask)) {
4365                 ac->nodemask = NULL;
4366                 return true;
4367         }
4368
4369         /*
4370          * When updating a task's mems_allowed or mempolicy nodemask, it is
4371          * possible to race with parallel threads in such a way that our
4372          * allocation can fail while the mask is being updated. If we are about
4373          * to fail, check if the cpuset changed during allocation and if so,
4374          * retry.
4375          */
4376         if (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))
4377                 return true;
4378
4379         return false;
4380 }
4381
4382 static inline struct page *
4383 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4384                                                 struct alloc_context *ac)
4385 {
4386         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
4387         const bool costly_order = order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER;
4388         struct page *page = NULL;
4389         unsigned int alloc_flags;
4390         unsigned long did_some_progress;
4391         enum compact_priority compact_priority;
4392         enum compact_result compact_result;
4393         int compaction_retries;
4394         int no_progress_loops;
4395         unsigned int cpuset_mems_cookie;
4396         int reserve_flags;
4397
4398         /*
4399          * We also sanity check to catch abuse of atomic reserves being used by
4400          * callers that are not in atomic context.
4401          */
4402         if (WARN_ON_ONCE((gfp_mask & (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)) ==
4403                                 (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)))
4404                 gfp_mask &= ~__GFP_ATOMIC;
4405
4406 retry_cpuset:
4407         compaction_retries = 0;
4408         no_progress_loops = 0;
4409         compact_priority = DEF_COMPACT_PRIORITY;
4410         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
4411
4412         /*
4413          * The fast path uses conservative alloc_flags to succeed only until
4414          * kswapd needs to be woken up, and to avoid the cost of setting up
4415          * alloc_flags precisely. So we do that now.
4416          */
4417         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
4418
4419         /*
4420          * We need to recalculate the starting point for the zonelist iterator
4421          * because we might have used different nodemask in the fast path, or
4422          * there was a cpuset modification and we are retrying - otherwise we
4423          * could end up iterating over non-eligible zones endlessly.
4424          */
4425         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4426                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
4427         if (!ac->preferred_zoneref->zone)
4428                 goto nopage;
4429
4430         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4431                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4432
4433         /*
4434          * The adjusted alloc_flags might result in immediate success, so try
4435          * that first
4436          */
4437         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4438         if (page)
4439                 goto got_pg;
4440
4441         /*
4442          * For costly allocations, try direct compaction first, as it's likely
4443          * that we have enough base pages and don't need to reclaim. For non-
4444          * movable high-order allocations, do that as well, as compaction will
4445          * try prevent permanent fragmentation by migrating from blocks of the
4446          * same migratetype.
4447          * Don't try this for allocations that are allowed to ignore
4448          * watermarks, as the ALLOC_NO_WATERMARKS attempt didn't yet happen.
4449          */
4450         if (can_direct_reclaim &&
4451                         (costly_order ||
4452                            (order > 0 && ac->migratetype != MIGRATE_MOVABLE))
4453                         && !gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_mask)) {
4454                 page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order,
4455                                                 alloc_flags, ac,
4456                                                 INIT_COMPACT_PRIORITY,
4457                                                 &compact_result);
4458                 if (page)
4459                         goto got_pg;
4460
4461                 /*
4462                  * Checks for costly allocations with __GFP_NORETRY, which
4463                  * includes THP page fault allocations
4464                  */
4465                 if (costly_order && (gfp_mask & __GFP_NORETRY)) {
4466                         /*
4467                          * If compaction is deferred for high-order allocations,
4468                          * it is because sync compaction recently failed. If
4469                          * this is the case and the caller requested a THP
4470                          * allocation, we do not want to heavily disrupt the
4471                          * system, so we fail the allocation instead of entering
4472                          * direct reclaim.
4473                          */
4474                         if (compact_result == COMPACT_DEFERRED)
4475                                 goto nopage;
4476
4477                         /*
4478                          * Looks like reclaim/compaction is worth trying, but
4479                          * sync compaction could be very expensive, so keep
4480                          * using async compaction.
4481                          */
4482                         compact_priority = INIT_COMPACT_PRIORITY;
4483                 }
4484         }
4485
4486 retry:
4487         /* Ensure kswapd doesn't accidentally go to sleep as long as we loop */
4488         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4489                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4490
4491         reserve_flags = __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4492         if (reserve_flags)
4493                 alloc_flags = reserve_flags;
4494
4495         /*
4496          * Reset the nodemask and zonelist iterators if memory policies can be
4497          * ignored. These allocations are high priority and system rather than
4498          * user oriented.
4499          */
4500         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) || reserve_flags) {
4501                 ac->nodemask = NULL;
4502                 ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4503                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
4504         }
4505
4506         /* Attempt with potentially adjusted zonelist and alloc_flags */
4507         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4508         if (page)
4509                 goto got_pg;
4510
4511         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
4512         if (!can_direct_reclaim)
4513                 goto nopage;
4514
4515         /* Avoid recursion of direct reclaim */
4516         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4517                 goto nopage;
4518
4519         /* Try direct reclaim and then allocating */
4520         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4521                                                         &did_some_progress);
4522         if (page)
4523                 goto got_pg;
4524
4525         /* Try direct compaction and then allocating */
4526         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4527                                         compact_priority, &compact_result);
4528         if (page)
4529                 goto got_pg;
4530
4531         /* Do not loop if specifically requested */
4532         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
4533                 goto nopage;
4534
4535         /*
4536          * Do not retry costly high order allocations unless they are
4537          * __GFP_RETRY_MAYFAIL
4538          */
4539         if (costly_order && !(gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL))
4540                 goto nopage;
4541
4542         if (should_reclaim_retry(gfp_mask, order, ac, alloc_flags,
4543                                  did_some_progress > 0, &no_progress_loops))
4544                 goto retry;
4545
4546         /*
4547          * It doesn't make any sense to retry for the compaction if the order-0
4548          * reclaim is not able to make any progress because the current
4549          * implementation of the compaction depends on the sufficient amount
4550          * of free memory (see __compaction_suitable)
4551          */
4552         if (did_some_progress > 0 &&
4553                         should_compact_retry(ac, order, alloc_flags,
4554                                 compact_result, &compact_priority,
4555                                 &compaction_retries))
4556                 goto retry;
4557
4558
4559         /* Deal with possible cpuset update races before we start OOM killing */
4560         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
4561                 goto retry_cpuset;
4562
4563         /* Reclaim has failed us, start killing things */
4564         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
4565         if (page)
4566                 goto got_pg;
4567
4568         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
4569         if (tsk_is_oom_victim(current) &&
4570             (alloc_flags == ALLOC_OOM ||
4571              (gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC)))
4572                 goto nopage;
4573
4574         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
4575         if (did_some_progress) {
4576                 no_progress_loops = 0;
4577                 goto retry;
4578         }
4579
4580 nopage:
4581         /* Deal with possible cpuset update races before we fail */
4582         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
4583                 goto retry_cpuset;
4584
4585         /*
4586          * Make sure that __GFP_NOFAIL request doesn't leak out and make sure
4587          * we always retry
4588          */
4589         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL) {
4590                 /*
4591                  * All existing users of the __GFP_NOFAIL are blockable, so warn
4592                  * of any new users that actually require GFP_NOWAIT
4593                  */
4594                 if (WARN_ON_ONCE(!can_direct_reclaim))
4595                         goto fail;
4596
4597                 /*
4598                  * PF_MEMALLOC request from this context is rather bizarre
4599                  * because we cannot reclaim anything and only can loop waiting
4600                  * for somebody to do a work for us
4601                  */
4602                 WARN_ON_ONCE(current->flags & PF_MEMALLOC);
4603
4604                 /*
4605                  * non failing costly orders are a hard requirement which we
4606                  * are not prepared for much so let's warn about these users
4607                  * so that we can identify them and convert them to something
4608                  * else.
4609                  */
4610                 WARN_ON_ONCE(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
4611
4612                 /*
4613                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
4614                  * reserves but do not use ALLOC_NO_WATERMARKS because this
4615                  * could deplete whole memory reserves which would just make
4616                  * the situation worse
4617                  */
4618                 page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order, ALLOC_HARDER, ac);
4619                 if (page)
4620                         goto got_pg;
4621
4622                 cond_resched();
4623                 goto retry;
4624         }
4625 fail:
4626         warn_alloc(gfp_mask, ac->nodemask,
4627                         "page allocation failure: order:%u", order);
4628 got_pg:
4629         return page;
4630 }
4631
4632 static inline bool prepare_alloc_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4633                 int preferred_nid, nodemask_t *nodemask,
4634                 struct alloc_context *ac, gfp_t *alloc_mask,
4635                 unsigned int *alloc_flags)
4636 {
4637         ac->high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
4638         ac->zonelist = node_zonelist(preferred_nid, gfp_mask);
4639         ac->nodemask = nodemask;
4640         ac->migratetype = gfpflags_to_migratetype(gfp_mask);
4641
4642         if (cpusets_enabled()) {
4643                 *alloc_mask |= __GFP_HARDWALL;
4644                 if (!ac->nodemask)
4645                         ac->nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
4646                 else
4647                         *alloc_flags |= ALLOC_CPUSET;
4648         }
4649
4650         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
4651         fs_reclaim_release(gfp_mask);
4652
4653         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM);
4654
4655         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
4656                 return false;
4657
4658         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA) && ac->migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
4659                 *alloc_flags |= ALLOC_CMA;
4660
4661         return true;
4662 }
4663
4664 /* Determine whether to spread dirty pages and what the first usable zone */
4665 static inline void finalise_ac(gfp_t gfp_mask, struct alloc_context *ac)
4666 {
4667         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
4668         ac->spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
4669
4670         /*
4671          * The preferred zone is used for statistics but crucially it is
4672          * also used as the starting point for the zonelist iterator. It
4673          * may get reset for allocations that ignore memory policies.
4674          */
4675         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4676                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
4677 }
4678
4679 /*
4680  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
4681  */
4682 struct page *
4683 __alloc_pages_nodemask(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int preferred_nid,
4684                                                         nodemask_t *nodemask)
4685 {
4686         struct page *page;
4687         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
4688         gfp_t alloc_mask; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
4689         struct alloc_context ac = { };
4690
4691         /*
4692          * There are several places where we assume that the order value is sane
4693          * so bail out early if the request is out of bound.
4694          */
4695         if (unlikely(order >= MAX_ORDER)) {
4696                 WARN_ON_ONCE(!(gfp_mask & __GFP_NOWARN));
4697                 return NULL;
4698         }
4699
4700         gfp_mask &= gfp_allowed_mask;
4701         alloc_mask = gfp_mask;
4702         if (!prepare_alloc_pages(gfp_mask, order, preferred_nid, nodemask, &ac, &alloc_mask, &alloc_flags))
4703                 return NULL;
4704
4705         finalise_ac(gfp_mask, &ac);
4706
4707         /*
4708          * Forbid the first pass from falling back to types that fragment
4709          * memory until all local zones are considered.
4710          */
4711         alloc_flags |= alloc_flags_nofragment(ac.preferred_zoneref->zone, gfp_mask);
4712
4713         /* First allocation attempt */
4714         page = get_page_from_freelist(alloc_mask, order, alloc_flags, &ac);
4715         if (likely(page))
4716                 goto out;
4717
4718         /*
4719          * Apply scoped allocation constraints. This is mainly about GFP_NOFS
4720          * resp. GFP_NOIO which has to be inherited for all allocation requests
4721          * from a particular context which has been marked by
4722          * memalloc_no{fs,io}_{save,restore}.
4723          */
4724         alloc_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4725         ac.spread_dirty_pages = false;
4726
4727         /*
4728          * Restore the original nodemask if it was potentially replaced with
4729          * &cpuset_current_mems_allowed to optimize the fast-path attempt.
4730          */
4731         if (unlikely(ac.nodemask != nodemask))
4732                 ac.nodemask = nodemask;
4733
4734         page = __alloc_pages_slowpath(alloc_mask, order, &ac);
4735
4736 out:
4737         if (memcg_kmem_enabled() && (gfp_mask & __GFP_ACCOUNT) && page &&
4738             unlikely(__memcg_kmem_charge(page, gfp_mask, order) != 0)) {
4739                 __free_pages(page, order);
4740                 page = NULL;
4741         }
4742
4743         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_mask, ac.migratetype);
4744
4745         return page;
4746 }
4747 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages_nodemask);
4748
4749 /*
4750  * Common helper functions. Never use with __GFP_HIGHMEM because the returned
4751  * address cannot represent highmem pages. Use alloc_pages and then kmap if
4752  * you need to access high mem.
4753  */
4754 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
4755 {
4756         struct page *page;
4757
4758         page = alloc_pages(gfp_mask & ~__GFP_HIGHMEM, order);
4759         if (!page)
4760                 return 0;
4761         return (unsigned long) page_address(page);
4762 }
4763 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
4764
4765 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
4766 {
4767         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
4768 }
4769 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
4770
4771 static inline void free_the_page(struct page *page, unsigned int order)
4772 {
4773         if (order == 0)         /* Via pcp? */
4774                 free_unref_page(page);
4775         else
4776                 __free_pages_ok(page, order);
4777 }
4778
4779 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
4780 {
4781         if (put_page_testzero(page))
4782                 free_the_page(page, order);
4783 }
4784 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
4785
4786 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
4787 {
4788         if (addr != 0) {
4789                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
4790                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
4791         }
4792 }
4793
4794 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
4795
4796 /*
4797  * Page Fragment:
4798  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
4799  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
4800  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
4801  *
4802  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
4803  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
4804  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
4805  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
4806  */
4807 static struct page *__page_frag_cache_refill(struct page_frag_cache *nc,
4808                                              gfp_t gfp_mask)
4809 {
4810         struct page *page = NULL;
4811         gfp_t gfp = gfp_mask;
4812
4813 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4814         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
4815                     __GFP_NOMEMALLOC;
4816         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
4817                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
4818         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
4819 #endif
4820         if (unlikely(!page))
4821                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
4822
4823         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
4824
4825         return page;
4826 }
4827
4828 void __page_frag_cache_drain(struct page *page, unsigned int count)
4829 {
4830         VM_BUG_ON_PAGE(page_ref_count(page) == 0, page);
4831
4832         if (page_ref_sub_and_test(page, count))
4833                 free_the_page(page, compound_order(page));
4834 }
4835 EXPORT_SYMBOL(__page_frag_cache_drain);
4836
4837 void *page_frag_alloc(struct page_frag_cache *nc,
4838                       unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask)
4839 {
4840         unsigned int size = PAGE_SIZE;
4841         struct page *page;
4842         int offset;
4843
4844         if (unlikely(!nc->va)) {
4845 refill:
4846                 page = __page_frag_cache_refill(nc, gfp_mask);
4847                 if (!page)
4848                         return NULL;
4849
4850 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4851                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
4852                 size = nc->size;
4853 #endif
4854                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
4855                  * This would break get_page_unless_zero() users.
4856                  */
4857                 page_ref_add(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE);
4858
4859                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
4860                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
4861                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
4862                 nc->offset = size;
4863         }
4864
4865         offset = nc->offset - fragsz;
4866         if (unlikely(offset < 0)) {
4867                 page = virt_to_page(nc->va);
4868
4869                 if (!page_ref_sub_and_test(page, nc->pagecnt_bias))
4870                         goto refill;
4871
4872 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4873                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
4874                 size = nc->size;
4875 #endif
4876                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
4877                 set_page_count(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1);
4878
4879                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
4880                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
4881                 offset = size - fragsz;
4882         }
4883
4884         nc->pagecnt_bias--;
4885         nc->offset = offset;
4886
4887         return nc->va + offset;
4888 }
4889 EXPORT_SYMBOL(page_frag_alloc);
4890
4891 /*
4892  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
4893  */
4894 void page_frag_free(void *addr)
4895 {
4896         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
4897
4898         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
4899                 free_the_page(page, compound_order(page));
4900 }
4901 EXPORT_SYMBOL(page_frag_free);
4902
4903 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
4904                 size_t size)
4905 {
4906         if (addr) {
4907                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
4908                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
4909
4910                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
4911                 while (used < alloc_end) {
4912                         free_page(used);
4913                         used += PAGE_SIZE;
4914                 }
4915         }
4916         return (void *)addr;
4917 }
4918
4919 /**
4920  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
4921  * @size: the number of bytes to allocate
4922  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
4923  *
4924  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
4925  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
4926  * allocate memory in power-of-two pages.
4927  *
4928  * This function is also limited by MAX_ORDER.
4929  *
4930  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
4931  *
4932  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
4933  */
4934 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
4935 {
4936         unsigned int order = get_order(size);
4937         unsigned long addr;
4938
4939         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_COMP))
4940                 gfp_mask &= ~__GFP_COMP;
4941
4942         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
4943         return make_alloc_exact(addr, order, size);
4944 }
4945 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
4946
4947 /**
4948  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
4949  *                         pages on a node.
4950  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
4951  * @size: the number of bytes to allocate
4952  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
4953  *
4954  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
4955  * back.
4956  *
4957  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
4958  */
4959 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
4960 {
4961         unsigned int order = get_order(size);
4962         struct page *p;
4963
4964         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_COMP))
4965                 gfp_mask &= ~__GFP_COMP;
4966
4967         p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
4968         if (!p)
4969                 return NULL;
4970         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
4971 }
4972
4973 /**
4974  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
4975  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
4976  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
4977  *
4978  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
4979  */
4980 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
4981 {
4982         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
4983         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
4984
4985         while (addr < end) {
4986                 free_page(addr);
4987                 addr += PAGE_SIZE;
4988         }
4989 }
4990 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
4991
4992 /**
4993  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
4994  * @offset: The zone index of the highest zone
4995  *
4996  * nr_free_zone_pages() counts the number of pages which are beyond the
4997  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
4998  * zone, the number of pages is calculated as:
4999  *
5000  *     nr_free_zone_pages = managed_pages - high_pages
5001  *
5002  * Return: number of pages beyond high watermark.
5003  */
5004 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
5005 {
5006         struct zoneref *z;
5007         struct zone *zone;
5008
5009         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
5010         unsigned long sum = 0;
5011
5012         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
5013
5014         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
5015                 unsigned long size = zone_managed_pages(zone);
5016                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
5017                 if (size > high)
5018                         sum += size - high;
5019         }
5020
5021         return sum;
5022 }
5023
5024 /**
5025  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
5026  *
5027  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
5028  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
5029  *
5030  * Return: number of pages beyond high watermark within ZONE_DMA and
5031  * ZONE_NORMAL.
5032  */
5033 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
5034 {
5035         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
5036 }
5037 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
5038
5039 /**
5040  * nr_free_pagecache_pages - count number of pages beyond high watermark
5041  *
5042  * nr_free_pagecache_pages() counts the number of pages which are beyond the
5043  * high watermark within all zones.
5044  *
5045  * Return: number of pages beyond high watermark within all zones.
5046  */
5047 unsigned long nr_free_pagecache_pages(void)
5048 {
5049         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
5050 }
5051
5052 static inline void show_node(struct zone *zone)
5053 {
5054         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
5055                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
5056 }
5057
5058 long si_mem_available(void)
5059 {
5060         long available;
5061         unsigned long pagecache;
5062         unsigned long wmark_low = 0;
5063         unsigned long pages[NR_LRU_LISTS];
5064         unsigned long reclaimable;
5065         struct zone *zone;
5066         int lru;
5067
5068         for (lru = LRU_BASE; lru < NR_LRU_LISTS; lru++)
5069                 pages[lru] = global_node_page_state(NR_LRU_BASE + lru);
5070
5071         for_each_zone(zone)
5072                 wmark_low += low_wmark_pages(zone);
5073
5074         /*
5075          * Estimate the amount of memory available for userspace allocations,
5076          * without causing swapping.
5077          */
5078         available = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES) - totalreserve_pages;
5079
5080         /*
5081          * Not all the page cache can be freed, otherwise the system will
5082          * start swapping. Assume at least half of the page cache, or the
5083          * low watermark worth of cache, needs to stay.
5084          */
5085         pagecache = pages[LRU_ACTIVE_FILE] + pages[LRU_INACTIVE_FILE];
5086         pagecache -= min(pagecache / 2, wmark_low);
5087         available += pagecache;
5088
5089         /*
5090          * Part of the reclaimable slab and other kernel memory consists of
5091          * items that are in use, and cannot be freed. Cap this estimate at the
5092          * low watermark.
5093          */
5094         reclaimable = global_node_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE) +
5095                         global_node_page_state(NR_KERNEL_MISC_RECLAIMABLE);
5096         available += reclaimable - min(reclaimable / 2, wmark_low);
5097
5098         if (available < 0)
5099                 available = 0;
5100         return available;
5101 }
5102 EXPORT_SYMBOL_GPL(si_mem_available);
5103
5104 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
5105 {
5106         val->totalram = totalram_pages();
5107         val->sharedram = global_node_page_state(NR_SHMEM);
5108         val->freeram = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES);
5109         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
5110         val->totalhigh = totalhigh_pages();
5111         val->freehigh = nr_free_highpages();
5112         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
5113 }
5114
5115 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
5116
5117 #ifdef CONFIG_NUMA
5118 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
5119 {
5120         int zone_type;          /* needs to be signed */
5121         unsigned long managed_pages = 0;
5122         unsigned long managed_highpages = 0;
5123         unsigned long free_highpages = 0;
5124         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5125
5126         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
5127                 managed_pages += zone_managed_pages(&pgdat->node_zones[zone_type]);
5128         val->totalram = managed_pages;
5129         val->sharedram = node_page_state(pgdat, NR_SHMEM);
5130         val->freeram = sum_zone_node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
5131 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
5132         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++) {
5133                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
5134
5135                 if (is_highmem(zone)) {
5136                         managed_highpages += zone_managed_pages(zone);
5137                         free_highpages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
5138                 }
5139         }
5140         val->totalhigh = managed_highpages;
5141         val->freehigh = free_highpages;
5142 #else
5143         val->totalhigh = managed_highpages;
5144         val->freehigh = free_highpages;
5145 #endif
5146         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
5147 }
5148 #endif
5149
5150 /*
5151  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
5152  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
5153  */
5154 static bool show_mem_node_skip(unsigned int flags, int nid, nodemask_t *nodemask)
5155 {
5156         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
5157                 return false;
5158
5159         /*
5160          * no node mask - aka implicit memory numa policy. Do not bother with
5161          * the synchronization - read_mems_allowed_begin - because we do not
5162          * have to be precise here.
5163          */
5164         if (!nodemask)
5165                 nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
5166
5167         return !node_isset(nid, *nodemask);
5168 }
5169
5170 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
5171
5172 static void show_migration_types(unsigned char type)
5173 {
5174         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
5175                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
5176                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
5177                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
5178                 [MIGRATE_HIGHATOMIC]    = 'H',
5179 #ifdef CONFIG_CMA
5180                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
5181 #endif
5182 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
5183                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
5184 #endif
5185         };
5186         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
5187         char *p = tmp;
5188         int i;
5189
5190         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
5191                 if (type & (1 << i))
5192                         *p++ = types[i];
5193         }
5194
5195         *p = '\0';
5196         printk(KERN_CONT "(%s) ", tmp);
5197 }
5198
5199 /*
5200  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
5201  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
5202  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
5203  *
5204  * Bits in @filter:
5205  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
5206  *   cpuset.
5207  */
5208 void show_free_areas(unsigned int filter, nodemask_t *nodemask)
5209 {
5210         unsigned long free_pcp = 0;
5211         int cpu;
5212         struct zone *zone;
5213         pg_data_t *pgdat;
5214
5215         for_each_populated_zone(zone) {
5216                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5217                         continue;
5218
5219                 for_each_online_cpu(cpu)
5220                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
5221         }
5222
5223         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
5224                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
5225                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu unstable:%lu\n"
5226                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
5227                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
5228                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
5229                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
5230                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
5231                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
5232                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
5233                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
5234                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
5235                 global_node_page_state(NR_UNEVICTABLE),
5236                 global_node_page_state(NR_FILE_DIRTY),
5237                 global_node_page_state(NR_WRITEBACK),
5238                 global_node_page_state(NR_UNSTABLE_NFS),
5239                 global_node_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE),
5240                 global_node_page_state(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE),
5241                 global_node_page_state(NR_FILE_MAPPED),
5242                 global_node_page_state(NR_SHMEM),
5243                 global_zone_page_state(NR_PAGETABLE),
5244                 global_zone_page_state(NR_BOUNCE),
5245                 global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES),
5246                 free_pcp,
5247                 global_zone_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
5248
5249         for_each_online_pgdat(pgdat) {
5250                 if (show_mem_node_skip(filter, pgdat->node_id, nodemask))
5251                         continue;
5252
5253                 printk("Node %d"
5254                         " active_anon:%lukB"
5255                         " inactive_anon:%lukB"
5256                         " active_file:%lukB"
5257                         " inactive_file:%lukB"
5258                         " unevictable:%lukB"
5259                         " isolated(anon):%lukB"
5260                         " isolated(file):%lukB"
5261                         " mapped:%lukB"
5262                         " dirty:%lukB"
5263                         " writeback:%lukB"
5264                         " shmem:%lukB"
5265 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5266                         " shmem_thp: %lukB"
5267                         " shmem_pmdmapped: %lukB"
5268                         " anon_thp: %lukB"
5269 #endif
5270                         " writeback_tmp:%lukB"
5271                         " unstable:%lukB"
5272                         " all_unreclaimable? %s"
5273                         "\n",
5274                         pgdat->node_id,
5275                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_ANON)),
5276                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON)),
5277                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE)),
5278                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE)),
5279                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNEVICTABLE)),
5280                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON)),
5281                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_FILE)),
5282                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_MAPPED)),
5283                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_DIRTY)),
5284                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK)),
5285                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM)),
5286 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5287                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
5288                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_PMDMAPPED)
5289                                         * HPAGE_PMD_NR),
5290                         K(node_page_state(pgdat, NR_ANON_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
5291 #endif
5292                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK_TEMP)),
5293                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNSTABLE_NFS)),
5294                         pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES ?
5295                                 "yes" : "no");
5296         }
5297
5298         for_each_populated_zone(zone) {
5299                 int i;
5300
5301                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5302                         continue;
5303
5304                 free_pcp = 0;
5305                 for_each_online_cpu(cpu)
5306                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
5307
5308                 show_node(zone);
5309                 printk(KERN_CONT
5310                         "%s"
5311                         " free:%lukB"
5312                         " min:%lukB"
5313                         " low:%lukB"
5314                         " high:%lukB"
5315                         " active_anon:%lukB"
5316                         " inactive_anon:%lukB"
5317                         " active_file:%lukB"
5318                         " inactive_file:%lukB"
5319                         " unevictable:%lukB"
5320                         " writepending:%lukB"
5321                         " present:%lukB"
5322                         " managed:%lukB"
5323                         " mlocked:%lukB"
5324                         " kernel_stack:%lukB"
5325                         " pagetables:%lukB"
5326                         " bounce:%lukB"
5327                         " free_pcp:%lukB"
5328                         " local_pcp:%ukB"
5329                         " free_cma:%lukB"
5330                         "\n",
5331                         zone->name,
5332                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
5333                         K(min_wmark_pages(zone)),
5334                         K(low_wmark_pages(zone)),
5335                         K(high_wmark_pages(zone)),
5336                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_ANON)),
5337                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_ANON)),
5338                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_FILE)),
5339                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_FILE)),
5340                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_UNEVICTABLE)),
5341                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_WRITE_PENDING)),
5342                         K(zone->present_pages),
5343                         K(zone_managed_pages(zone)),
5344                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
5345                         zone_page_state(zone, NR_KERNEL_STACK_KB),
5346                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGETABLE)),
5347                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
5348                         K(free_pcp),
5349                         K(this_cpu_read(zone->pageset->pcp.count)),
5350                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)));
5351                 printk("lowmem_reserve[]:");
5352                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
5353                         printk(KERN_CONT " %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
5354                 printk(KERN_CONT "\n");
5355         }
5356
5357         for_each_populated_zone(zone) {
5358                 unsigned int order;
5359                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, total = 0;
5360                 unsigned char types[MAX_ORDER];
5361
5362                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5363                         continue;
5364                 show_node(zone);
5365                 printk(KERN_CONT "%s: ", zone->name);
5366
5367                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
5368                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
5369                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
5370                         int type;
5371
5372                         nr[order] = area->nr_free;
5373                         total += nr[order] << order;
5374
5375                         types[order] = 0;
5376                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
5377                                 if (!free_area_empty(area, type))
5378                                         types[order] |= 1 << type;
5379                         }
5380                 }
5381                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
5382                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
5383                         printk(KERN_CONT "%lu*%lukB ",
5384                                nr[order], K(1UL) << order);
5385                         if (nr[order])
5386                                 show_migration_types(types[order]);
5387                 }
5388                 printk(KERN_CONT "= %lukB\n", K(total));
5389         }
5390
5391         hugetlb_show_meminfo();
5392
5393         printk("%ld total pagecache pages\n", global_node_page_state(NR_FILE_PAGES));
5394
5395         show_swap_cache_info();
5396 }
5397
5398 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
5399 {
5400         zoneref->zone = zone;
5401         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
5402 }
5403
5404 /*
5405  * Builds allocation fallback zone lists.
5406  *
5407  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
5408  */
5409 static int build_zonerefs_node(pg_data_t *pgdat, struct zoneref *zonerefs)
5410 {
5411         struct zone *zone;
5412         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
5413         int nr_zones = 0;
5414
5415         do {
5416                 zone_type--;
5417                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
5418                 if (managed_zone(zone)) {
5419                         zoneref_set_zone(zone, &zonerefs[nr_zones++]);
5420                         check_highest_zone(zone_type);
5421                 }
5422         } while (zone_type);
5423
5424         return nr_zones;
5425 }
5426
5427 #ifdef CONFIG_NUMA
5428
5429 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
5430 {
5431         /*
5432          * We used to support different zonlists modes but they turned
5433          * out to be just not useful. Let's keep the warning in place
5434          * if somebody still use the cmd line parameter so that we do
5435          * not fail it silently
5436          */
5437         if (!(*s == 'd' || *s == 'D' || *s == 'n' || *s == 'N')) {
5438                 pr_warn("Ignoring unsupported numa_zonelist_order value:  %s\n", s);
5439                 return -EINVAL;
5440         }
5441         return 0;
5442 }
5443
5444 static __init int setup_numa_zonelist_order(char *s)
5445 {
5446         if (!s)
5447                 return 0;
5448
5449         return __parse_numa_zonelist_order(s);
5450 }
5451 early_param("numa_zonelist_order", setup_numa_zonelist_order);
5452
5453 char numa_zonelist_order[] = "Node";
5454
5455 /*
5456  * sysctl handler for numa_zonelist_order
5457  */
5458 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
5459                 void __user *buffer, size_t *length,
5460                 loff_t *ppos)
5461 {
5462         char *str;
5463         int ret;
5464
5465         if (!write)
5466                 return proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
5467         str = memdup_user_nul(buffer, 16);
5468         if (IS_ERR(str))
5469                 return PTR_ERR(str);
5470
5471         ret = __parse_numa_zonelist_order(str);
5472         kfree(str);
5473         return ret;
5474 }
5475
5476
5477 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
5478 static int node_load[MAX_NUMNODES];
5479
5480 /**
5481  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
5482  * @node: node whose fallback list we're appending
5483  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
5484  *
5485  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
5486  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
5487  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
5488  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
5489  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
5490  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
5491  * on them otherwise.
5492  *
5493  * Return: node id of the found node or %NUMA_NO_NODE if no node is found.
5494  */
5495 static int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
5496 {
5497         int n, val;
5498         int min_val = INT_MAX;
5499         int best_node = NUMA_NO_NODE;
5500         const struct cpumask *tmp = cpumask_of_node(0);
5501
5502         /* Use the local node if we haven't already */
5503         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
5504                 node_set(node, *used_node_mask);
5505                 return node;
5506         }
5507
5508         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
5509
5510                 /* Don't want a node to appear more than once */
5511                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
5512                         continue;
5513
5514                 /* Use the distance array to find the distance */
5515                 val = node_distance(node, n);
5516
5517                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
5518                 val += (n < node);
5519
5520                 /* Give preference to headless and unused nodes */
5521                 tmp = cpumask_of_node(n);
5522                 if (!cpumask_empty(tmp))
5523                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
5524
5525                 /* Slight preference for less loaded node */
5526                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
5527                 val += node_load[n];
5528
5529                 if (val < min_val) {
5530                         min_val = val;
5531                         best_node = n;
5532                 }
5533         }
5534
5535         if (best_node >= 0)
5536                 node_set(best_node, *used_node_mask);
5537
5538         return best_node;
5539 }
5540
5541
5542 /*
5543  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
5544  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
5545  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
5546  */
5547 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int *node_order,
5548                 unsigned nr_nodes)
5549 {
5550         struct zoneref *zonerefs;
5551         int i;
5552
5553         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
5554
5555         for (i = 0; i < nr_nodes; i++) {
5556                 int nr_zones;
5557
5558                 pg_data_t *node = NODE_DATA(node_order[i]);
5559
5560                 nr_zones = build_zonerefs_node(node, zonerefs);
5561                 zonerefs += nr_zones;
5562         }
5563         zonerefs->zone = NULL;
5564         zonerefs->zone_idx = 0;
5565 }
5566
5567 /*
5568  * Build gfp_thisnode zonelists
5569  */
5570 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5571 {
5572         struct zoneref *zonerefs;
5573         int nr_zones;
5574
5575         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_NOFALLBACK]._zonerefs;
5576         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
5577         zonerefs += nr_zones;
5578         zonerefs->zone = NULL;
5579         zonerefs->zone_idx = 0;
5580 }
5581
5582 /*
5583  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
5584  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
5585  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
5586  * may still exist in local DMA zone.
5587  */
5588
5589 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5590 {
5591         static int node_order[MAX_NUMNODES];
5592         int node, load, nr_nodes = 0;
5593         nodemask_t used_mask;
5594         int local_node, prev_node;
5595
5596         /* NUMA-aware ordering of nodes */
5597         local_node = pgdat->node_id;
5598         load = nr_online_nodes;
5599         prev_node = local_node;
5600         nodes_clear(used_mask);
5601
5602         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
5603         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
5604                 /*
5605                  * We don't want to pressure a particular node.
5606                  * So adding penalty to the first node in same
5607                  * distance group to make it round-robin.
5608                  */
5609                 if (node_distance(local_node, node) !=
5610                     node_distance(local_node, prev_node))
5611                         node_load[node] = load;
5612
5613                 node_order[nr_nodes++] = node;
5614                 prev_node = node;
5615                 load--;
5616         }
5617
5618         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node_order, nr_nodes);
5619         build_thisnode_zonelists(pgdat);
5620 }
5621
5622 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5623 /*
5624  * Return node id of node used for "local" allocations.
5625  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
5626  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
5627  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
5628  */
5629 int local_memory_node(int node)
5630 {
5631         struct zoneref *z;
5632
5633         z = first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
5634                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
5635                                    NULL);
5636         return zone_to_nid(z->zone);
5637 }
5638 #endif
5639
5640 static void setup_min_unmapped_ratio(void);
5641 static void setup_min_slab_ratio(void);
5642 #else   /* CONFIG_NUMA */
5643
5644 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5645 {
5646         int node, local_node;
5647         struct zoneref *zonerefs;
5648         int nr_zones;
5649
5650         local_node = pgdat->node_id;
5651
5652         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
5653         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
5654         zonerefs += nr_zones;
5655
5656         /*
5657          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
5658          * of all the other nodes.
5659          * We don't want to pressure a particular node, so when
5660          * building the zones for node N, we make sure that the
5661          * zones coming right after the local ones are those from
5662          * node N+1 (modulo N)
5663          */
5664         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
5665                 if (!node_online(node))
5666                         continue;
5667                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
5668                 zonerefs += nr_zones;
5669         }
5670         for (node = 0; node < local_node; node++) {
5671                 if (!node_online(node))
5672                         continue;
5673                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
5674                 zonerefs += nr_zones;
5675         }
5676
5677         zonerefs->zone = NULL;
5678         zonerefs->zone_idx = 0;
5679 }
5680
5681 #endif  /* CONFIG_NUMA */
5682
5683 /*
5684  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
5685  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
5686  * that an item put on a list will immediately be handed over to
5687  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
5688  * with interrupts disabled.
5689  *
5690  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
5691  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
5692  * hotplugged processors.
5693  *
5694  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
5695  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
5696  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
5697  */
5698 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch);
5699 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pageset, boot_pageset);
5700 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_nodestat, boot_nodestats);
5701
5702 static void __build_all_zonelists(void *data)
5703 {
5704         int nid;
5705         int __maybe_unused cpu;
5706         pg_data_t *self = data;
5707         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
5708
5709         spin_lock(&lock);
5710
5711 #ifdef CONFIG_NUMA
5712         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
5713 #endif
5714
5715         /*
5716          * This node is hotadded and no memory is yet present.   So just
5717          * building zonelists is fine - no need to touch other nodes.
5718          */
5719         if (self && !node_online(self->node_id)) {
5720                 build_zonelists(self);
5721         } else {
5722                 for_each_online_node(nid) {
5723                         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5724
5725                         build_zonelists(pgdat);
5726                 }
5727
5728 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5729                 /*
5730                  * We now know the "local memory node" for each node--
5731                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
5732                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
5733                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
5734                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
5735                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
5736                  */
5737                 for_each_online_cpu(cpu)
5738                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
5739 #endif
5740         }
5741
5742         spin_unlock(&lock);
5743 }
5744
5745 static noinline void __init
5746 build_all_zonelists_init(void)
5747 {
5748         int cpu;
5749
5750         __build_all_zonelists(NULL);
5751
5752         /*
5753          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
5754          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
5755          * each zone will be allocated later when the per cpu
5756          * allocator is available.
5757          *
5758          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
5759          * cpus if the system is already booted because the pagesets
5760          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
5761          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
5762          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
5763          * (a chicken-egg dilemma).
5764          */
5765         for_each_possible_cpu(cpu)
5766                 setup_pageset(&per_cpu(boot_pageset, cpu), 0);
5767
5768         mminit_verify_zonelist();
5769         cpuset_init_current_mems_allowed();
5770 }
5771
5772 /*
5773  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
5774  *
5775  * __ref due to call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
5776  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
5777  */
5778 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5779 {
5780         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
5781                 build_all_zonelists_init();
5782         } else {
5783                 __build_all_zonelists(pgdat);
5784                 /* cpuset refresh routine should be here */
5785         }
5786         vm_total_pages = nr_free_pagecache_pages();
5787         /*
5788          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
5789          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
5790          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
5791          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
5792          * disabled and enable it later
5793          */
5794         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
5795                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
5796         else
5797                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
5798
5799         pr_info("Built %u zonelists, mobility grouping %s.  Total pages: %ld\n",
5800                 nr_online_nodes,
5801                 page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
5802                 vm_total_pages);
5803 #ifdef CONFIG_NUMA
5804         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
5805 #endif
5806 }
5807
5808 /* If zone is ZONE_MOVABLE but memory is mirrored, it is an overlapped init */
5809 static bool __meminit
5810 overlap_memmap_init(unsigned long zone, unsigned long *pfn)
5811 {
5812 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5813         static struct memblock_region *r;
5814
5815         if (mirrored_kernelcore && zone == ZONE_MOVABLE) {
5816                 if (!r || *pfn >= memblock_region_memory_end_pfn(r)) {
5817                         for_each_memblock(memory, r) {
5818                                 if (*pfn < memblock_region_memory_end_pfn(r))
5819                                         break;
5820                         }
5821                 }
5822                 if (*pfn >= memblock_region_memory_base_pfn(r) &&
5823                     memblock_is_mirror(r)) {
5824                         *pfn = memblock_region_memory_end_pfn(r);
5825                         return true;
5826                 }
5827         }
5828 #endif
5829         return false;
5830 }
5831
5832 /*
5833  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
5834  * up by memblock_free_all() once the early boot process is
5835  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
5836  */
5837 void __meminit memmap_init_zone(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
5838                 unsigned long start_pfn, enum memmap_context context,
5839                 struct vmem_altmap *altmap)
5840 {
5841         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + size;
5842         struct page *page;
5843
5844         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
5845                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
5846
5847 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
5848         /*
5849          * Honor reservation requested by the driver for this ZONE_DEVICE
5850          * memory. We limit the total number of pages to initialize to just
5851          * those that might contain the memory mapping. We will defer the
5852          * ZONE_DEVICE page initialization until after we have released
5853          * the hotplug lock.
5854          */
5855         if (zone == ZONE_DEVICE) {
5856                 if (!altmap)
5857                         return;
5858
5859                 if (start_pfn == altmap->base_pfn)
5860                         start_pfn += altmap->reserve;
5861                 end_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
5862         }
5863 #endif
5864
5865         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
5866                 /*
5867                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s handed to this
5868                  * function.  They do not exist on hotplugged memory.
5869                  */
5870                 if (context == MEMMAP_EARLY) {
5871                         if (!early_pfn_valid(pfn))
5872                                 continue;
5873                         if (!early_pfn_in_nid(pfn, nid))
5874                                 continue;
5875                         if (overlap_memmap_init(zone, &pfn))
5876                                 continue;
5877                         if (defer_init(nid, pfn, end_pfn))
5878                                 break;
5879                 }
5880
5881                 page = pfn_to_page(pfn);
5882                 __init_single_page(page, pfn, zone, nid);
5883                 if (context == MEMMAP_HOTPLUG)
5884                         __SetPageReserved(page);
5885
5886                 /*
5887                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
5888                  * movable at startup. This will force kernel allocations
5889                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
5890                  * the address space during boot when many long-lived
5891                  * kernel allocations are made.
5892                  *
5893                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
5894                  * can be created for invalid pages (for alignment)
5895                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
5896                  * pfn out of zone.
5897                  */
5898                 if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1))) {
5899                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
5900                         cond_resched();
5901                 }
5902         }
5903 }
5904
5905 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
5906 void __ref memmap_init_zone_device(struct zone *zone,
5907                                    unsigned long start_pfn,
5908                                    unsigned long size,
5909                                    struct dev_pagemap *pgmap)
5910 {
5911         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + size;
5912         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
5913         struct vmem_altmap *altmap = pgmap_altmap(pgmap);
5914         unsigned long zone_idx = zone_idx(zone);
5915         unsigned long start = jiffies;
5916         int nid = pgdat->node_id;
5917
5918         if (WARN_ON_ONCE(!pgmap || zone_idx(zone) != ZONE_DEVICE))
5919                 return;
5920
5921         /*
5922          * The call to memmap_init_zone should have already taken care
5923          * of the pages reserved for the memmap, so we can just jump to
5924          * the end of that region and start processing the device pages.
5925          */
5926         if (altmap) {
5927                 start_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
5928                 size = end_pfn - start_pfn;
5929         }
5930
5931         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
5932                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
5933
5934                 __init_single_page(page, pfn, zone_idx, nid);
5935
5936                 /*
5937                  * Mark page reserved as it will need to wait for onlining
5938                  * phase for it to be fully associated with a zone.
5939                  *
5940                  * We can use the non-atomic __set_bit operation for setting
5941                  * the flag as we are still initializing the pages.
5942                  */
5943                 __SetPageReserved(page);
5944
5945                 /*
5946                  * ZONE_DEVICE pages union ->lru with a ->pgmap back pointer
5947                  * and zone_device_data.  It is a bug if a ZONE_DEVICE page is
5948                  * ever freed or placed on a driver-private list.
5949                  */
5950                 page->pgmap = pgmap;
5951                 page->zone_device_data = NULL;
5952
5953                 /*
5954                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
5955                  * movable at startup. This will force kernel allocations
5956                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
5957                  * the address space during boot when many long-lived
5958                  * kernel allocations are made.
5959                  *
5960                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
5961                  * can be created for invalid pages (for alignment)
5962                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
5963                  * pfn out of zone.
5964                  *
5965                  * Please note that MEMMAP_HOTPLUG path doesn't clear memmap
5966                  * because this is done early in section_activate()
5967                  */
5968                 if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1))) {
5969                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
5970                         cond_resched();
5971                 }
5972         }
5973
5974         pr_info("%s initialised, %lu pages in %ums\n", dev_name(pgmap->dev),
5975                 size, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
5976 }
5977
5978 #endif
5979 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
5980 {
5981         unsigned int order, t;
5982         for_each_migratetype_order(order, t) {
5983                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
5984                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
5985         }
5986 }
5987
5988 void __meminit __weak memmap_init(unsigned long size, int nid,
5989                                   unsigned long zone, unsigned long start_pfn)
5990 {
5991         memmap_init_zone(size, nid, zone, start_pfn, MEMMAP_EARLY, NULL);
5992 }
5993
5994 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
5995 {
5996 #ifdef CONFIG_MMU
5997         int batch;
5998
5999         /*
6000          * The per-cpu-pages pools are set to around 1000th of the
6001          * size of the zone.
6002          */
6003         batch = zone_managed_pages(zone) / 1024;
6004         /* But no more than a meg. */
6005         if (batch * PAGE_SIZE > 1024 * 1024)
6006                 batch = (1024 * 1024) / PAGE_SIZE;
6007         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
6008         if (batch < 1)
6009                 batch = 1;
6010
6011         /*
6012          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
6013          * of 2 value was found to be more likely to have
6014          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
6015          *
6016          * For example if 2 tasks are alternately allocating
6017          * batches of pages, one task can end up with a lot
6018          * of pages of one half of the possible page colors
6019          * and the other with pages of the other colors.
6020          */
6021         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
6022
6023         return batch;
6024
6025 #else
6026         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
6027          * conditions.
6028          *
6029          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
6030          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
6031          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
6032          *
6033          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
6034          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
6035          * can be a significant delay between the individual batches being
6036          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
6037          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
6038          */
6039         return 0;
6040 #endif
6041 }
6042
6043 /*
6044  * pcp->high and pcp->batch values are related and dependent on one another:
6045  * ->batch must never be higher then ->high.
6046  * The following function updates them in a safe manner without read side
6047  * locking.
6048  *
6049  * Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they can cope with
6050  * those fields changing asynchronously (acording the the above rule).
6051  *
6052  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
6053  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
6054  * exist).
6055  */
6056 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
6057                 unsigned long batch)
6058 {
6059        /* start with a fail safe value for batch */
6060         pcp->batch = 1;
6061         smp_wmb();
6062
6063        /* Update high, then batch, in order */
6064         pcp->high = high;
6065         smp_wmb();
6066
6067         pcp->batch = batch;
6068 }
6069
6070 /* a companion to pageset_set_high() */
6071 static void pageset_set_batch(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
6072 {
6073         pageset_update(&p->pcp, 6 * batch, max(1UL, 1 * batch));
6074 }
6075
6076 static void pageset_init(struct per_cpu_pageset *p)
6077 {
6078         struct per_cpu_pages *pcp;
6079         int migratetype;
6080
6081         memset(p, 0, sizeof(*p));
6082
6083         pcp = &p->pcp;
6084         for (migratetype = 0; migratetype < MIGRATE_PCPTYPES; migratetype++)
6085                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[migratetype]);
6086 }
6087
6088 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
6089 {
6090         pageset_init(p);
6091         pageset_set_batch(p, batch);
6092 }
6093
6094 /*
6095  * pageset_set_high() sets the high water mark for hot per_cpu_pagelist
6096  * to the value high for the pageset p.
6097  */
6098 static void pageset_set_high(struct per_cpu_pageset *p,
6099                                 unsigned long high)
6100 {
6101         unsigned long batch = max(1UL, high / 4);
6102         if ((high / 4) > (PAGE_SHIFT * 8))
6103                 batch = PAGE_SHIFT * 8;
6104
6105         pageset_update(&p->pcp, high, batch);
6106 }
6107
6108 static void pageset_set_high_and_batch(struct zone *zone,
6109                                        struct per_cpu_pageset *pcp)
6110 {
6111         if (percpu_pagelist_fraction)
6112                 pageset_set_high(pcp,
6113                         (zone_managed_pages(zone) /
6114                                 percpu_pagelist_fraction));
6115         else
6116                 pageset_set_batch(pcp, zone_batchsize(zone));
6117 }
6118
6119 static void __meminit zone_pageset_init(struct zone *zone, int cpu)
6120 {
6121         struct per_cpu_pageset *pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
6122
6123         pageset_init(pcp);
6124         pageset_set_high_and_batch(zone, pcp);
6125 }
6126
6127 void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
6128 {
6129         int cpu;
6130         zone->pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pageset);
6131         for_each_possible_cpu(cpu)
6132                 zone_pageset_init(zone, cpu);
6133 }
6134
6135 /*
6136  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
6137  * Before this call only boot pagesets were available.
6138  */
6139 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
6140 {
6141         struct pglist_data *pgdat;
6142         struct zone *zone;
6143
6144         for_each_populated_zone(zone)
6145                 setup_zone_pageset(zone);
6146
6147         for_each_online_pgdat(pgdat)
6148                 pgdat->per_cpu_nodestats =
6149                         alloc_percpu(struct per_cpu_nodestat);
6150 }
6151
6152 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
6153 {
6154         /*
6155          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
6156          * relies on the ability of the linker to provide the
6157          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
6158          */
6159         zone->pageset = &boot_pageset;
6160
6161         if (populated_zone(zone))
6162                 printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n",
6163                         zone->name, zone->present_pages,
6164                                          zone_batchsize(zone));
6165 }
6166
6167 void __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
6168                                         unsigned long zone_start_pfn,
6169                                         unsigned long size)
6170 {
6171         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
6172         int zone_idx = zone_idx(zone) + 1;
6173
6174         if (zone_idx > pgdat->nr_zones)
6175                 pgdat->nr_zones = zone_idx;
6176
6177         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
6178
6179         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
6180                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
6181                         pgdat->node_id,
6182                         (unsigned long)zone_idx(zone),
6183                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
6184
6185         zone_init_free_lists(zone);
6186         zone->initialized = 1;
6187 }
6188
6189 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
6190 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID
6191
6192 /*
6193  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
6194  */
6195 int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn,
6196                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
6197 {
6198         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6199         int nid;
6200
6201         if (state->last_start <= pfn && pfn < state->last_end)
6202                 return state->last_nid;
6203
6204         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
6205         if (nid != NUMA_NO_NODE) {
6206                 state->last_start = start_pfn;
6207                 state->last_end = end_pfn;
6208                 state->last_nid = nid;
6209         }
6210
6211         return nid;
6212 }
6213 #endif /* CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID */
6214
6215 /**
6216  * free_bootmem_with_active_regions - Call memblock_free_early_nid for each active range
6217  * @nid: The node to free memory on. If MAX_NUMNODES, all nodes are freed.
6218  * @max_low_pfn: The highest PFN that will be passed to memblock_free_early_nid
6219  *
6220  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes
6221  * and may be freed, this this function may be used instead of calling
6222  * memblock_free_early_nid() manually.
6223  */
6224 void __init free_bootmem_with_active_regions(int nid, unsigned long max_low_pfn)
6225 {
6226         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6227         int i, this_nid;
6228
6229         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid) {
6230                 start_pfn = min(start_pfn, max_low_pfn);
6231                 end_pfn = min(end_pfn, max_low_pfn);
6232
6233                 if (start_pfn < end_pfn)
6234                         memblock_free_early_nid(PFN_PHYS(start_pfn),
6235                                         (end_pfn - start_pfn) << PAGE_SHIFT,
6236                                         this_nid);
6237         }
6238 }
6239
6240 /**
6241  * sparse_memory_present_with_active_regions - Call memory_present for each active range
6242  * @nid: The node to call memory_present for. If MAX_NUMNODES, all nodes will be used.
6243  *
6244  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes and may
6245  * be freed, this function may be used instead of calling memory_present() manually.
6246  */
6247 void __init sparse_memory_present_with_active_regions(int nid)
6248 {
6249         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6250         int i, this_nid;
6251
6252         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid)
6253                 memory_present(this_nid, start_pfn, end_pfn);
6254 }
6255
6256 /**
6257  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
6258  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
6259  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
6260  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
6261  *
6262  * It returns the start and end page frame of a node based on information
6263  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
6264  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
6265  * PFNs will be 0.
6266  */
6267 void __init get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
6268                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
6269 {
6270         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
6271         int i;
6272
6273         *start_pfn = -1UL;
6274         *end_pfn = 0;
6275
6276         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
6277                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
6278                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
6279         }
6280
6281         if (*start_pfn == -1UL)
6282                 *start_pfn = 0;
6283 }
6284
6285 /*
6286  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
6287  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
6288  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
6289  */
6290 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
6291 {
6292         int zone_index;
6293         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
6294                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
6295                         continue;
6296
6297                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
6298                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
6299                         break;
6300         }
6301
6302         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
6303         movable_zone = zone_index;
6304 }
6305
6306 /*
6307  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
6308  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
6309  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
6310  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
6311  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
6312  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
6313  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
6314  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
6315  */
6316 static void __init adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
6317                                         unsigned long zone_type,
6318                                         unsigned long node_start_pfn,
6319                                         unsigned long node_end_pfn,
6320                                         unsigned long *zone_start_pfn,
6321                                         unsigned long *zone_end_pfn)
6322 {
6323         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
6324         if (zone_movable_pfn[nid]) {
6325                 /* Size ZONE_MOVABLE */
6326                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
6327                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
6328                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
6329                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
6330
6331                 /* Adjust for ZONE_MOVABLE starting within this range */
6332                 } else if (!mirrored_kernelcore &&
6333                         *zone_start_pfn < zone_movable_pfn[nid] &&
6334                         *zone_end_pfn > zone_movable_pfn[nid]) {
6335                         *zone_end_pfn = zone_movable_pfn[nid];
6336
6337                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
6338                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
6339                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
6340         }
6341 }
6342
6343 /*
6344  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
6345  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
6346  */
6347 static unsigned long __init zone_spanned_pages_in_node(int nid,
6348                                         unsigned long zone_type,
6349                                         unsigned long node_start_pfn,
6350                                         unsigned long node_end_pfn,
6351                                         unsigned long *zone_start_pfn,
6352                                         unsigned long *zone_end_pfn,
6353                                         unsigned long *ignored)
6354 {
6355         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
6356         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
6357         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
6358         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
6359                 return 0;
6360
6361         /* Get the start and end of the zone */
6362         *zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
6363         *zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
6364         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
6365                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
6366                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6367
6368         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
6369         if (*zone_end_pfn < node_start_pfn || *zone_start_pfn > node_end_pfn)
6370                 return 0;
6371
6372         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
6373         *zone_end_pfn = min(*zone_end_pfn, node_end_pfn);
6374         *zone_start_pfn = max(*zone_start_pfn, node_start_pfn);
6375
6376         /* Return the spanned pages */
6377         return *zone_end_pfn - *zone_start_pfn;
6378 }
6379
6380 /*
6381  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
6382  * then all holes in the requested range will be accounted for.
6383  */
6384 unsigned long __init __absent_pages_in_range(int nid,
6385                                 unsigned long range_start_pfn,
6386                                 unsigned long range_end_pfn)
6387 {
6388         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
6389         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6390         int i;
6391
6392         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
6393                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
6394                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
6395                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
6396         }
6397         return nr_absent;
6398 }
6399
6400 /**
6401  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
6402  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
6403  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
6404  *
6405  * Return: the number of pages frames in memory holes within a range.
6406  */
6407 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
6408                                                         unsigned long end_pfn)
6409 {
6410         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
6411 }
6412
6413 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
6414 static unsigned long __init zone_absent_pages_in_node(int nid,
6415                                         unsigned long zone_type,
6416                                         unsigned long node_start_pfn,
6417                                         unsigned long node_end_pfn,
6418                                         unsigned long *ignored)
6419 {
6420         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
6421         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
6422         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
6423         unsigned long nr_absent;
6424
6425         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
6426         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
6427                 return 0;
6428
6429         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
6430         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
6431
6432         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
6433                         node_start_pfn, node_end_pfn,
6434                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
6435         nr_absent = __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6436
6437         /*
6438          * ZONE_MOVABLE handling.
6439          * Treat pages to be ZONE_MOVABLE in ZONE_NORMAL as absent pages
6440          * and vice versa.
6441          */
6442         if (mirrored_kernelcore && zone_movable_pfn[nid]) {
6443                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
6444                 struct memblock_region *r;
6445
6446                 for_each_memblock(memory, r) {
6447                         start_pfn = clamp(memblock_region_memory_base_pfn(r),
6448                                           zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6449                         end_pfn = clamp(memblock_region_memory_end_pfn(r),
6450                                         zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6451
6452                         if (zone_type == ZONE_MOVABLE &&
6453                             memblock_is_mirror(r))
6454                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
6455
6456                         if (zone_type == ZONE_NORMAL &&
6457                             !memblock_is_mirror(r))
6458                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
6459                 }
6460         }
6461
6462         return nr_absent;
6463 }
6464
6465 #else /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6466 static inline unsigned long __init zone_spanned_pages_in_node(int nid,
6467                                         unsigned long zone_type,
6468                                         unsigned long node_start_pfn,
6469                                         unsigned long node_end_pfn,
6470                                         unsigned long *zone_start_pfn,
6471                                         unsigned long *zone_end_pfn,
6472                                         unsigned long *zones_size)
6473 {
6474         unsigned int zone;
6475
6476         *zone_start_pfn = node_start_pfn;
6477         for (zone = 0; zone < zone_type; zone++)
6478                 *zone_start_pfn += zones_size[zone];
6479
6480         *zone_end_pfn = *zone_start_pfn + zones_size[zone_type];
6481
6482         return zones_size[zone_type];
6483 }
6484
6485 static inline unsigned long __init zone_absent_pages_in_node(int nid,
6486                                                 unsigned long zone_type,
6487                                                 unsigned long node_start_pfn,
6488                                                 unsigned long node_end_pfn,
6489                                                 unsigned long *zholes_size)
6490 {
6491         if (!zholes_size)
6492                 return 0;
6493
6494         return zholes_size[zone_type];
6495 }
6496
6497 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6498
6499 static void __init calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
6500                                                 unsigned long node_start_pfn,
6501                                                 unsigned long node_end_pfn,
6502                                                 unsigned long *zones_size,
6503                                                 unsigned long *zholes_size)
6504 {
6505         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
6506         enum zone_type i;
6507
6508         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6509                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
6510                 unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
6511                 unsigned long size, real_size;
6512
6513                 size = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
6514                                                   node_start_pfn,
6515                                                   node_end_pfn,
6516                                                   &zone_start_pfn,
6517                                                   &zone_end_pfn,
6518                                                   zones_size);
6519                 real_size = size - zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
6520                                                   node_start_pfn, node_end_pfn,
6521                                                   zholes_size);
6522                 if (size)
6523                         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
6524                 else
6525                         zone->zone_start_pfn = 0;
6526                 zone->spanned_pages = size;
6527                 zone->present_pages = real_size;
6528
6529                 totalpages += size;
6530                 realtotalpages += real_size;
6531         }
6532
6533         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
6534         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
6535         printk(KERN_DEBUG "On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id,
6536                                                         realtotalpages);
6537 }
6538
6539 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
6540 /*
6541  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
6542  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
6543  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
6544  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
6545  * bytes.
6546  */
6547 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
6548 {
6549         unsigned long usemapsize;
6550
6551         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
6552         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
6553         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
6554         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
6555         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
6556
6557         return usemapsize / 8;
6558 }
6559
6560 static void __ref setup_usemap(struct pglist_data *pgdat,
6561                                 struct zone *zone,
6562                                 unsigned long zone_start_pfn,
6563                                 unsigned long zonesize)
6564 {
6565         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone_start_pfn, zonesize);
6566         zone->pageblock_flags = NULL;
6567         if (usemapsize) {
6568                 zone->pageblock_flags =
6569                         memblock_alloc_node(usemapsize, SMP_CACHE_BYTES,
6570                                             pgdat->node_id);
6571                 if (!zone->pageblock_flags)
6572                         panic("Failed to allocate %ld bytes for zone %s pageblock flags on node %d\n",
6573                               usemapsize, zone->name, pgdat->node_id);
6574         }
6575 }
6576 #else
6577 static inline void setup_usemap(struct pglist_data *pgdat, struct zone *zone,
6578                                 unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize) {}
6579 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
6580
6581 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
6582
6583 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
6584 void __init set_pageblock_order(void)
6585 {
6586         unsigned int order;
6587
6588         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
6589         if (pageblock_order)
6590                 return;
6591
6592         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT)
6593                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
6594         else
6595                 order = MAX_ORDER - 1;
6596
6597         /*
6598          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
6599          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
6600          * powerpc.
6601          */
6602         pageblock_order = order;
6603 }
6604 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
6605
6606 /*
6607  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
6608  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
6609  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
6610  * the kernel config
6611  */
6612 void __init set_pageblock_order(void)
6613 {
6614 }
6615
6616 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
6617
6618 static unsigned long __init calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
6619                                                 unsigned long present_pages)
6620 {
6621         unsigned long pages = spanned_pages;
6622
6623         /*
6624          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
6625          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
6626          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
6627          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
6628          * populated regions may not be naturally aligned on page boundary.
6629          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
6630          */
6631         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
6632             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
6633                 pages = present_pages;
6634
6635         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
6636 }
6637
6638 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
6639 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat)
6640 {
6641         spin_lock_init(&pgdat->split_queue_lock);
6642         INIT_LIST_HEAD(&pgdat->split_queue);
6643         pgdat->split_queue_len = 0;
6644 }
6645 #else
6646 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat) {}
6647 #endif
6648
6649 #ifdef CONFIG_COMPACTION
6650 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat)
6651 {
6652         init_waitqueue_head(&pgdat->kcompactd_wait);
6653 }
6654 #else
6655 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat) {}
6656 #endif
6657
6658 static void __meminit pgdat_init_internals(struct pglist_data *pgdat)
6659 {
6660         pgdat_resize_init(pgdat);
6661
6662         pgdat_init_split_queue(pgdat);
6663         pgdat_init_kcompactd(pgdat);
6664
6665         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
6666         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
6667
6668         pgdat_page_ext_init(pgdat);
6669         spin_lock_init(&pgdat->lru_lock);
6670         lruvec_init(node_lruvec(pgdat));
6671 }
6672
6673 static void __meminit zone_init_internals(struct zone *zone, enum zone_type idx, int nid,
6674                                                         unsigned long remaining_pages)
6675 {
6676         atomic_long_set(&zone->managed_pages, remaining_pages);
6677         zone_set_nid(zone, nid);
6678         zone->name = zone_names[idx];
6679         zone->zone_pgdat = NODE_DATA(nid);
6680         spin_lock_init(&zone->lock);
6681         zone_seqlock_init(zone);
6682         zone_pcp_init(zone);
6683 }
6684
6685 /*
6686  * Set up the zone data structures
6687  * - init pgdat internals
6688  * - init all zones belonging to this node
6689  *
6690  * NOTE: this function is only called during memory hotplug
6691  */
6692 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
6693 void __ref free_area_init_core_hotplug(int nid)
6694 {
6695         enum zone_type z;
6696         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6697
6698         pgdat_init_internals(pgdat);
6699         for (z = 0; z < MAX_NR_ZONES; z++)
6700                 zone_init_internals(&pgdat->node_zones[z], z, nid, 0);
6701 }
6702 #endif
6703
6704 /*
6705  * Set up the zone data structures:
6706  *   - mark all pages reserved
6707  *   - mark all memory queues empty
6708  *   - clear the memory bitmaps
6709  *
6710  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
6711  * NOTE: this function is only called during early init.
6712  */
6713 static void __init free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat)
6714 {
6715         enum zone_type j;
6716         int nid = pgdat->node_id;
6717
6718         pgdat_init_internals(pgdat);
6719         pgdat->per_cpu_nodestats = &boot_nodestats;
6720
6721         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6722                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
6723                 unsigned long size, freesize, memmap_pages;
6724                 unsigned long zone_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
6725
6726                 size = zone->spanned_pages;
6727                 freesize = zone->present_pages;
6728
6729                 /*
6730                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
6731                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
6732                  * and per-cpu initialisations
6733                  */
6734                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, freesize);
6735                 if (!is_highmem_idx(j)) {
6736                         if (freesize >= memmap_pages) {
6737                                 freesize -= memmap_pages;
6738                                 if (memmap_pages)
6739                                         printk(KERN_DEBUG
6740                                                "  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
6741                                                zone_names[j], memmap_pages);
6742                         } else
6743                                 pr_warn("  %s zone: %lu pages exceeds freesize %lu\n",
6744                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
6745                 }
6746
6747                 /* Account for reserved pages */
6748                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
6749                         freesize -= dma_reserve;
6750                         printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages reserved\n",
6751                                         zone_names[0], dma_reserve);
6752                 }
6753
6754                 if (!is_highmem_idx(j))
6755                         nr_kernel_pages += freesize;
6756                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
6757                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
6758                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
6759                 nr_all_pages += freesize;
6760
6761                 /*
6762                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
6763                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
6764                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
6765                  */
6766                 zone_init_internals(zone, j, nid, freesize);
6767
6768                 if (!size)
6769                         continue;
6770
6771                 set_pageblock_order();
6772                 setup_usemap(pgdat, zone, zone_start_pfn, size);
6773                 init_currently_empty_zone(zone, zone_start_pfn, size);
6774                 memmap_init(size, nid, j, zone_start_pfn);
6775         }
6776 }
6777
6778 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
6779 static void __ref alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
6780 {
6781         unsigned long __maybe_unused start = 0;
6782         unsigned long __maybe_unused offset = 0;
6783
6784         /* Skip empty nodes */
6785         if (!pgdat->node_spanned_pages)
6786                 return;
6787
6788         start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
6789         offset = pgdat->node_start_pfn - start;
6790         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
6791         if (!pgdat->node_mem_map) {
6792                 unsigned long size, end;
6793                 struct page *map;
6794
6795                 /*
6796                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
6797                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
6798                  * for the buddy allocator to function correctly.
6799                  */
6800                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
6801                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
6802                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
6803                 map = memblock_alloc_node(size, SMP_CACHE_BYTES,
6804                                           pgdat->node_id);
6805                 if (!map)
6806                         panic("Failed to allocate %ld bytes for node %d memory map\n",
6807                               size, pgdat->node_id);
6808                 pgdat->node_mem_map = map + offset;
6809         }
6810         pr_debug("%s: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
6811                                 __func__, pgdat->node_id, (unsigned long)pgdat,
6812                                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
6813 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
6814         /*
6815          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
6816          */
6817         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
6818                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
6819 #if defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP) || defined(CONFIG_FLATMEM)
6820                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
6821                         mem_map -= offset;
6822 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6823         }
6824 #endif
6825 }
6826 #else
6827 static void __ref alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat) { }
6828 #endif /* CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
6829
6830 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
6831 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat)
6832 {
6833         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
6834 }
6835 #else
6836 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat) {}
6837 #endif
6838
6839 void __init free_area_init_node(int nid, unsigned long *zones_size,
6840                                    unsigned long node_start_pfn,
6841                                    unsigned long *zholes_size)
6842 {
6843         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6844         unsigned long start_pfn = 0;
6845         unsigned long end_pfn = 0;
6846
6847         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
6848         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->kswapd_classzone_idx);
6849
6850         pgdat->node_id = nid;
6851         pgdat->node_start_pfn = node_start_pfn;
6852         pgdat->per_cpu_nodestats = NULL;
6853 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
6854         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
6855         pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
6856                 (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
6857                 end_pfn ? ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1 : 0);
6858 #else
6859         start_pfn = node_start_pfn;
6860 #endif
6861         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn,
6862                                   zones_size, zholes_size);
6863
6864         alloc_node_mem_map(pgdat);
6865         pgdat_set_deferred_range(pgdat);
6866
6867         free_area_init_core(pgdat);
6868 }
6869
6870 #if !defined(CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP)
6871 /*
6872  * Zero all valid struct pages in range [spfn, epfn), return number of struct
6873  * pages zeroed
6874  */
6875 static u64 zero_pfn_range(unsigned long spfn, unsigned long epfn)
6876 {
6877         unsigned long pfn;
6878         u64 pgcnt = 0;
6879
6880         for (pfn = spfn; pfn < epfn; pfn++) {
6881                 if (!pfn_valid(ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages))) {
6882                         pfn = ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages)
6883                                 + pageblock_nr_pages - 1;
6884                         continue;
6885                 }
6886                 mm_zero_struct_page(pfn_to_page(pfn));
6887                 pgcnt++;
6888         }
6889
6890         return pgcnt;
6891 }
6892
6893 /*
6894  * Only struct pages that are backed by physical memory are zeroed and
6895  * initialized by going through __init_single_page(). But, there are some
6896  * struct pages which are reserved in memblock allocator and their fields
6897  * may be accessed (for example page_to_pfn() on some configuration accesses
6898  * flags). We must explicitly zero those struct pages.
6899  *
6900  * This function also addresses a similar issue where struct pages are left
6901  * uninitialized because the physical address range is not covered by
6902  * memblock.memory or memblock.reserved. That could happen when memblock
6903  * layout is manually configured via memmap=.
6904  */
6905 void __init zero_resv_unavail(void)
6906 {
6907         phys_addr_t start, end;
6908         u64 i, pgcnt;
6909         phys_addr_t next = 0;
6910
6911         /*
6912          * Loop through unavailable ranges not covered by memblock.memory.
6913          */
6914         pgcnt = 0;
6915         for_each_mem_range(i, &memblock.memory, NULL,
6916                         NUMA_NO_NODE, MEMBLOCK_NONE, &start, &end, NULL) {
6917                 if (next < start)
6918                         pgcnt += zero_pfn_range(PFN_DOWN(next), PFN_UP(start));
6919                 next = end;
6920         }
6921         pgcnt += zero_pfn_range(PFN_DOWN(next), max_pfn);
6922
6923         /*
6924          * Struct pages that do not have backing memory. This could be because
6925          * firmware is using some of this memory, or for some other reasons.
6926          */
6927         if (pgcnt)
6928                 pr_info("Zeroed struct page in unavailable ranges: %lld pages", pgcnt);
6929 }
6930 #endif /* !CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
6931
6932 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
6933
6934 #if MAX_NUMNODES > 1
6935 /*
6936  * Figure out the number of possible node ids.
6937  */
6938 void __init setup_nr_node_ids(void)
6939 {
6940         unsigned int highest;
6941
6942         highest = find_last_bit(node_possible_map.bits, MAX_NUMNODES);
6943         nr_node_ids = highest + 1;
6944 }
6945 #endif
6946
6947 /**
6948  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
6949  *
6950  * This function should be called after node map is populated and sorted.
6951  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
6952  * all the nodes.
6953  *
6954  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
6955  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
6956  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
6957  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
6958  *
6959  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
6960  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
6961  * populated node map.
6962  *
6963  * Return: the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
6964  * requirement (single node).
6965  */
6966 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
6967 {
6968         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
6969         unsigned long start, end, mask;
6970         int last_nid = NUMA_NO_NODE;
6971         int i, nid;
6972
6973         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
6974                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
6975                         last_nid = nid;
6976                         last_end = end;
6977                         continue;
6978                 }
6979
6980                 /*
6981                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
6982                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
6983                  * too coarse to separate the current node from the last.
6984                  */
6985                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
6986                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
6987                         mask <<= 1;
6988
6989                 /* accumulate all internode masks */
6990                 accl_mask |= mask;
6991         }
6992
6993         /* convert mask to number of pages */
6994         return ~accl_mask + 1;
6995 }
6996
6997 /* Find the lowest pfn for a node */
6998 static unsigned long __init find_min_pfn_for_node(int nid)
6999 {
7000         unsigned long min_pfn = ULONG_MAX;
7001         unsigned long start_pfn;
7002         int i;
7003
7004         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, NULL, NULL)
7005                 min_pfn = min(min_pfn, start_pfn);
7006
7007         if (min_pfn == ULONG_MAX) {
7008                 pr_warn("Could not find start_pfn for node %d\n", nid);
7009                 return 0;
7010         }
7011
7012         return min_pfn;
7013 }
7014
7015 /**
7016  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
7017  *
7018  * Return: the minimum PFN based on information provided via
7019  * memblock_set_node().
7020  */
7021 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
7022 {
7023         return find_min_pfn_for_node(MAX_NUMNODES);
7024 }
7025
7026 /*
7027  * early_calculate_totalpages()
7028  * Sum pages in active regions for movable zone.
7029  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
7030  */
7031 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
7032 {
7033         unsigned long totalpages = 0;
7034         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7035         int i, nid;
7036
7037         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
7038                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
7039
7040                 totalpages += pages;
7041                 if (pages)
7042                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
7043         }
7044         return totalpages;
7045 }
7046
7047 /*
7048  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
7049  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
7050  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
7051  * others
7052  */
7053 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
7054 {
7055         int i, nid;
7056         unsigned long usable_startpfn;
7057         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
7058         /* save the state before borrow the nodemask */
7059         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
7060         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
7061         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
7062         struct memblock_region *r;
7063
7064         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
7065         find_usable_zone_for_movable();
7066
7067         /*
7068          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
7069          * options.
7070          */
7071         if (movable_node_is_enabled()) {
7072                 for_each_memblock(memory, r) {
7073                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
7074                                 continue;
7075
7076                         nid = r->nid;
7077
7078                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
7079                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
7080                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
7081                                 usable_startpfn;
7082                 }
7083
7084                 goto out2;
7085         }
7086
7087         /*
7088          * If kernelcore=mirror is specified, ignore movablecore option
7089          */
7090         if (mirrored_kernelcore) {
7091                 bool mem_below_4gb_not_mirrored = false;
7092
7093                 for_each_memblock(memory, r) {
7094                         if (memblock_is_mirror(r))
7095                                 continue;
7096
7097                         nid = r->nid;
7098
7099                         usable_startpfn = memblock_region_memory_base_pfn(r);
7100
7101                         if (usable_startpfn < 0x100000) {
7102                                 mem_below_4gb_not_mirrored = true;
7103                                 continue;
7104                         }
7105
7106                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
7107                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
7108                                 usable_startpfn;
7109                 }
7110
7111                 if (mem_below_4gb_not_mirrored)
7112                         pr_warn("This configuration results in unmirrored kernel memory.");
7113
7114                 goto out2;
7115         }
7116
7117         /*
7118          * If kernelcore=nn% or movablecore=nn% was specified, calculate the
7119          * amount of necessary memory.
7120          */
7121         if (required_kernelcore_percent)
7122                 required_kernelcore = (totalpages * 100 * required_kernelcore_percent) /
7123                                        10000UL;
7124         if (required_movablecore_percent)
7125                 required_movablecore = (totalpages * 100 * required_movablecore_percent) /
7126                                         10000UL;
7127
7128         /*
7129          * If movablecore= was specified, calculate what size of
7130          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
7131          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
7132          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
7133          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
7134          * what movablecore would have allowed.
7135          */
7136         if (required_movablecore) {
7137                 unsigned long corepages;
7138
7139                 /*
7140                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
7141                  * was requested by the user
7142                  */
7143                 required_movablecore =
7144                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
7145                 required_movablecore = min(totalpages, required_movablecore);
7146                 corepages = totalpages - required_movablecore;
7147
7148                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
7149         }
7150
7151         /*
7152          * If kernelcore was not specified or kernelcore size is larger
7153          * than totalpages, there is no ZONE_MOVABLE.
7154          */
7155         if (!required_kernelcore || required_kernelcore >= totalpages)
7156                 goto out;
7157
7158         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
7159         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
7160
7161 restart:
7162         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
7163         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
7164         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
7165                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
7166
7167                 /*
7168                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
7169                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
7170                  * amount of memory for the kernel
7171                  */
7172                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
7173                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
7174
7175                 /*
7176                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
7177                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
7178                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
7179                  */
7180                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
7181
7182                 /* Go through each range of PFNs within this node */
7183                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
7184                         unsigned long size_pages;
7185
7186                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
7187                         if (start_pfn >= end_pfn)
7188                                 continue;
7189
7190                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
7191                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
7192                                 unsigned long kernel_pages;
7193                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
7194                                                                 - start_pfn;
7195
7196                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
7197                                                         kernelcore_remaining);
7198                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
7199                                                         required_kernelcore);
7200
7201                                 /* Continue if range is now fully accounted */
7202                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
7203
7204                                         /*
7205                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
7206                                          * that if we have to rebalance
7207                                          * kernelcore across nodes, we will
7208                                          * not double account here
7209                                          */
7210                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
7211                                         continue;
7212                                 }
7213                                 start_pfn = usable_startpfn;
7214                         }
7215
7216                         /*
7217                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
7218                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
7219                          * number of pages used as kernelcore
7220                          */
7221                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
7222                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
7223                                 size_pages = kernelcore_remaining;
7224                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
7225
7226                         /*
7227                          * Some kernelcore has been met, update counts and
7228                          * break if the kernelcore for this node has been
7229                          * satisfied
7230                          */
7231                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
7232                                                                 size_pages);
7233                         kernelcore_remaining -= size_pages;
7234                         if (!kernelcore_remaining)
7235                                 break;
7236                 }
7237         }
7238
7239         /*
7240          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
7241          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
7242          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
7243          * satisfied
7244          */
7245         usable_nodes--;
7246         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
7247                 goto restart;
7248
7249 out2:
7250         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
7251         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++)
7252                 zone_movable_pfn[nid] =
7253                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
7254
7255 out:
7256         /* restore the node_state */
7257         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
7258 }
7259
7260 /* Any regular or high memory on that node ? */
7261 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
7262 {
7263         enum zone_type zone_type;
7264
7265         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
7266                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
7267                 if (populated_zone(zone)) {
7268                         if (IS_ENABLED(CONFIG_HIGHMEM))
7269                                 node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
7270                         if (zone_type <= ZONE_NORMAL)
7271                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
7272                         break;
7273                 }
7274         }
7275 }
7276
7277 /**
7278  * free_area_init_nodes - Initialise all pg_data_t and zone data
7279  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
7280  *
7281  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
7282  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
7283  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
7284  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
7285  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
7286  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
7287  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
7288  * at arch_max_dma_pfn.
7289  */
7290 void __init free_area_init_nodes(unsigned long *max_zone_pfn)
7291 {
7292         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7293         int i, nid;
7294
7295         /* Record where the zone boundaries are */
7296         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
7297                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
7298         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
7299                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
7300
7301         start_pfn = find_min_pfn_with_active_regions();
7302
7303         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7304                 if (i == ZONE_MOVABLE)
7305                         continue;
7306
7307                 end_pfn = max(max_zone_pfn[i], start_pfn);
7308                 arch_zone_lowest_possible_pfn[i] = start_pfn;
7309                 arch_zone_highest_possible_pfn[i] = end_pfn;
7310
7311                 start_pfn = end_pfn;
7312         }
7313
7314         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
7315         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
7316         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
7317
7318         /* Print out the zone ranges */
7319         pr_info("Zone ranges:\n");
7320         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7321                 if (i == ZONE_MOVABLE)
7322                         continue;
7323                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
7324                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
7325                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
7326                         pr_cont("empty\n");
7327                 else
7328                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
7329                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
7330                                         << PAGE_SHIFT,
7331                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
7332                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
7333         }
7334
7335         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
7336         pr_info("Movable zone start for each node\n");
7337         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
7338                 if (zone_movable_pfn[i])
7339                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
7340                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
7341         }
7342
7343         /*
7344          * Print out the early node map, and initialize the
7345          * subsection-map relative to active online memory ranges to
7346          * enable future "sub-section" extensions of the memory map.
7347          */
7348         pr_info("Early memory node ranges\n");
7349         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
7350                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
7351                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
7352                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
7353                 subsection_map_init(start_pfn, end_pfn - start_pfn);
7354         }
7355
7356         /* Initialise every node */
7357         mminit_verify_pageflags_layout();
7358         setup_nr_node_ids();
7359         zero_resv_unavail();
7360         for_each_online_node(nid) {
7361                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
7362                 free_area_init_node(nid, NULL,
7363                                 find_min_pfn_for_node(nid), NULL);
7364
7365                 /* Any memory on that node */
7366                 if (pgdat->node_present_pages)
7367                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
7368                 check_for_memory(pgdat, nid);
7369         }
7370 }
7371
7372 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core,
7373                                      unsigned long *percent)
7374 {
7375         unsigned long long coremem;
7376         char *endptr;
7377
7378         if (!p)
7379                 return -EINVAL;
7380
7381         /* Value may be a percentage of total memory, otherwise bytes */
7382         coremem = simple_strtoull(p, &endptr, 0);
7383         if (*endptr == '%') {
7384                 /* Paranoid check for percent values greater than 100 */
7385                 WARN_ON(coremem > 100);
7386
7387                 *percent = coremem;
7388         } else {
7389                 coremem = memparse(p, &p);
7390                 /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
7391                 WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
7392
7393                 *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
7394                 *percent = 0UL;
7395         }
7396         return 0;
7397 }
7398
7399 /*
7400  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
7401  * cannot be reclaimed or migrated.
7402  */
7403 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
7404 {
7405         /* parse kernelcore=mirror */
7406         if (parse_option_str(p, "mirror")) {
7407                 mirrored_kernelcore = true;
7408                 return 0;
7409         }
7410
7411         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore,
7412                                   &required_kernelcore_percent);
7413 }
7414
7415 /*
7416  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
7417  * can be reclaimed or migrated.
7418  */
7419 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
7420 {
7421         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore,
7422                                   &required_movablecore_percent);
7423 }
7424
7425 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
7426 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
7427
7428 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
7429
7430 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
7431 {
7432         atomic_long_add(count, &page_zone(page)->managed_pages);
7433         totalram_pages_add(count);
7434 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
7435         if (PageHighMem(page))
7436                 totalhigh_pages_add(count);
7437 #endif
7438 }
7439 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
7440
7441 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, const char *s)
7442 {
7443         void *pos;
7444         unsigned long pages = 0;
7445
7446         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
7447         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
7448         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
7449                 struct page *page = virt_to_page(pos);
7450                 void *direct_map_addr;
7451
7452                 /*
7453                  * 'direct_map_addr' might be different from 'pos'
7454                  * because some architectures' virt_to_page()
7455                  * work with aliases.  Getting the direct map
7456                  * address ensures that we get a _writeable_
7457                  * alias for the memset().
7458                  */
7459                 direct_map_addr = page_address(page);
7460                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
7461                         memset(direct_map_addr, poison, PAGE_SIZE);
7462
7463                 free_reserved_page(page);
7464         }
7465
7466         if (pages && s)
7467                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK\n",
7468                         s, pages << (PAGE_SHIFT - 10));
7469
7470         return pages;
7471 }
7472
7473 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7474 void free_highmem_page(struct page *page)
7475 {
7476         __free_reserved_page(page);
7477         totalram_pages_inc();
7478         atomic_long_inc(&page_zone(page)->managed_pages);
7479         totalhigh_pages_inc();
7480 }
7481 #endif
7482
7483
7484 void __init mem_init_print_info(const char *str)
7485 {
7486         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
7487         unsigned long init_code_size, init_data_size;
7488
7489         physpages = get_num_physpages();
7490         codesize = _etext - _stext;
7491         datasize = _edata - _sdata;
7492         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
7493         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
7494         init_data_size = __init_end - __init_begin;
7495         init_code_size = _einittext - _sinittext;
7496
7497         /*
7498          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
7499          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
7500          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
7501          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
7502          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
7503          */
7504 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
7505         do { \
7506                 if (start <= pos && pos < end && size > adj) \
7507                         size -= adj; \
7508         } while (0)
7509
7510         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
7511                      _sinittext, init_code_size);
7512         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
7513         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
7514         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
7515         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
7516
7517 #undef  adj_init_size
7518
7519         pr_info("Memory: %luK/%luK available (%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, %luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
7520 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7521                 ", %luK highmem"
7522 #endif
7523                 "%s%s)\n",
7524                 nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
7525                 physpages << (PAGE_SHIFT - 10),
7526                 codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
7527                 (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
7528                 (physpages - totalram_pages() - totalcma_pages) << (PAGE_SHIFT - 10),
7529                 totalcma_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
7530 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7531                 totalhigh_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
7532 #endif
7533                 str ? ", " : "", str ? str : "");
7534 }
7535
7536 /**
7537  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
7538  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
7539  *
7540  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by managed_pages.
7541  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
7542  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
7543  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
7544  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
7545  * smaller per-cpu batchsize.
7546  */
7547 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
7548 {
7549         dma_reserve = new_dma_reserve;
7550 }
7551
7552 void __init free_area_init(unsigned long *zones_size)
7553 {
7554         zero_resv_unavail();
7555         free_area_init_node(0, zones_size,
7556                         __pa(PAGE_OFFSET) >> PAGE_SHIFT, NULL);
7557 }
7558
7559 static int page_alloc_cpu_dead(unsigned int cpu)
7560 {
7561
7562         lru_add_drain_cpu(cpu);
7563         drain_pages(cpu);
7564
7565         /*
7566          * Spill the event counters of the dead processor
7567          * into the current processors event counters.
7568          * This artificially elevates the count of the current
7569          * processor.
7570          */
7571         vm_events_fold_cpu(cpu);
7572
7573         /*
7574          * Zero the differential counters of the dead processor
7575          * so that the vm statistics are consistent.
7576          *
7577          * This is only okay since the processor is dead and cannot
7578          * race with what we are doing.
7579          */
7580         cpu_vm_stats_fold(cpu);
7581         return 0;
7582 }
7583
7584 #ifdef CONFIG_NUMA
7585 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
7586
7587 static int __init set_hashdist(char *str)
7588 {
7589         if (!str)
7590                 return 0;
7591         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
7592         return 1;
7593 }
7594 __setup("hashdist=", set_hashdist);
7595 #endif
7596
7597 void __init page_alloc_init(void)
7598 {
7599         int ret;
7600
7601 #ifdef CONFIG_NUMA
7602         if (num_node_state(N_MEMORY) == 1)
7603                 hashdist = 0;
7604 #endif
7605
7606         ret = cpuhp_setup_state_nocalls(CPUHP_PAGE_ALLOC_DEAD,
7607                                         "mm/page_alloc:dead", NULL,
7608                                         page_alloc_cpu_dead);
7609         WARN_ON(ret < 0);
7610 }
7611
7612 /*
7613  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
7614  *      or min_free_kbytes changes.
7615  */
7616 static void calculate_totalreserve_pages(void)
7617 {
7618         struct pglist_data *pgdat;
7619         unsigned long reserve_pages = 0;
7620         enum zone_type i, j;
7621
7622         for_each_online_pgdat(pgdat) {
7623
7624                 pgdat->totalreserve_pages = 0;
7625
7626                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7627                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
7628                         long max = 0;
7629                         unsigned long managed_pages = zone_managed_pages(zone);
7630
7631                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
7632                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
7633                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
7634                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
7635                         }
7636
7637                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
7638                         max += high_wmark_pages(zone);
7639
7640                         if (max > managed_pages)
7641                                 max = managed_pages;
7642
7643                         pgdat->totalreserve_pages += max;
7644
7645                         reserve_pages += max;
7646                 }
7647         }
7648         totalreserve_pages = reserve_pages;
7649 }
7650
7651 /*
7652  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
7653  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
7654  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
7655  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
7656  */
7657 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
7658 {
7659         struct pglist_data *pgdat;
7660         enum zone_type j, idx;
7661
7662         for_each_online_pgdat(pgdat) {
7663                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
7664                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
7665                         unsigned long managed_pages = zone_managed_pages(zone);
7666
7667                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
7668
7669                         idx = j;
7670                         while (idx) {
7671                                 struct zone *lower_zone;
7672
7673                                 idx--;
7674                                 lower_zone = pgdat->node_zones + idx;
7675
7676                                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] < 1) {
7677                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] = 0;
7678                                         lower_zone->lowmem_reserve[j] = 0;
7679                                 } else {
7680                                         lower_zone->lowmem_reserve[j] =
7681                                                 managed_pages / sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx];
7682                                 }
7683                                 managed_pages += zone_managed_pages(lower_zone);
7684                         }
7685                 }
7686         }
7687
7688         /* update totalreserve_pages */
7689         calculate_totalreserve_pages();
7690 }
7691
7692 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
7693 {
7694         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
7695         unsigned long lowmem_pages = 0;
7696         struct zone *zone;
7697         unsigned long flags;
7698
7699         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
7700         for_each_zone(zone) {
7701                 if (!is_highmem(zone))
7702                         lowmem_pages += zone_managed_pages(zone);
7703         }
7704
7705         for_each_zone(zone) {
7706                 u64 tmp;
7707
7708                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7709                 tmp = (u64)pages_min * zone_managed_pages(zone);
7710                 do_div(tmp, lowmem_pages);
7711                 if (is_highmem(zone)) {
7712                         /*
7713                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
7714                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
7715                          * value here.
7716                          *
7717                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
7718                          * deltas control async page reclaim, and so should
7719                          * not be capped for highmem.
7720                          */
7721                         unsigned long min_pages;
7722
7723                         min_pages = zone_managed_pages(zone) / 1024;
7724                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
7725                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
7726                 } else {
7727                         /*
7728                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
7729                          * proportionate to the zone's size.
7730                          */
7731                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = tmp;
7732                 }
7733
7734                 /*
7735                  * Set the kswapd watermarks distance according to the
7736                  * scale factor in proportion to available memory, but
7737                  * ensure a minimum size on small systems.
7738                  */
7739                 tmp = max_t(u64, tmp >> 2,
7740                             mult_frac(zone_managed_pages(zone),
7741                                       watermark_scale_factor, 10000));
7742
7743                 zone->_watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + tmp;
7744                 zone->_watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) + tmp * 2;
7745                 zone->watermark_boost = 0;
7746
7747                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7748         }
7749
7750         /* update totalreserve_pages */
7751         calculate_totalreserve_pages();
7752 }
7753
7754 /**
7755  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
7756  * or when memory is hot-{added|removed}
7757  *
7758  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
7759  * correctly with respect to min_free_kbytes.
7760  */
7761 void setup_per_zone_wmarks(void)
7762 {
7763         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
7764
7765         spin_lock(&lock);
7766         __setup_per_zone_wmarks();
7767         spin_unlock(&lock);
7768 }
7769
7770 /*
7771  * Initialise min_free_kbytes.
7772  *
7773  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
7774  * we want it large (64MB max).  But it is not linear, because network
7775  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
7776  *
7777  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
7778  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
7779  *
7780  * which yields
7781  *
7782  * 16MB:        512k
7783  * 32MB:        724k
7784  * 64MB:        1024k
7785  * 128MB:       1448k
7786  * 256MB:       2048k
7787  * 512MB:       2896k
7788  * 1024MB:      4096k
7789  * 2048MB:      5792k
7790  * 4096MB:      8192k
7791  * 8192MB:      11584k
7792  * 16384MB:     16384k
7793  */
7794 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
7795 {
7796         unsigned long lowmem_kbytes;
7797         int new_min_free_kbytes;
7798
7799         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
7800         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
7801
7802         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes) {
7803                 min_free_kbytes = new_min_free_kbytes;
7804                 if (min_free_kbytes < 128)
7805                         min_free_kbytes = 128;
7806                 if (min_free_kbytes > 65536)
7807                         min_free_kbytes = 65536;
7808         } else {
7809                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
7810                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
7811         }
7812         setup_per_zone_wmarks();
7813         refresh_zone_stat_thresholds();
7814         setup_per_zone_lowmem_reserve();
7815
7816 #ifdef CONFIG_NUMA
7817         setup_min_unmapped_ratio();
7818         setup_min_slab_ratio();
7819 #endif
7820
7821         return 0;
7822 }
7823 core_initcall(init_per_zone_wmark_min)
7824
7825 /*
7826  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
7827  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
7828  *      changes.
7829  */
7830 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7831         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7832 {
7833         int rc;
7834
7835         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7836         if (rc)
7837                 return rc;
7838
7839         if (write) {
7840                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
7841                 setup_per_zone_wmarks();
7842         }
7843         return 0;
7844 }
7845
7846 int watermark_boost_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7847         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7848 {
7849         int rc;
7850
7851         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7852         if (rc)
7853                 return rc;
7854
7855         return 0;
7856 }
7857
7858 int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7859         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7860 {
7861         int rc;
7862
7863         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7864         if (rc)
7865                 return rc;
7866
7867         if (write)
7868                 setup_per_zone_wmarks();
7869
7870         return 0;
7871 }
7872
7873 #ifdef CONFIG_NUMA
7874 static void setup_min_unmapped_ratio(void)
7875 {
7876         pg_data_t *pgdat;
7877         struct zone *zone;
7878
7879         for_each_online_pgdat(pgdat)
7880                 pgdat->min_unmapped_pages = 0;
7881
7882         for_each_zone(zone)
7883                 zone->zone_pgdat->min_unmapped_pages += (zone_managed_pages(zone) *
7884                                                          sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
7885 }
7886
7887
7888 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7889         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7890 {
7891         int rc;
7892
7893         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7894         if (rc)
7895                 return rc;
7896
7897         setup_min_unmapped_ratio();
7898
7899         return 0;
7900 }
7901
7902 static void setup_min_slab_ratio(void)
7903 {
7904         pg_data_t *pgdat;
7905         struct zone *zone;
7906
7907         for_each_online_pgdat(pgdat)
7908                 pgdat->min_slab_pages = 0;
7909
7910         for_each_zone(zone)
7911                 zone->zone_pgdat->min_slab_pages += (zone_managed_pages(zone) *
7912                                                      sysctl_min_slab_ratio) / 100;
7913 }
7914
7915 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7916         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7917 {
7918         int rc;
7919
7920         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7921         if (rc)
7922                 return rc;
7923
7924         setup_min_slab_ratio();
7925
7926         return 0;
7927 }
7928 #endif
7929
7930 /*
7931  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
7932  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
7933  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
7934  *
7935  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
7936  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
7937  * if in function of the boot time zone sizes.
7938  */
7939 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7940         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7941 {
7942         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7943         setup_per_zone_lowmem_reserve();
7944         return 0;
7945 }
7946
7947 /*
7948  * percpu_pagelist_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
7949  * cpu.  It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
7950  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
7951  */
7952 int percpu_pagelist_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7953         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7954 {
7955         struct zone *zone;
7956         int old_percpu_pagelist_fraction;
7957         int ret;
7958
7959         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
7960         old_percpu_pagelist_fraction = percpu_pagelist_fraction;
7961
7962         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7963         if (!write || ret < 0)
7964                 goto out;
7965
7966         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
7967         if (percpu_pagelist_fraction &&
7968             percpu_pagelist_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION) {
7969                 percpu_pagelist_fraction = old_percpu_pagelist_fraction;
7970                 ret = -EINVAL;
7971                 goto out;
7972         }
7973
7974         /* No change? */
7975         if (percpu_pagelist_fraction == old_percpu_pagelist_fraction)
7976                 goto out;
7977
7978         for_each_populated_zone(zone) {
7979                 unsigned int cpu;
7980
7981                 for_each_possible_cpu(cpu)
7982                         pageset_set_high_and_batch(zone,
7983                                         per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
7984         }
7985 out:
7986         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
7987         return ret;
7988 }
7989
7990 #ifndef __HAVE_ARCH_RESERVED_KERNEL_PAGES
7991 /*
7992  * Returns the number of pages that arch has reserved but
7993  * is not known to alloc_large_system_hash().
7994  */
7995 static unsigned long __init arch_reserved_kernel_pages(void)
7996 {
7997         return 0;
7998 }
7999 #endif
8000
8001 /*
8002  * Adaptive scale is meant to reduce sizes of hash tables on large memory
8003  * machines. As memory size is increased the scale is also increased but at
8004  * slower pace.  Starting from ADAPT_SCALE_BASE (64G), every time memory
8005  * quadruples the scale is increased by one, which means the size of hash table
8006  * only doubles, instead of quadrupling as well.
8007  * Because 32-bit systems cannot have large physical memory, where this scaling
8008  * makes sense, it is disabled on such platforms.
8009  */
8010 #if __BITS_PER_LONG > 32
8011 #define ADAPT_SCALE_BASE        (64ul << 30)
8012 #define ADAPT_SCALE_SHIFT       2
8013 #define ADAPT_SCALE_NPAGES      (ADAPT_SCALE_BASE >> PAGE_SHIFT)
8014 #endif
8015
8016 /*
8017  * allocate a large system hash table from bootmem
8018  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
8019  *   quantity of entries
8020  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
8021  */
8022 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
8023                                      unsigned long bucketsize,
8024                                      unsigned long numentries,
8025                                      int scale,
8026                                      int flags,
8027                                      unsigned int *_hash_shift,
8028                                      unsigned int *_hash_mask,
8029                                      unsigned long low_limit,
8030                                      unsigned long high_limit)
8031 {
8032         unsigned long long max = high_limit;
8033         unsigned long log2qty, size;
8034         void *table = NULL;
8035         gfp_t gfp_flags;
8036         bool virt;
8037
8038         /* allow the kernel cmdline to have a say */
8039         if (!numentries) {
8040                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
8041                 numentries = nr_kernel_pages;
8042                 numentries -= arch_reserved_kernel_pages();
8043
8044                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
8045                 if (PAGE_SHIFT < 20)
8046                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
8047
8048 #if __BITS_PER_LONG > 32
8049                 if (!high_limit) {
8050                         unsigned long adapt;
8051
8052                         for (adapt = ADAPT_SCALE_NPAGES; adapt < numentries;
8053                              adapt <<= ADAPT_SCALE_SHIFT)
8054                                 scale++;
8055                 }
8056 #endif
8057
8058                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
8059                 if (scale > PAGE_SHIFT)
8060                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
8061                 else
8062                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
8063
8064                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
8065                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
8066                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
8067                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
8068                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
8069                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
8070                                 BUG_ON(!numentries);
8071                         }
8072                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
8073                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
8074         }
8075         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
8076
8077         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
8078         if (max == 0) {
8079                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
8080                 do_div(max, bucketsize);
8081         }
8082         max = min(max, 0x80000000ULL);
8083
8084         if (numentries < low_limit)
8085                 numentries = low_limit;
8086         if (numentries > max)
8087                 numentries = max;
8088
8089         log2qty = ilog2(numentries);
8090
8091         gfp_flags = (flags & HASH_ZERO) ? GFP_ATOMIC | __GFP_ZERO : GFP_ATOMIC;
8092         do {
8093                 virt = false;
8094                 size = bucketsize << log2qty;
8095                 if (flags & HASH_EARLY) {
8096                         if (flags & HASH_ZERO)
8097                                 table = memblock_alloc(size, SMP_CACHE_BYTES);
8098                         else
8099                                 table = memblock_alloc_raw(size,
8100                                                            SMP_CACHE_BYTES);
8101                 } else if (get_order(size) >= MAX_ORDER || hashdist) {
8102                         table = __vmalloc(size, gfp_flags, PAGE_KERNEL);
8103                         virt = true;
8104                 } else {
8105                         /*
8106                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
8107                          * some pages at the end of hash table which
8108                          * alloc_pages_exact() automatically does
8109                          */
8110                         table = alloc_pages_exact(size, gfp_flags);
8111                         kmemleak_alloc(table, size, 1, gfp_flags);
8112                 }
8113         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
8114
8115         if (!table)
8116                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
8117
8118         pr_info("%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes, %s)\n",
8119                 tablename, 1UL << log2qty, ilog2(size) - PAGE_SHIFT, size,
8120                 virt ? "vmalloc" : "linear");
8121
8122         if (_hash_shift)
8123                 *_hash_shift = log2qty;
8124         if (_hash_mask)
8125                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
8126
8127         return table;
8128 }
8129
8130 /*
8131  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
8132  * If @count is not zero, it is okay to include less @count unmovable pages
8133  *
8134  * PageLRU check without isolation or lru_lock could race so that
8135  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. And __PageMovable
8136  * check without lock_page also may miss some movable non-lru pages at
8137  * race condition. So you can't expect this function should be exact.
8138  */
8139 bool has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page, int count,
8140                          int migratetype, int flags)
8141 {
8142         unsigned long found;
8143         unsigned long iter = 0;
8144         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8145         const char *reason = "unmovable page";
8146
8147         /*
8148          * TODO we could make this much more efficient by not checking every
8149          * page in the range if we know all of them are in MOVABLE_ZONE and
8150          * that the movable zone guarantees that pages are migratable but
8151          * the later is not the case right now unfortunatelly. E.g. movablecore
8152          * can still lead to having bootmem allocations in zone_movable.
8153          */
8154
8155         if (is_migrate_cma_page(page)) {
8156                 /*
8157                  * CMA allocations (alloc_contig_range) really need to mark
8158                  * isolate CMA pageblocks even when they are not movable in fact
8159                  * so consider them movable here.
8160                  */
8161                 if (is_migrate_cma(migratetype))
8162                         return false;
8163
8164                 reason = "CMA page";
8165                 goto unmovable;
8166         }
8167
8168         for (found = 0; iter < pageblock_nr_pages; iter++) {
8169                 unsigned long check = pfn + iter;
8170
8171                 if (!pfn_valid_within(check))
8172                         continue;
8173
8174                 page = pfn_to_page(check);
8175
8176                 if (PageReserved(page))
8177                         goto unmovable;
8178
8179                 /*
8180                  * If the zone is movable and we have ruled out all reserved
8181                  * pages then it should be reasonably safe to assume the rest
8182                  * is movable.
8183                  */
8184                 if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
8185                         continue;
8186
8187                 /*
8188                  * Hugepages are not in LRU lists, but they're movable.
8189                  * We need not scan over tail pages because we don't
8190                  * handle each tail page individually in migration.
8191                  */
8192                 if (PageHuge(page)) {
8193                         struct page *head = compound_head(page);
8194                         unsigned int skip_pages;
8195
8196                         if (!hugepage_migration_supported(page_hstate(head)))
8197                                 goto unmovable;
8198
8199                         skip_pages = (1 << compound_order(head)) - (page - head);
8200                         iter += skip_pages - 1;
8201                         continue;
8202                 }
8203
8204                 /*
8205                  * We can't use page_count without pin a page
8206                  * because another CPU can free compound page.
8207                  * This check already skips compound tails of THP
8208                  * because their page->_refcount is zero at all time.
8209                  */
8210                 if (!page_ref_count(page)) {
8211                         if (PageBuddy(page))
8212                                 iter += (1 << page_order(page)) - 1;
8213                         continue;
8214                 }
8215
8216                 /*
8217                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
8218                  * page_count() is not 0.
8219                  */
8220                 if ((flags & SKIP_HWPOISON) && PageHWPoison(page))
8221                         continue;
8222
8223                 if (__PageMovable(page))
8224                         continue;
8225
8226                 if (!PageLRU(page))
8227                         found++;
8228                 /*
8229                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check
8230                  * it.  But now, memory offline itself doesn't call
8231                  * shrink_node_slabs() and it still to be fixed.
8232                  */
8233                 /*
8234                  * If the page is not RAM, page_count()should be 0.
8235                  * we don't need more check. This is an _used_ not-movable page.
8236                  *
8237                  * The problematic thing here is PG_reserved pages. PG_reserved
8238                  * is set to both of a memory hole page and a _used_ kernel
8239                  * page at boot.
8240                  */
8241                 if (found > count)
8242                         goto unmovable;
8243         }
8244         return false;
8245 unmovable:
8246         WARN_ON_ONCE(zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE);
8247         if (flags & REPORT_FAILURE)
8248                 dump_page(pfn_to_page(pfn + iter), reason);
8249         return true;
8250 }
8251
8252 #ifdef CONFIG_CONTIG_ALLOC
8253 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
8254 {
8255         return pfn & ~(max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
8256                              pageblock_nr_pages) - 1);
8257 }
8258
8259 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
8260 {
8261         return ALIGN(pfn, max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
8262                                 pageblock_nr_pages));
8263 }
8264
8265 /* [start, end) must belong to a single zone. */
8266 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
8267                                         unsigned long start, unsigned long end)
8268 {
8269         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
8270         unsigned long nr_reclaimed;
8271         unsigned long pfn = start;
8272         unsigned int tries = 0;
8273         int ret = 0;
8274
8275         migrate_prep();
8276
8277         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
8278                 if (fatal_signal_pending(current)) {
8279                         ret = -EINTR;
8280                         break;
8281                 }
8282
8283                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
8284                         cc->nr_migratepages = 0;
8285                         pfn = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
8286                         if (!pfn) {
8287                                 ret = -EINTR;
8288                                 break;
8289                         }
8290                         tries = 0;
8291                 } else if (++tries == 5) {
8292                         ret = ret < 0 ? ret : -EBUSY;
8293                         break;
8294                 }
8295
8296                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
8297                                                         &cc->migratepages);
8298                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
8299
8300                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migrate_target,
8301                                     NULL, 0, cc->mode, MR_CONTIG_RANGE);
8302         }
8303         if (ret < 0) {
8304                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
8305                 return ret;
8306         }
8307         return 0;
8308 }
8309
8310 /**
8311  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
8312  * @start:      start PFN to allocate
8313  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
8314  * @migratetype:        migratetype of the underlaying pageblocks (either
8315  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
8316  *                      in range must have the same migratetype and it must
8317  *                      be either of the two.
8318  * @gfp_mask:   GFP mask to use during compaction
8319  *
8320  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
8321  * aligned.  The PFN range must belong to a single zone.
8322  *
8323  * The first thing this routine does is attempt to MIGRATE_ISOLATE all
8324  * pageblocks in the range.  Once isolated, the pageblocks should not
8325  * be modified by others.
8326  *
8327  * Return: zero on success or negative error code.  On success all
8328  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
8329  * need to be freed with free_contig_range().
8330  */
8331 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
8332                        unsigned migratetype, gfp_t gfp_mask)
8333 {
8334         unsigned long outer_start, outer_end;
8335         unsigned int order;
8336         int ret = 0;
8337
8338         struct compact_control cc = {
8339                 .nr_migratepages = 0,
8340                 .order = -1,
8341                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
8342                 .mode = MIGRATE_SYNC,
8343                 .ignore_skip_hint = true,
8344                 .no_set_skip_hint = true,
8345                 .gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask),
8346         };
8347         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
8348
8349         /*
8350          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
8351          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
8352          * have different sizes, and due to the way page allocator
8353          * work, we align the range to biggest of the two pages so
8354          * that page allocator won't try to merge buddies from
8355          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
8356          * other migration type.
8357          *
8358          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
8359          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
8360          * we are interested in).  This will put all the pages in
8361          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
8362          *
8363          * When this is done, we take the pages in range from page
8364          * allocator removing them from the buddy system.  This way
8365          * page allocator will never consider using them.
8366          *
8367          * This lets us mark the pageblocks back as
8368          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
8369          * aligned range but not in the unaligned, original range are
8370          * put back to page allocator so that buddy can use them.
8371          */
8372
8373         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
8374                                        pfn_max_align_up(end), migratetype, 0);
8375         if (ret < 0)
8376                 return ret;
8377
8378         /*
8379          * In case of -EBUSY, we'd like to know which page causes problem.
8380          * So, just fall through. test_pages_isolated() has a tracepoint
8381          * which will report the busy page.
8382          *
8383          * It is possible that busy pages could become available before
8384          * the call to test_pages_isolated, and the range will actually be
8385          * allocated.  So, if we fall through be sure to clear ret so that
8386          * -EBUSY is not accidentally used or returned to caller.
8387          */
8388         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
8389         if (ret && ret != -EBUSY)
8390                 goto done;
8391         ret =0;
8392
8393         /*
8394          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
8395          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
8396          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
8397          * What we are going to do is to allocate all pages from
8398          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
8399          *
8400          * The only problem is that pages at the beginning and at the
8401          * end of interesting range may be not aligned with pages that
8402          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
8403          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
8404          * once this is done free the pages we are not interested in.
8405          *
8406          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
8407          * isolated thus they won't get removed from buddy.
8408          */
8409
8410         lru_add_drain_all();
8411
8412         order = 0;
8413         outer_start = start;
8414         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
8415                 if (++order >= MAX_ORDER) {
8416                         outer_start = start;
8417                         break;
8418                 }
8419                 outer_start &= ~0UL << order;
8420         }
8421
8422         if (outer_start != start) {
8423                 order = page_order(pfn_to_page(outer_start));
8424
8425                 /*
8426                  * outer_start page could be small order buddy page and
8427                  * it doesn't include start page. Adjust outer_start
8428                  * in this case to report failed page properly
8429                  * on tracepoint in test_pages_isolated()
8430                  */
8431                 if (outer_start + (1UL << order) <= start)
8432                         outer_start = start;
8433         }
8434
8435         /* Make sure the range is really isolated. */
8436         if (test_pages_isolated(outer_start, end, false)) {
8437                 pr_info_ratelimited("%s: [%lx, %lx) PFNs busy\n",
8438                         __func__, outer_start, end);
8439                 ret = -EBUSY;
8440                 goto done;
8441         }
8442
8443         /* Grab isolated pages from freelists. */
8444         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
8445         if (!outer_end) {
8446                 ret = -EBUSY;
8447                 goto done;
8448         }
8449
8450         /* Free head and tail (if any) */
8451         if (start != outer_start)
8452                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
8453         if (end != outer_end)
8454                 free_contig_range(end, outer_end - end);
8455
8456 done:
8457         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
8458                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
8459         return ret;
8460 }
8461 #endif /* CONFIG_CONTIG_ALLOC */
8462
8463 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned int nr_pages)
8464 {
8465         unsigned int count = 0;
8466
8467         for (; nr_pages--; pfn++) {
8468                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
8469
8470                 count += page_count(page) != 1;
8471                 __free_page(page);
8472         }
8473         WARN(count != 0, "%d pages are still in use!\n", count);
8474 }
8475
8476 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
8477 /*
8478  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
8479  * page high values need to be recalulated.
8480  */
8481 void __meminit zone_pcp_update(struct zone *zone)
8482 {
8483         unsigned cpu;
8484         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
8485         for_each_possible_cpu(cpu)
8486                 pageset_set_high_and_batch(zone,
8487                                 per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
8488         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
8489 }
8490 #endif
8491
8492 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
8493 {
8494         unsigned long flags;
8495         int cpu;
8496         struct per_cpu_pageset *pset;
8497
8498         /* avoid races with drain_pages()  */
8499         local_irq_save(flags);
8500         if (zone->pageset != &boot_pageset) {
8501                 for_each_online_cpu(cpu) {
8502                         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
8503                         drain_zonestat(zone, pset);
8504                 }
8505                 free_percpu(zone->pageset);
8506                 zone->pageset = &boot_pageset;
8507         }
8508         local_irq_restore(flags);
8509 }
8510
8511 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
8512 /*
8513  * All pages in the range must be in a single zone and isolated
8514  * before calling this.
8515  */
8516 unsigned long
8517 __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
8518 {
8519         struct page *page;
8520         struct zone *zone;
8521         unsigned int order, i;
8522         unsigned long pfn;
8523         unsigned long flags;
8524         unsigned long offlined_pages = 0;
8525
8526         /* find the first valid pfn */
8527         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++)
8528                 if (pfn_valid(pfn))
8529                         break;
8530         if (pfn == end_pfn)
8531                 return offlined_pages;
8532
8533         offline_mem_sections(pfn, end_pfn);
8534         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
8535         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8536         pfn = start_pfn;
8537         while (pfn < end_pfn) {
8538                 if (!pfn_valid(pfn)) {
8539                         pfn++;
8540                         continue;
8541                 }
8542                 page = pfn_to_page(pfn);
8543                 /*
8544                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
8545                  * page_count() is not 0.
8546                  */
8547                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
8548                         pfn++;
8549                         SetPageReserved(page);
8550                         offlined_pages++;
8551                         continue;
8552                 }
8553
8554                 BUG_ON(page_count(page));
8555                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
8556                 order = page_order(page);
8557                 offlined_pages += 1 << order;
8558 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
8559                 pr_info("remove from free list %lx %d %lx\n",
8560                         pfn, 1 << order, end_pfn);
8561 #endif
8562                 del_page_from_free_area(page, &zone->free_area[order]);
8563                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
8564                         SetPageReserved((page+i));
8565                 pfn += (1 << order);
8566         }
8567         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8568
8569         return offlined_pages;
8570 }
8571 #endif
8572
8573 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
8574 {
8575         struct zone *zone = page_zone(page);
8576         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8577         unsigned long flags;
8578         unsigned int order;
8579
8580         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8581         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
8582                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
8583
8584                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order)
8585                         break;
8586         }
8587         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8588
8589         return order < MAX_ORDER;
8590 }
8591
8592 #ifdef CONFIG_MEMORY_FAILURE
8593 /*
8594  * Set PG_hwpoison flag if a given page is confirmed to be a free page.  This
8595  * test is performed under the zone lock to prevent a race against page
8596  * allocation.
8597  */
8598 bool set_hwpoison_free_buddy_page(struct page *page)
8599 {
8600         struct zone *zone = page_zone(page);
8601         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8602         unsigned long flags;
8603         unsigned int order;
8604         bool hwpoisoned = false;
8605
8606         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8607         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
8608                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
8609
8610                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order) {
8611                         if (!TestSetPageHWPoison(page))
8612                                 hwpoisoned = true;
8613                         break;
8614                 }
8615         }
8616         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8617
8618         return hwpoisoned;
8619 }
8620 #endif