Merge branch 'i2c/for-4.17' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/wsa...
[sfrench/cifs-2.6.git] / mm / page_alloc.c
1 /*
2  *  linux/mm/page_alloc.c
3  *
4  *  Manages the free list, the system allocates free pages here.
5  *  Note that kmalloc() lives in slab.c
6  *
7  *  Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
8  *  Swap reorganised 29.12.95, Stephen Tweedie
9  *  Support of BIGMEM added by Gerhard Wichert, Siemens AG, July 1999
10  *  Reshaped it to be a zoned allocator, Ingo Molnar, Red Hat, 1999
11  *  Discontiguous memory support, Kanoj Sarcar, SGI, Nov 1999
12  *  Zone balancing, Kanoj Sarcar, SGI, Jan 2000
13  *  Per cpu hot/cold page lists, bulk allocation, Martin J. Bligh, Sept 2002
14  *          (lots of bits borrowed from Ingo Molnar & Andrew Morton)
15  */
16
17 #include <linux/stddef.h>
18 #include <linux/mm.h>
19 #include <linux/swap.h>
20 #include <linux/interrupt.h>
21 #include <linux/pagemap.h>
22 #include <linux/jiffies.h>
23 #include <linux/bootmem.h>
24 #include <linux/memblock.h>
25 #include <linux/compiler.h>
26 #include <linux/kernel.h>
27 #include <linux/kasan.h>
28 #include <linux/module.h>
29 #include <linux/suspend.h>
30 #include <linux/pagevec.h>
31 #include <linux/blkdev.h>
32 #include <linux/slab.h>
33 #include <linux/ratelimit.h>
34 #include <linux/oom.h>
35 #include <linux/notifier.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/sort.h>
48 #include <linux/pfn.h>
49 #include <xen/xen.h>
50 #include <linux/backing-dev.h>
51 #include <linux/fault-inject.h>
52 #include <linux/page-isolation.h>
53 #include <linux/page_ext.h>
54 #include <linux/debugobjects.h>
55 #include <linux/kmemleak.h>
56 #include <linux/compaction.h>
57 #include <trace/events/kmem.h>
58 #include <trace/events/oom.h>
59 #include <linux/prefetch.h>
60 #include <linux/mm_inline.h>
61 #include <linux/migrate.h>
62 #include <linux/hugetlb.h>
63 #include <linux/sched/rt.h>
64 #include <linux/sched/mm.h>
65 #include <linux/page_owner.h>
66 #include <linux/kthread.h>
67 #include <linux/memcontrol.h>
68 #include <linux/ftrace.h>
69 #include <linux/lockdep.h>
70 #include <linux/nmi.h>
71
72 #include <asm/sections.h>
73 #include <asm/tlbflush.h>
74 #include <asm/div64.h>
75 #include "internal.h"
76
77 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
78 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
79 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION    (8)
80
81 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
82 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
83 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
84 #endif
85
86 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(vm_numa_stat_key);
87
88 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
89 /*
90  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
91  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
92  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
93  * defined in <linux/topology.h>.
94  */
95 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
96 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
97 int _node_numa_mem_[MAX_NUMNODES];
98 #endif
99
100 /* work_structs for global per-cpu drains */
101 DEFINE_MUTEX(pcpu_drain_mutex);
102 DEFINE_PER_CPU(struct work_struct, pcpu_drain);
103
104 #ifdef CONFIG_GCC_PLUGIN_LATENT_ENTROPY
105 volatile unsigned long latent_entropy __latent_entropy;
106 EXPORT_SYMBOL(latent_entropy);
107 #endif
108
109 /*
110  * Array of node states.
111  */
112 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
113         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
114         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
115 #ifndef CONFIG_NUMA
116         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
117 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
118         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
119 #endif
120         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
121         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
122 #endif  /* NUMA */
123 };
124 EXPORT_SYMBOL(node_states);
125
126 /* Protect totalram_pages and zone->managed_pages */
127 static DEFINE_SPINLOCK(managed_page_count_lock);
128
129 unsigned long totalram_pages __read_mostly;
130 unsigned long totalreserve_pages __read_mostly;
131 unsigned long totalcma_pages __read_mostly;
132
133 int percpu_pagelist_fraction;
134 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
135
136 /*
137  * A cached value of the page's pageblock's migratetype, used when the page is
138  * put on a pcplist. Used to avoid the pageblock migratetype lookup when
139  * freeing from pcplists in most cases, at the cost of possibly becoming stale.
140  * Also the migratetype set in the page does not necessarily match the pcplist
141  * index, e.g. page might have MIGRATE_CMA set but be on a pcplist with any
142  * other index - this ensures that it will be put on the correct CMA freelist.
143  */
144 static inline int get_pcppage_migratetype(struct page *page)
145 {
146         return page->index;
147 }
148
149 static inline void set_pcppage_migratetype(struct page *page, int migratetype)
150 {
151         page->index = migratetype;
152 }
153
154 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
155 /*
156  * The following functions are used by the suspend/hibernate code to temporarily
157  * change gfp_allowed_mask in order to avoid using I/O during memory allocations
158  * while devices are suspended.  To avoid races with the suspend/hibernate code,
159  * they should always be called with pm_mutex held (gfp_allowed_mask also should
160  * only be modified with pm_mutex held, unless the suspend/hibernate code is
161  * guaranteed not to run in parallel with that modification).
162  */
163
164 static gfp_t saved_gfp_mask;
165
166 void pm_restore_gfp_mask(void)
167 {
168         WARN_ON(!mutex_is_locked(&pm_mutex));
169         if (saved_gfp_mask) {
170                 gfp_allowed_mask = saved_gfp_mask;
171                 saved_gfp_mask = 0;
172         }
173 }
174
175 void pm_restrict_gfp_mask(void)
176 {
177         WARN_ON(!mutex_is_locked(&pm_mutex));
178         WARN_ON(saved_gfp_mask);
179         saved_gfp_mask = gfp_allowed_mask;
180         gfp_allowed_mask &= ~(__GFP_IO | __GFP_FS);
181 }
182
183 bool pm_suspended_storage(void)
184 {
185         if ((gfp_allowed_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
186                 return false;
187         return true;
188 }
189 #endif /* CONFIG_PM_SLEEP */
190
191 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
192 unsigned int pageblock_order __read_mostly;
193 #endif
194
195 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order);
196
197 /*
198  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
199  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
200  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
201  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
202  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
203  *      HIGHMEM allocation will leave (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
204  *
205  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
206  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
207  */
208 int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES-1] = {
209 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
210          256,
211 #endif
212 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
213          256,
214 #endif
215 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
216          32,
217 #endif
218          32,
219 };
220
221 EXPORT_SYMBOL(totalram_pages);
222
223 static char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
224 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
225          "DMA",
226 #endif
227 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
228          "DMA32",
229 #endif
230          "Normal",
231 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
232          "HighMem",
233 #endif
234          "Movable",
235 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
236          "Device",
237 #endif
238 };
239
240 char * const migratetype_names[MIGRATE_TYPES] = {
241         "Unmovable",
242         "Movable",
243         "Reclaimable",
244         "HighAtomic",
245 #ifdef CONFIG_CMA
246         "CMA",
247 #endif
248 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
249         "Isolate",
250 #endif
251 };
252
253 compound_page_dtor * const compound_page_dtors[] = {
254         NULL,
255         free_compound_page,
256 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
257         free_huge_page,
258 #endif
259 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
260         free_transhuge_page,
261 #endif
262 };
263
264 int min_free_kbytes = 1024;
265 int user_min_free_kbytes = -1;
266 int watermark_scale_factor = 10;
267
268 static unsigned long nr_kernel_pages __meminitdata;
269 static unsigned long nr_all_pages __meminitdata;
270 static unsigned long dma_reserve __meminitdata;
271
272 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
273 static unsigned long arch_zone_lowest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __meminitdata;
274 static unsigned long arch_zone_highest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __meminitdata;
275 static unsigned long required_kernelcore __initdata;
276 static unsigned long required_kernelcore_percent __initdata;
277 static unsigned long required_movablecore __initdata;
278 static unsigned long required_movablecore_percent __initdata;
279 static unsigned long zone_movable_pfn[MAX_NUMNODES] __meminitdata;
280 static bool mirrored_kernelcore __meminitdata;
281
282 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
283 int movable_zone;
284 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
285 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
286
287 #if MAX_NUMNODES > 1
288 int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
289 int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
290 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
291 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
292 #endif
293
294 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
295
296 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
297 /* Returns true if the struct page for the pfn is uninitialised */
298 static inline bool __meminit early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
299 {
300         int nid = early_pfn_to_nid(pfn);
301
302         if (node_online(nid) && pfn >= NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn)
303                 return true;
304
305         return false;
306 }
307
308 /*
309  * Returns false when the remaining initialisation should be deferred until
310  * later in the boot cycle when it can be parallelised.
311  */
312 static inline bool update_defer_init(pg_data_t *pgdat,
313                                 unsigned long pfn, unsigned long zone_end,
314                                 unsigned long *nr_initialised)
315 {
316         /* Always populate low zones for address-constrained allocations */
317         if (zone_end < pgdat_end_pfn(pgdat))
318                 return true;
319         /* Xen PV domains need page structures early */
320         if (xen_pv_domain())
321                 return true;
322         (*nr_initialised)++;
323         if ((*nr_initialised > pgdat->static_init_pgcnt) &&
324             (pfn & (PAGES_PER_SECTION - 1)) == 0) {
325                 pgdat->first_deferred_pfn = pfn;
326                 return false;
327         }
328
329         return true;
330 }
331 #else
332 static inline bool early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
333 {
334         return false;
335 }
336
337 static inline bool update_defer_init(pg_data_t *pgdat,
338                                 unsigned long pfn, unsigned long zone_end,
339                                 unsigned long *nr_initialised)
340 {
341         return true;
342 }
343 #endif
344
345 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
346 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(struct page *page,
347                                                         unsigned long pfn)
348 {
349 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
350         return __pfn_to_section(pfn)->pageblock_flags;
351 #else
352         return page_zone(page)->pageblock_flags;
353 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
354 }
355
356 static inline int pfn_to_bitidx(struct page *page, unsigned long pfn)
357 {
358 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
359         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
360         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
361 #else
362         pfn = pfn - round_down(page_zone(page)->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
363         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
364 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
365 }
366
367 /**
368  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
369  * @page: The page within the block of interest
370  * @pfn: The target page frame number
371  * @end_bitidx: The last bit of interest to retrieve
372  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
373  *
374  * Return: pageblock_bits flags
375  */
376 static __always_inline unsigned long __get_pfnblock_flags_mask(struct page *page,
377                                         unsigned long pfn,
378                                         unsigned long end_bitidx,
379                                         unsigned long mask)
380 {
381         unsigned long *bitmap;
382         unsigned long bitidx, word_bitidx;
383         unsigned long word;
384
385         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
386         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
387         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
388         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
389
390         word = bitmap[word_bitidx];
391         bitidx += end_bitidx;
392         return (word >> (BITS_PER_LONG - bitidx - 1)) & mask;
393 }
394
395 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long pfn,
396                                         unsigned long end_bitidx,
397                                         unsigned long mask)
398 {
399         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, end_bitidx, mask);
400 }
401
402 static __always_inline int get_pfnblock_migratetype(struct page *page, unsigned long pfn)
403 {
404         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, PB_migrate_end, MIGRATETYPE_MASK);
405 }
406
407 /**
408  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
409  * @page: The page within the block of interest
410  * @flags: The flags to set
411  * @pfn: The target page frame number
412  * @end_bitidx: The last bit of interest
413  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
414  */
415 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
416                                         unsigned long pfn,
417                                         unsigned long end_bitidx,
418                                         unsigned long mask)
419 {
420         unsigned long *bitmap;
421         unsigned long bitidx, word_bitidx;
422         unsigned long old_word, word;
423
424         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
425
426         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
427         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
428         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
429         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
430
431         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(page_zone(page), pfn), page);
432
433         bitidx += end_bitidx;
434         mask <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
435         flags <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
436
437         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
438         for (;;) {
439                 old_word = cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], word, (word & ~mask) | flags);
440                 if (word == old_word)
441                         break;
442                 word = old_word;
443         }
444 }
445
446 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
447 {
448         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
449                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
450                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
451
452         set_pageblock_flags_group(page, (unsigned long)migratetype,
453                                         PB_migrate, PB_migrate_end);
454 }
455
456 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
457 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
458 {
459         int ret = 0;
460         unsigned seq;
461         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
462         unsigned long sp, start_pfn;
463
464         do {
465                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
466                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
467                 sp = zone->spanned_pages;
468                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
469                         ret = 1;
470         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
471
472         if (ret)
473                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
474                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
475                         start_pfn, start_pfn + sp);
476
477         return ret;
478 }
479
480 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
481 {
482         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page)))
483                 return 0;
484         if (zone != page_zone(page))
485                 return 0;
486
487         return 1;
488 }
489 /*
490  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
491  */
492 static int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
493 {
494         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
495                 return 1;
496         if (!page_is_consistent(zone, page))
497                 return 1;
498
499         return 0;
500 }
501 #else
502 static inline int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
503 {
504         return 0;
505 }
506 #endif
507
508 static void bad_page(struct page *page, const char *reason,
509                 unsigned long bad_flags)
510 {
511         static unsigned long resume;
512         static unsigned long nr_shown;
513         static unsigned long nr_unshown;
514
515         /*
516          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
517          * or allow a steady drip of one report per second.
518          */
519         if (nr_shown == 60) {
520                 if (time_before(jiffies, resume)) {
521                         nr_unshown++;
522                         goto out;
523                 }
524                 if (nr_unshown) {
525                         pr_alert(
526                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
527                                 nr_unshown);
528                         nr_unshown = 0;
529                 }
530                 nr_shown = 0;
531         }
532         if (nr_shown++ == 0)
533                 resume = jiffies + 60 * HZ;
534
535         pr_alert("BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
536                 current->comm, page_to_pfn(page));
537         __dump_page(page, reason);
538         bad_flags &= page->flags;
539         if (bad_flags)
540                 pr_alert("bad because of flags: %#lx(%pGp)\n",
541                                                 bad_flags, &bad_flags);
542         dump_page_owner(page);
543
544         print_modules();
545         dump_stack();
546 out:
547         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
548         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
549         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
550 }
551
552 /*
553  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
554  *
555  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page" and have PG_head set.
556  *
557  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages". PageTail() is encoded
558  * in bit 0 of page->compound_head. The rest of bits is pointer to head page.
559  *
560  * The first tail page's ->compound_dtor holds the offset in array of compound
561  * page destructors. See compound_page_dtors.
562  *
563  * The first tail page's ->compound_order holds the order of allocation.
564  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
565  */
566
567 void free_compound_page(struct page *page)
568 {
569         __free_pages_ok(page, compound_order(page));
570 }
571
572 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned int order)
573 {
574         int i;
575         int nr_pages = 1 << order;
576
577         set_compound_page_dtor(page, COMPOUND_PAGE_DTOR);
578         set_compound_order(page, order);
579         __SetPageHead(page);
580         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
581                 struct page *p = page + i;
582                 set_page_count(p, 0);
583                 p->mapping = TAIL_MAPPING;
584                 set_compound_head(p, page);
585         }
586         atomic_set(compound_mapcount_ptr(page), -1);
587 }
588
589 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
590 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
591 bool _debug_pagealloc_enabled __read_mostly
592                         = IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC_ENABLE_DEFAULT);
593 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled);
594 bool _debug_guardpage_enabled __read_mostly;
595
596 static int __init early_debug_pagealloc(char *buf)
597 {
598         if (!buf)
599                 return -EINVAL;
600         return kstrtobool(buf, &_debug_pagealloc_enabled);
601 }
602 early_param("debug_pagealloc", early_debug_pagealloc);
603
604 static bool need_debug_guardpage(void)
605 {
606         /* If we don't use debug_pagealloc, we don't need guard page */
607         if (!debug_pagealloc_enabled())
608                 return false;
609
610         if (!debug_guardpage_minorder())
611                 return false;
612
613         return true;
614 }
615
616 static void init_debug_guardpage(void)
617 {
618         if (!debug_pagealloc_enabled())
619                 return;
620
621         if (!debug_guardpage_minorder())
622                 return;
623
624         _debug_guardpage_enabled = true;
625 }
626
627 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops = {
628         .need = need_debug_guardpage,
629         .init = init_debug_guardpage,
630 };
631
632 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
633 {
634         unsigned long res;
635
636         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
637                 pr_err("Bad debug_guardpage_minorder value\n");
638                 return 0;
639         }
640         _debug_guardpage_minorder = res;
641         pr_info("Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
642         return 0;
643 }
644 early_param("debug_guardpage_minorder", debug_guardpage_minorder_setup);
645
646 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
647                                 unsigned int order, int migratetype)
648 {
649         struct page_ext *page_ext;
650
651         if (!debug_guardpage_enabled())
652                 return false;
653
654         if (order >= debug_guardpage_minorder())
655                 return false;
656
657         page_ext = lookup_page_ext(page);
658         if (unlikely(!page_ext))
659                 return false;
660
661         __set_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
662
663         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
664         set_page_private(page, order);
665         /* Guard pages are not available for any usage */
666         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order), migratetype);
667
668         return true;
669 }
670
671 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
672                                 unsigned int order, int migratetype)
673 {
674         struct page_ext *page_ext;
675
676         if (!debug_guardpage_enabled())
677                 return;
678
679         page_ext = lookup_page_ext(page);
680         if (unlikely(!page_ext))
681                 return;
682
683         __clear_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
684
685         set_page_private(page, 0);
686         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
687                 __mod_zone_freepage_state(zone, (1 << order), migratetype);
688 }
689 #else
690 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops;
691 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
692                         unsigned int order, int migratetype) { return false; }
693 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
694                                 unsigned int order, int migratetype) {}
695 #endif
696
697 static inline void set_page_order(struct page *page, unsigned int order)
698 {
699         set_page_private(page, order);
700         __SetPageBuddy(page);
701 }
702
703 static inline void rmv_page_order(struct page *page)
704 {
705         __ClearPageBuddy(page);
706         set_page_private(page, 0);
707 }
708
709 /*
710  * This function checks whether a page is free && is the buddy
711  * we can do coalesce a page and its buddy if
712  * (a) the buddy is not in a hole (check before calling!) &&
713  * (b) the buddy is in the buddy system &&
714  * (c) a page and its buddy have the same order &&
715  * (d) a page and its buddy are in the same zone.
716  *
717  * For recording whether a page is in the buddy system, we set ->_mapcount
718  * PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE.
719  * Setting, clearing, and testing _mapcount PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE is
720  * serialized by zone->lock.
721  *
722  * For recording page's order, we use page_private(page).
723  */
724 static inline int page_is_buddy(struct page *page, struct page *buddy,
725                                                         unsigned int order)
726 {
727         if (page_is_guard(buddy) && page_order(buddy) == order) {
728                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
729                         return 0;
730
731                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
732
733                 return 1;
734         }
735
736         if (PageBuddy(buddy) && page_order(buddy) == order) {
737                 /*
738                  * zone check is done late to avoid uselessly
739                  * calculating zone/node ids for pages that could
740                  * never merge.
741                  */
742                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
743                         return 0;
744
745                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
746
747                 return 1;
748         }
749         return 0;
750 }
751
752 /*
753  * Freeing function for a buddy system allocator.
754  *
755  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
756  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
757  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
758  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
759  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
760  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
761  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
762  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
763  * parts of the VM system.
764  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
765  * free pages of length of (1 << order) and marked with _mapcount
766  * PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE. Page's order is recorded in page_private(page)
767  * field.
768  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
769  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
770  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
771  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
772  * triggers coalescing into a block of larger size.
773  *
774  * -- nyc
775  */
776
777 static inline void __free_one_page(struct page *page,
778                 unsigned long pfn,
779                 struct zone *zone, unsigned int order,
780                 int migratetype)
781 {
782         unsigned long combined_pfn;
783         unsigned long uninitialized_var(buddy_pfn);
784         struct page *buddy;
785         unsigned int max_order;
786
787         max_order = min_t(unsigned int, MAX_ORDER, pageblock_order + 1);
788
789         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
790         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
791
792         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
793         if (likely(!is_migrate_isolate(migratetype)))
794                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
795
796         VM_BUG_ON_PAGE(pfn & ((1 << order) - 1), page);
797         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
798
799 continue_merging:
800         while (order < max_order - 1) {
801                 buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
802                 buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
803
804                 if (!pfn_valid_within(buddy_pfn))
805                         goto done_merging;
806                 if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
807                         goto done_merging;
808                 /*
809                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
810                  * merge with it and move up one order.
811                  */
812                 if (page_is_guard(buddy)) {
813                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
814                 } else {
815                         list_del(&buddy->lru);
816                         zone->free_area[order].nr_free--;
817                         rmv_page_order(buddy);
818                 }
819                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
820                 page = page + (combined_pfn - pfn);
821                 pfn = combined_pfn;
822                 order++;
823         }
824         if (max_order < MAX_ORDER) {
825                 /* If we are here, it means order is >= pageblock_order.
826                  * We want to prevent merge between freepages on isolate
827                  * pageblock and normal pageblock. Without this, pageblock
828                  * isolation could cause incorrect freepage or CMA accounting.
829                  *
830                  * We don't want to hit this code for the more frequent
831                  * low-order merging.
832                  */
833                 if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone))) {
834                         int buddy_mt;
835
836                         buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
837                         buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
838                         buddy_mt = get_pageblock_migratetype(buddy);
839
840                         if (migratetype != buddy_mt
841                                         && (is_migrate_isolate(migratetype) ||
842                                                 is_migrate_isolate(buddy_mt)))
843                                 goto done_merging;
844                 }
845                 max_order++;
846                 goto continue_merging;
847         }
848
849 done_merging:
850         set_page_order(page, order);
851
852         /*
853          * If this is not the largest possible page, check if the buddy
854          * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
855          * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
856          * that is happening, add the free page to the tail of the list
857          * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
858          * as a higher order page
859          */
860         if ((order < MAX_ORDER-2) && pfn_valid_within(buddy_pfn)) {
861                 struct page *higher_page, *higher_buddy;
862                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
863                 higher_page = page + (combined_pfn - pfn);
864                 buddy_pfn = __find_buddy_pfn(combined_pfn, order + 1);
865                 higher_buddy = higher_page + (buddy_pfn - combined_pfn);
866                 if (pfn_valid_within(buddy_pfn) &&
867                     page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1)) {
868                         list_add_tail(&page->lru,
869                                 &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
870                         goto out;
871                 }
872         }
873
874         list_add(&page->lru, &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
875 out:
876         zone->free_area[order].nr_free++;
877 }
878
879 /*
880  * A bad page could be due to a number of fields. Instead of multiple branches,
881  * try and check multiple fields with one check. The caller must do a detailed
882  * check if necessary.
883  */
884 static inline bool page_expected_state(struct page *page,
885                                         unsigned long check_flags)
886 {
887         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
888                 return false;
889
890         if (unlikely((unsigned long)page->mapping |
891                         page_ref_count(page) |
892 #ifdef CONFIG_MEMCG
893                         (unsigned long)page->mem_cgroup |
894 #endif
895                         (page->flags & check_flags)))
896                 return false;
897
898         return true;
899 }
900
901 static void free_pages_check_bad(struct page *page)
902 {
903         const char *bad_reason;
904         unsigned long bad_flags;
905
906         bad_reason = NULL;
907         bad_flags = 0;
908
909         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
910                 bad_reason = "nonzero mapcount";
911         if (unlikely(page->mapping != NULL))
912                 bad_reason = "non-NULL mapping";
913         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
914                 bad_reason = "nonzero _refcount";
915         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)) {
916                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
917                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE;
918         }
919 #ifdef CONFIG_MEMCG
920         if (unlikely(page->mem_cgroup))
921                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
922 #endif
923         bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
924 }
925
926 static inline int free_pages_check(struct page *page)
927 {
928         if (likely(page_expected_state(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)))
929                 return 0;
930
931         /* Something has gone sideways, find it */
932         free_pages_check_bad(page);
933         return 1;
934 }
935
936 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
937 {
938         int ret = 1;
939
940         /*
941          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
942          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
943          */
944         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
945
946         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM)) {
947                 ret = 0;
948                 goto out;
949         }
950         switch (page - head_page) {
951         case 1:
952                 /* the first tail page: ->mapping is compound_mapcount() */
953                 if (unlikely(compound_mapcount(page))) {
954                         bad_page(page, "nonzero compound_mapcount", 0);
955                         goto out;
956                 }
957                 break;
958         case 2:
959                 /*
960                  * the second tail page: ->mapping is
961                  * page_deferred_list().next -- ignore value.
962                  */
963                 break;
964         default:
965                 if (page->mapping != TAIL_MAPPING) {
966                         bad_page(page, "corrupted mapping in tail page", 0);
967                         goto out;
968                 }
969                 break;
970         }
971         if (unlikely(!PageTail(page))) {
972                 bad_page(page, "PageTail not set", 0);
973                 goto out;
974         }
975         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
976                 bad_page(page, "compound_head not consistent", 0);
977                 goto out;
978         }
979         ret = 0;
980 out:
981         page->mapping = NULL;
982         clear_compound_head(page);
983         return ret;
984 }
985
986 static __always_inline bool free_pages_prepare(struct page *page,
987                                         unsigned int order, bool check_free)
988 {
989         int bad = 0;
990
991         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
992
993         trace_mm_page_free(page, order);
994
995         /*
996          * Check tail pages before head page information is cleared to
997          * avoid checking PageCompound for order-0 pages.
998          */
999         if (unlikely(order)) {
1000                 bool compound = PageCompound(page);
1001                 int i;
1002
1003                 VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
1004
1005                 if (compound)
1006                         ClearPageDoubleMap(page);
1007                 for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1008                         if (compound)
1009                                 bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
1010                         if (unlikely(free_pages_check(page + i))) {
1011                                 bad++;
1012                                 continue;
1013                         }
1014                         (page + i)->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1015                 }
1016         }
1017         if (PageMappingFlags(page))
1018                 page->mapping = NULL;
1019         if (memcg_kmem_enabled() && PageKmemcg(page))
1020                 memcg_kmem_uncharge(page, order);
1021         if (check_free)
1022                 bad += free_pages_check(page);
1023         if (bad)
1024                 return false;
1025
1026         page_cpupid_reset_last(page);
1027         page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1028         reset_page_owner(page, order);
1029
1030         if (!PageHighMem(page)) {
1031                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1032                                            PAGE_SIZE << order);
1033                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1034                                            PAGE_SIZE << order);
1035         }
1036         arch_free_page(page, order);
1037         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 0);
1038         kernel_map_pages(page, 1 << order, 0);
1039         kasan_free_pages(page, order);
1040
1041         return true;
1042 }
1043
1044 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1045 static inline bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1046 {
1047         return free_pages_prepare(page, 0, true);
1048 }
1049
1050 static inline bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1051 {
1052         return false;
1053 }
1054 #else
1055 static bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1056 {
1057         return free_pages_prepare(page, 0, false);
1058 }
1059
1060 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1061 {
1062         return free_pages_check(page);
1063 }
1064 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1065
1066 static inline void prefetch_buddy(struct page *page)
1067 {
1068         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1069         unsigned long buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, 0);
1070         struct page *buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
1071
1072         prefetch(buddy);
1073 }
1074
1075 /*
1076  * Frees a number of pages from the PCP lists
1077  * Assumes all pages on list are in same zone, and of same order.
1078  * count is the number of pages to free.
1079  *
1080  * If the zone was previously in an "all pages pinned" state then look to
1081  * see if this freeing clears that state.
1082  *
1083  * And clear the zone's pages_scanned counter, to hold off the "all pages are
1084  * pinned" detection logic.
1085  */
1086 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
1087                                         struct per_cpu_pages *pcp)
1088 {
1089         int migratetype = 0;
1090         int batch_free = 0;
1091         int prefetch_nr = 0;
1092         bool isolated_pageblocks;
1093         struct page *page, *tmp;
1094         LIST_HEAD(head);
1095
1096         while (count) {
1097                 struct list_head *list;
1098
1099                 /*
1100                  * Remove pages from lists in a round-robin fashion. A
1101                  * batch_free count is maintained that is incremented when an
1102                  * empty list is encountered.  This is so more pages are freed
1103                  * off fuller lists instead of spinning excessively around empty
1104                  * lists
1105                  */
1106                 do {
1107                         batch_free++;
1108                         if (++migratetype == MIGRATE_PCPTYPES)
1109                                 migratetype = 0;
1110                         list = &pcp->lists[migratetype];
1111                 } while (list_empty(list));
1112
1113                 /* This is the only non-empty list. Free them all. */
1114                 if (batch_free == MIGRATE_PCPTYPES)
1115                         batch_free = count;
1116
1117                 do {
1118                         page = list_last_entry(list, struct page, lru);
1119                         /* must delete to avoid corrupting pcp list */
1120                         list_del(&page->lru);
1121                         pcp->count--;
1122
1123                         if (bulkfree_pcp_prepare(page))
1124                                 continue;
1125
1126                         list_add_tail(&page->lru, &head);
1127
1128                         /*
1129                          * We are going to put the page back to the global
1130                          * pool, prefetch its buddy to speed up later access
1131                          * under zone->lock. It is believed the overhead of
1132                          * an additional test and calculating buddy_pfn here
1133                          * can be offset by reduced memory latency later. To
1134                          * avoid excessive prefetching due to large count, only
1135                          * prefetch buddy for the first pcp->batch nr of pages.
1136                          */
1137                         if (prefetch_nr++ < pcp->batch)
1138                                 prefetch_buddy(page);
1139                 } while (--count && --batch_free && !list_empty(list));
1140         }
1141
1142         spin_lock(&zone->lock);
1143         isolated_pageblocks = has_isolate_pageblock(zone);
1144
1145         /*
1146          * Use safe version since after __free_one_page(),
1147          * page->lru.next will not point to original list.
1148          */
1149         list_for_each_entry_safe(page, tmp, &head, lru) {
1150                 int mt = get_pcppage_migratetype(page);
1151                 /* MIGRATE_ISOLATE page should not go to pcplists */
1152                 VM_BUG_ON_PAGE(is_migrate_isolate(mt), page);
1153                 /* Pageblock could have been isolated meanwhile */
1154                 if (unlikely(isolated_pageblocks))
1155                         mt = get_pageblock_migratetype(page);
1156
1157                 __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, 0, mt);
1158                 trace_mm_page_pcpu_drain(page, 0, mt);
1159         }
1160         spin_unlock(&zone->lock);
1161 }
1162
1163 static void free_one_page(struct zone *zone,
1164                                 struct page *page, unsigned long pfn,
1165                                 unsigned int order,
1166                                 int migratetype)
1167 {
1168         spin_lock(&zone->lock);
1169         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1170                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1171                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1172         }
1173         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype);
1174         spin_unlock(&zone->lock);
1175 }
1176
1177 static void __meminit __init_single_page(struct page *page, unsigned long pfn,
1178                                 unsigned long zone, int nid)
1179 {
1180         mm_zero_struct_page(page);
1181         set_page_links(page, zone, nid, pfn);
1182         init_page_count(page);
1183         page_mapcount_reset(page);
1184         page_cpupid_reset_last(page);
1185
1186         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1187 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
1188         /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
1189         if (!is_highmem_idx(zone))
1190                 set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
1191 #endif
1192 }
1193
1194 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1195 static void __meminit init_reserved_page(unsigned long pfn)
1196 {
1197         pg_data_t *pgdat;
1198         int nid, zid;
1199
1200         if (!early_page_uninitialised(pfn))
1201                 return;
1202
1203         nid = early_pfn_to_nid(pfn);
1204         pgdat = NODE_DATA(nid);
1205
1206         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1207                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zid];
1208
1209                 if (pfn >= zone->zone_start_pfn && pfn < zone_end_pfn(zone))
1210                         break;
1211         }
1212         __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zid, nid);
1213 }
1214 #else
1215 static inline void init_reserved_page(unsigned long pfn)
1216 {
1217 }
1218 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1219
1220 /*
1221  * Initialised pages do not have PageReserved set. This function is
1222  * called for each range allocated by the bootmem allocator and
1223  * marks the pages PageReserved. The remaining valid pages are later
1224  * sent to the buddy page allocator.
1225  */
1226 void __meminit reserve_bootmem_region(phys_addr_t start, phys_addr_t end)
1227 {
1228         unsigned long start_pfn = PFN_DOWN(start);
1229         unsigned long end_pfn = PFN_UP(end);
1230
1231         for (; start_pfn < end_pfn; start_pfn++) {
1232                 if (pfn_valid(start_pfn)) {
1233                         struct page *page = pfn_to_page(start_pfn);
1234
1235                         init_reserved_page(start_pfn);
1236
1237                         /* Avoid false-positive PageTail() */
1238                         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1239
1240                         SetPageReserved(page);
1241                 }
1242         }
1243 }
1244
1245 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order)
1246 {
1247         unsigned long flags;
1248         int migratetype;
1249         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1250
1251         if (!free_pages_prepare(page, order, true))
1252                 return;
1253
1254         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1255         local_irq_save(flags);
1256         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1257         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype);
1258         local_irq_restore(flags);
1259 }
1260
1261 static void __init __free_pages_boot_core(struct page *page, unsigned int order)
1262 {
1263         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1264         struct page *p = page;
1265         unsigned int loop;
1266
1267         prefetchw(p);
1268         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1269                 prefetchw(p + 1);
1270                 __ClearPageReserved(p);
1271                 set_page_count(p, 0);
1272         }
1273         __ClearPageReserved(p);
1274         set_page_count(p, 0);
1275
1276         page_zone(page)->managed_pages += nr_pages;
1277         set_page_refcounted(page);
1278         __free_pages(page, order);
1279 }
1280
1281 #if defined(CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID) || \
1282         defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP)
1283
1284 static struct mminit_pfnnid_cache early_pfnnid_cache __meminitdata;
1285
1286 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
1287 {
1288         static DEFINE_SPINLOCK(early_pfn_lock);
1289         int nid;
1290
1291         spin_lock(&early_pfn_lock);
1292         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1293         if (nid < 0)
1294                 nid = first_online_node;
1295         spin_unlock(&early_pfn_lock);
1296
1297         return nid;
1298 }
1299 #endif
1300
1301 #ifdef CONFIG_NODES_SPAN_OTHER_NODES
1302 static inline bool __meminit __maybe_unused
1303 meminit_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node,
1304                    struct mminit_pfnnid_cache *state)
1305 {
1306         int nid;
1307
1308         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, state);
1309         if (nid >= 0 && nid != node)
1310                 return false;
1311         return true;
1312 }
1313
1314 /* Only safe to use early in boot when initialisation is single-threaded */
1315 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1316 {
1317         return meminit_pfn_in_nid(pfn, node, &early_pfnnid_cache);
1318 }
1319
1320 #else
1321
1322 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1323 {
1324         return true;
1325 }
1326 static inline bool __meminit  __maybe_unused
1327 meminit_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node,
1328                    struct mminit_pfnnid_cache *state)
1329 {
1330         return true;
1331 }
1332 #endif
1333
1334
1335 void __init __free_pages_bootmem(struct page *page, unsigned long pfn,
1336                                                         unsigned int order)
1337 {
1338         if (early_page_uninitialised(pfn))
1339                 return;
1340         return __free_pages_boot_core(page, order);
1341 }
1342
1343 /*
1344  * Check that the whole (or subset of) a pageblock given by the interval of
1345  * [start_pfn, end_pfn) is valid and within the same zone, before scanning it
1346  * with the migration of free compaction scanner. The scanners then need to
1347  * use only pfn_valid_within() check for arches that allow holes within
1348  * pageblocks.
1349  *
1350  * Return struct page pointer of start_pfn, or NULL if checks were not passed.
1351  *
1352  * It's possible on some configurations to have a setup like node0 node1 node0
1353  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of pages do not
1354  * belong to a single zone. We assume that a border between node0 and node1
1355  * can occur within a single pageblock, but not a node0 node1 node0
1356  * interleaving within a single pageblock. It is therefore sufficient to check
1357  * the first and last page of a pageblock and avoid checking each individual
1358  * page in a pageblock.
1359  */
1360 struct page *__pageblock_pfn_to_page(unsigned long start_pfn,
1361                                      unsigned long end_pfn, struct zone *zone)
1362 {
1363         struct page *start_page;
1364         struct page *end_page;
1365
1366         /* end_pfn is one past the range we are checking */
1367         end_pfn--;
1368
1369         if (!pfn_valid(start_pfn) || !pfn_valid(end_pfn))
1370                 return NULL;
1371
1372         start_page = pfn_to_online_page(start_pfn);
1373         if (!start_page)
1374                 return NULL;
1375
1376         if (page_zone(start_page) != zone)
1377                 return NULL;
1378
1379         end_page = pfn_to_page(end_pfn);
1380
1381         /* This gives a shorter code than deriving page_zone(end_page) */
1382         if (page_zone_id(start_page) != page_zone_id(end_page))
1383                 return NULL;
1384
1385         return start_page;
1386 }
1387
1388 void set_zone_contiguous(struct zone *zone)
1389 {
1390         unsigned long block_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
1391         unsigned long block_end_pfn;
1392
1393         block_end_pfn = ALIGN(block_start_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
1394         for (; block_start_pfn < zone_end_pfn(zone);
1395                         block_start_pfn = block_end_pfn,
1396                          block_end_pfn += pageblock_nr_pages) {
1397
1398                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, zone_end_pfn(zone));
1399
1400                 if (!__pageblock_pfn_to_page(block_start_pfn,
1401                                              block_end_pfn, zone))
1402                         return;
1403         }
1404
1405         /* We confirm that there is no hole */
1406         zone->contiguous = true;
1407 }
1408
1409 void clear_zone_contiguous(struct zone *zone)
1410 {
1411         zone->contiguous = false;
1412 }
1413
1414 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1415 static void __init deferred_free_range(unsigned long pfn,
1416                                        unsigned long nr_pages)
1417 {
1418         struct page *page;
1419         unsigned long i;
1420
1421         if (!nr_pages)
1422                 return;
1423
1424         page = pfn_to_page(pfn);
1425
1426         /* Free a large naturally-aligned chunk if possible */
1427         if (nr_pages == pageblock_nr_pages &&
1428             (pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0) {
1429                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1430                 __free_pages_boot_core(page, pageblock_order);
1431                 return;
1432         }
1433
1434         for (i = 0; i < nr_pages; i++, page++, pfn++) {
1435                 if ((pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0)
1436                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1437                 __free_pages_boot_core(page, 0);
1438         }
1439 }
1440
1441 /* Completion tracking for deferred_init_memmap() threads */
1442 static atomic_t pgdat_init_n_undone __initdata;
1443 static __initdata DECLARE_COMPLETION(pgdat_init_all_done_comp);
1444
1445 static inline void __init pgdat_init_report_one_done(void)
1446 {
1447         if (atomic_dec_and_test(&pgdat_init_n_undone))
1448                 complete(&pgdat_init_all_done_comp);
1449 }
1450
1451 /*
1452  * Returns true if page needs to be initialized or freed to buddy allocator.
1453  *
1454  * First we check if pfn is valid on architectures where it is possible to have
1455  * holes within pageblock_nr_pages. On systems where it is not possible, this
1456  * function is optimized out.
1457  *
1458  * Then, we check if a current large page is valid by only checking the validity
1459  * of the head pfn.
1460  *
1461  * Finally, meminit_pfn_in_nid is checked on systems where pfns can interleave
1462  * within a node: a pfn is between start and end of a node, but does not belong
1463  * to this memory node.
1464  */
1465 static inline bool __init
1466 deferred_pfn_valid(int nid, unsigned long pfn,
1467                    struct mminit_pfnnid_cache *nid_init_state)
1468 {
1469         if (!pfn_valid_within(pfn))
1470                 return false;
1471         if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) && !pfn_valid(pfn))
1472                 return false;
1473         if (!meminit_pfn_in_nid(pfn, nid, nid_init_state))
1474                 return false;
1475         return true;
1476 }
1477
1478 /*
1479  * Free pages to buddy allocator. Try to free aligned pages in
1480  * pageblock_nr_pages sizes.
1481  */
1482 static void __init deferred_free_pages(int nid, int zid, unsigned long pfn,
1483                                        unsigned long end_pfn)
1484 {
1485         struct mminit_pfnnid_cache nid_init_state = { };
1486         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1487         unsigned long nr_free = 0;
1488
1489         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1490                 if (!deferred_pfn_valid(nid, pfn, &nid_init_state)) {
1491                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1492                         nr_free = 0;
1493                 } else if (!(pfn & nr_pgmask)) {
1494                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1495                         nr_free = 1;
1496                         touch_nmi_watchdog();
1497                 } else {
1498                         nr_free++;
1499                 }
1500         }
1501         /* Free the last block of pages to allocator */
1502         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1503 }
1504
1505 /*
1506  * Initialize struct pages.  We minimize pfn page lookups and scheduler checks
1507  * by performing it only once every pageblock_nr_pages.
1508  * Return number of pages initialized.
1509  */
1510 static unsigned long  __init deferred_init_pages(int nid, int zid,
1511                                                  unsigned long pfn,
1512                                                  unsigned long end_pfn)
1513 {
1514         struct mminit_pfnnid_cache nid_init_state = { };
1515         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1516         unsigned long nr_pages = 0;
1517         struct page *page = NULL;
1518
1519         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1520                 if (!deferred_pfn_valid(nid, pfn, &nid_init_state)) {
1521                         page = NULL;
1522                         continue;
1523                 } else if (!page || !(pfn & nr_pgmask)) {
1524                         page = pfn_to_page(pfn);
1525                         touch_nmi_watchdog();
1526                 } else {
1527                         page++;
1528                 }
1529                 __init_single_page(page, pfn, zid, nid);
1530                 nr_pages++;
1531         }
1532         return (nr_pages);
1533 }
1534
1535 /* Initialise remaining memory on a node */
1536 static int __init deferred_init_memmap(void *data)
1537 {
1538         pg_data_t *pgdat = data;
1539         int nid = pgdat->node_id;
1540         unsigned long start = jiffies;
1541         unsigned long nr_pages = 0;
1542         unsigned long spfn, epfn, first_init_pfn, flags;
1543         phys_addr_t spa, epa;
1544         int zid;
1545         struct zone *zone;
1546         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
1547         u64 i;
1548
1549         /* Bind memory initialisation thread to a local node if possible */
1550         if (!cpumask_empty(cpumask))
1551                 set_cpus_allowed_ptr(current, cpumask);
1552
1553         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
1554         first_init_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1555         if (first_init_pfn == ULONG_MAX) {
1556                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1557                 pgdat_init_report_one_done();
1558                 return 0;
1559         }
1560
1561         /* Sanity check boundaries */
1562         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn < pgdat->node_start_pfn);
1563         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn > pgdat_end_pfn(pgdat));
1564         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
1565
1566         /* Only the highest zone is deferred so find it */
1567         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1568                 zone = pgdat->node_zones + zid;
1569                 if (first_init_pfn < zone_end_pfn(zone))
1570                         break;
1571         }
1572         first_init_pfn = max(zone->zone_start_pfn, first_init_pfn);
1573
1574         /*
1575          * Initialize and free pages. We do it in two loops: first we initialize
1576          * struct page, than free to buddy allocator, because while we are
1577          * freeing pages we can access pages that are ahead (computing buddy
1578          * page in __free_one_page()).
1579          */
1580         for_each_free_mem_range(i, nid, MEMBLOCK_NONE, &spa, &epa, NULL) {
1581                 spfn = max_t(unsigned long, first_init_pfn, PFN_UP(spa));
1582                 epfn = min_t(unsigned long, zone_end_pfn(zone), PFN_DOWN(epa));
1583                 nr_pages += deferred_init_pages(nid, zid, spfn, epfn);
1584         }
1585         for_each_free_mem_range(i, nid, MEMBLOCK_NONE, &spa, &epa, NULL) {
1586                 spfn = max_t(unsigned long, first_init_pfn, PFN_UP(spa));
1587                 epfn = min_t(unsigned long, zone_end_pfn(zone), PFN_DOWN(epa));
1588                 deferred_free_pages(nid, zid, spfn, epfn);
1589         }
1590         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1591
1592         /* Sanity check that the next zone really is unpopulated */
1593         WARN_ON(++zid < MAX_NR_ZONES && populated_zone(++zone));
1594
1595         pr_info("node %d initialised, %lu pages in %ums\n", nid, nr_pages,
1596                                         jiffies_to_msecs(jiffies - start));
1597
1598         pgdat_init_report_one_done();
1599         return 0;
1600 }
1601
1602 /*
1603  * During boot we initialize deferred pages on-demand, as needed, but once
1604  * page_alloc_init_late() has finished, the deferred pages are all initialized,
1605  * and we can permanently disable that path.
1606  */
1607 static DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(deferred_pages);
1608
1609 /*
1610  * If this zone has deferred pages, try to grow it by initializing enough
1611  * deferred pages to satisfy the allocation specified by order, rounded up to
1612  * the nearest PAGES_PER_SECTION boundary.  So we're adding memory in increments
1613  * of SECTION_SIZE bytes by initializing struct pages in increments of
1614  * PAGES_PER_SECTION * sizeof(struct page) bytes.
1615  *
1616  * Return true when zone was grown, otherwise return false. We return true even
1617  * when we grow less than requested, to let the caller decide if there are
1618  * enough pages to satisfy the allocation.
1619  *
1620  * Note: We use noinline because this function is needed only during boot, and
1621  * it is called from a __ref function _deferred_grow_zone. This way we are
1622  * making sure that it is not inlined into permanent text section.
1623  */
1624 static noinline bool __init
1625 deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
1626 {
1627         int zid = zone_idx(zone);
1628         int nid = zone_to_nid(zone);
1629         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
1630         unsigned long nr_pages_needed = ALIGN(1 << order, PAGES_PER_SECTION);
1631         unsigned long nr_pages = 0;
1632         unsigned long first_init_pfn, spfn, epfn, t, flags;
1633         unsigned long first_deferred_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1634         phys_addr_t spa, epa;
1635         u64 i;
1636
1637         /* Only the last zone may have deferred pages */
1638         if (zone_end_pfn(zone) != pgdat_end_pfn(pgdat))
1639                 return false;
1640
1641         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
1642
1643         /*
1644          * If deferred pages have been initialized while we were waiting for
1645          * the lock, return true, as the zone was grown.  The caller will retry
1646          * this zone.  We won't return to this function since the caller also
1647          * has this static branch.
1648          */
1649         if (!static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
1650                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1651                 return true;
1652         }
1653
1654         /*
1655          * If someone grew this zone while we were waiting for spinlock, return
1656          * true, as there might be enough pages already.
1657          */
1658         if (first_deferred_pfn != pgdat->first_deferred_pfn) {
1659                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1660                 return true;
1661         }
1662
1663         first_init_pfn = max(zone->zone_start_pfn, first_deferred_pfn);
1664
1665         if (first_init_pfn >= pgdat_end_pfn(pgdat)) {
1666                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1667                 return false;
1668         }
1669
1670         for_each_free_mem_range(i, nid, MEMBLOCK_NONE, &spa, &epa, NULL) {
1671                 spfn = max_t(unsigned long, first_init_pfn, PFN_UP(spa));
1672                 epfn = min_t(unsigned long, zone_end_pfn(zone), PFN_DOWN(epa));
1673
1674                 while (spfn < epfn && nr_pages < nr_pages_needed) {
1675                         t = ALIGN(spfn + PAGES_PER_SECTION, PAGES_PER_SECTION);
1676                         first_deferred_pfn = min(t, epfn);
1677                         nr_pages += deferred_init_pages(nid, zid, spfn,
1678                                                         first_deferred_pfn);
1679                         spfn = first_deferred_pfn;
1680                 }
1681
1682                 if (nr_pages >= nr_pages_needed)
1683                         break;
1684         }
1685
1686         for_each_free_mem_range(i, nid, MEMBLOCK_NONE, &spa, &epa, NULL) {
1687                 spfn = max_t(unsigned long, first_init_pfn, PFN_UP(spa));
1688                 epfn = min_t(unsigned long, first_deferred_pfn, PFN_DOWN(epa));
1689                 deferred_free_pages(nid, zid, spfn, epfn);
1690
1691                 if (first_deferred_pfn == epfn)
1692                         break;
1693         }
1694         pgdat->first_deferred_pfn = first_deferred_pfn;
1695         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1696
1697         return nr_pages > 0;
1698 }
1699
1700 /*
1701  * deferred_grow_zone() is __init, but it is called from
1702  * get_page_from_freelist() during early boot until deferred_pages permanently
1703  * disables this call. This is why we have refdata wrapper to avoid warning,
1704  * and to ensure that the function body gets unloaded.
1705  */
1706 static bool __ref
1707 _deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
1708 {
1709         return deferred_grow_zone(zone, order);
1710 }
1711
1712 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1713
1714 void __init page_alloc_init_late(void)
1715 {
1716         struct zone *zone;
1717
1718 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1719         int nid;
1720
1721         /* There will be num_node_state(N_MEMORY) threads */
1722         atomic_set(&pgdat_init_n_undone, num_node_state(N_MEMORY));
1723         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
1724                 kthread_run(deferred_init_memmap, NODE_DATA(nid), "pgdatinit%d", nid);
1725         }
1726
1727         /* Block until all are initialised */
1728         wait_for_completion(&pgdat_init_all_done_comp);
1729
1730         /*
1731          * We initialized the rest of the deferred pages.  Permanently disable
1732          * on-demand struct page initialization.
1733          */
1734         static_branch_disable(&deferred_pages);
1735
1736         /* Reinit limits that are based on free pages after the kernel is up */
1737         files_maxfiles_init();
1738 #endif
1739 #ifdef CONFIG_ARCH_DISCARD_MEMBLOCK
1740         /* Discard memblock private memory */
1741         memblock_discard();
1742 #endif
1743
1744         for_each_populated_zone(zone)
1745                 set_zone_contiguous(zone);
1746 }
1747
1748 #ifdef CONFIG_CMA
1749 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
1750 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
1751 {
1752         unsigned i = pageblock_nr_pages;
1753         struct page *p = page;
1754
1755         do {
1756                 __ClearPageReserved(p);
1757                 set_page_count(p, 0);
1758         } while (++p, --i);
1759
1760         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
1761
1762         if (pageblock_order >= MAX_ORDER) {
1763                 i = pageblock_nr_pages;
1764                 p = page;
1765                 do {
1766                         set_page_refcounted(p);
1767                         __free_pages(p, MAX_ORDER - 1);
1768                         p += MAX_ORDER_NR_PAGES;
1769                 } while (i -= MAX_ORDER_NR_PAGES);
1770         } else {
1771                 set_page_refcounted(page);
1772                 __free_pages(page, pageblock_order);
1773         }
1774
1775         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
1776 }
1777 #endif
1778
1779 /*
1780  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
1781  * Please do not alter this order without good reasons and regression
1782  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
1783  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
1784  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
1785  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
1786  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
1787  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
1788  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
1789  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
1790  *
1791  * -- nyc
1792  */
1793 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
1794         int low, int high, struct free_area *area,
1795         int migratetype)
1796 {
1797         unsigned long size = 1 << high;
1798
1799         while (high > low) {
1800                 area--;
1801                 high--;
1802                 size >>= 1;
1803                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
1804
1805                 /*
1806                  * Mark as guard pages (or page), that will allow to
1807                  * merge back to allocator when buddy will be freed.
1808                  * Corresponding page table entries will not be touched,
1809                  * pages will stay not present in virtual address space
1810                  */
1811                 if (set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype))
1812                         continue;
1813
1814                 list_add(&page[size].lru, &area->free_list[migratetype]);
1815                 area->nr_free++;
1816                 set_page_order(&page[size], high);
1817         }
1818 }
1819
1820 static void check_new_page_bad(struct page *page)
1821 {
1822         const char *bad_reason = NULL;
1823         unsigned long bad_flags = 0;
1824
1825         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1826                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1827         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1828                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1829         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
1830                 bad_reason = "nonzero _count";
1831         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
1832                 bad_reason = "HWPoisoned (hardware-corrupted)";
1833                 bad_flags = __PG_HWPOISON;
1834                 /* Don't complain about hwpoisoned pages */
1835                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
1836                 return;
1837         }
1838         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)) {
1839                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag set";
1840                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1841         }
1842 #ifdef CONFIG_MEMCG
1843         if (unlikely(page->mem_cgroup))
1844                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
1845 #endif
1846         bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
1847 }
1848
1849 /*
1850  * This page is about to be returned from the page allocator
1851  */
1852 static inline int check_new_page(struct page *page)
1853 {
1854         if (likely(page_expected_state(page,
1855                                 PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP|__PG_HWPOISON)))
1856                 return 0;
1857
1858         check_new_page_bad(page);
1859         return 1;
1860 }
1861
1862 static inline bool free_pages_prezeroed(void)
1863 {
1864         return IS_ENABLED(CONFIG_PAGE_POISONING_ZERO) &&
1865                 page_poisoning_enabled();
1866 }
1867
1868 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1869 static bool check_pcp_refill(struct page *page)
1870 {
1871         return false;
1872 }
1873
1874 static bool check_new_pcp(struct page *page)
1875 {
1876         return check_new_page(page);
1877 }
1878 #else
1879 static bool check_pcp_refill(struct page *page)
1880 {
1881         return check_new_page(page);
1882 }
1883 static bool check_new_pcp(struct page *page)
1884 {
1885         return false;
1886 }
1887 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1888
1889 static bool check_new_pages(struct page *page, unsigned int order)
1890 {
1891         int i;
1892         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
1893                 struct page *p = page + i;
1894
1895                 if (unlikely(check_new_page(p)))
1896                         return true;
1897         }
1898
1899         return false;
1900 }
1901
1902 inline void post_alloc_hook(struct page *page, unsigned int order,
1903                                 gfp_t gfp_flags)
1904 {
1905         set_page_private(page, 0);
1906         set_page_refcounted(page);
1907
1908         arch_alloc_page(page, order);
1909         kernel_map_pages(page, 1 << order, 1);
1910         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 1);
1911         kasan_alloc_pages(page, order);
1912         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
1913 }
1914
1915 static void prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
1916                                                         unsigned int alloc_flags)
1917 {
1918         int i;
1919
1920         post_alloc_hook(page, order, gfp_flags);
1921
1922         if (!free_pages_prezeroed() && (gfp_flags & __GFP_ZERO))
1923                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
1924                         clear_highpage(page + i);
1925
1926         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
1927                 prep_compound_page(page, order);
1928
1929         /*
1930          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
1931          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
1932          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
1933          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
1934          */
1935         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
1936                 set_page_pfmemalloc(page);
1937         else
1938                 clear_page_pfmemalloc(page);
1939 }
1940
1941 /*
1942  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
1943  * the smallest available page from the freelists
1944  */
1945 static __always_inline
1946 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
1947                                                 int migratetype)
1948 {
1949         unsigned int current_order;
1950         struct free_area *area;
1951         struct page *page;
1952
1953         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
1954         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
1955                 area = &(zone->free_area[current_order]);
1956                 page = list_first_entry_or_null(&area->free_list[migratetype],
1957                                                         struct page, lru);
1958                 if (!page)
1959                         continue;
1960                 list_del(&page->lru);
1961                 rmv_page_order(page);
1962                 area->nr_free--;
1963                 expand(zone, page, order, current_order, area, migratetype);
1964                 set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
1965                 return page;
1966         }
1967
1968         return NULL;
1969 }
1970
1971
1972 /*
1973  * This array describes the order lists are fallen back to when
1974  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
1975  */
1976 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][4] = {
1977         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
1978         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
1979         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_TYPES },
1980 #ifdef CONFIG_CMA
1981         [MIGRATE_CMA]         = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
1982 #endif
1983 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
1984         [MIGRATE_ISOLATE]     = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
1985 #endif
1986 };
1987
1988 #ifdef CONFIG_CMA
1989 static __always_inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1990                                         unsigned int order)
1991 {
1992         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
1993 }
1994 #else
1995 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1996                                         unsigned int order) { return NULL; }
1997 #endif
1998
1999 /*
2000  * Move the free pages in a range to the free lists of the requested type.
2001  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
2002  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
2003  */
2004 static int move_freepages(struct zone *zone,
2005                           struct page *start_page, struct page *end_page,
2006                           int migratetype, int *num_movable)
2007 {
2008         struct page *page;
2009         unsigned int order;
2010         int pages_moved = 0;
2011
2012 #ifndef CONFIG_HOLES_IN_ZONE
2013         /*
2014          * page_zone is not safe to call in this context when
2015          * CONFIG_HOLES_IN_ZONE is set. This bug check is probably redundant
2016          * anyway as we check zone boundaries in move_freepages_block().
2017          * Remove at a later date when no bug reports exist related to
2018          * grouping pages by mobility
2019          */
2020         VM_BUG_ON(pfn_valid(page_to_pfn(start_page)) &&
2021                   pfn_valid(page_to_pfn(end_page)) &&
2022                   page_zone(start_page) != page_zone(end_page));
2023 #endif
2024
2025         if (num_movable)
2026                 *num_movable = 0;
2027
2028         for (page = start_page; page <= end_page;) {
2029                 if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page))) {
2030                         page++;
2031                         continue;
2032                 }
2033
2034                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
2035                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
2036
2037                 if (!PageBuddy(page)) {
2038                         /*
2039                          * We assume that pages that could be isolated for
2040                          * migration are movable. But we don't actually try
2041                          * isolating, as that would be expensive.
2042                          */
2043                         if (num_movable &&
2044                                         (PageLRU(page) || __PageMovable(page)))
2045                                 (*num_movable)++;
2046
2047                         page++;
2048                         continue;
2049                 }
2050
2051                 order = page_order(page);
2052                 list_move(&page->lru,
2053                           &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
2054                 page += 1 << order;
2055                 pages_moved += 1 << order;
2056         }
2057
2058         return pages_moved;
2059 }
2060
2061 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
2062                                 int migratetype, int *num_movable)
2063 {
2064         unsigned long start_pfn, end_pfn;
2065         struct page *start_page, *end_page;
2066
2067         start_pfn = page_to_pfn(page);
2068         start_pfn = start_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
2069         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
2070         end_page = start_page + pageblock_nr_pages - 1;
2071         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
2072
2073         /* Do not cross zone boundaries */
2074         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
2075                 start_page = page;
2076         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
2077                 return 0;
2078
2079         return move_freepages(zone, start_page, end_page, migratetype,
2080                                                                 num_movable);
2081 }
2082
2083 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
2084                                         int start_order, int migratetype)
2085 {
2086         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
2087
2088         while (nr_pageblocks--) {
2089                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
2090                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
2091         }
2092 }
2093
2094 /*
2095  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
2096  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
2097  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
2098  *
2099  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
2100  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
2101  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
2102  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
2103  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
2104  * pageblocks.
2105  */
2106 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
2107 {
2108         /*
2109          * Leaving this order check is intended, although there is
2110          * relaxed order check in next check. The reason is that
2111          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
2112          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
2113          * so could be changed anytime.
2114          */
2115         if (order >= pageblock_order)
2116                 return true;
2117
2118         if (order >= pageblock_order / 2 ||
2119                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
2120                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
2121                 page_group_by_mobility_disabled)
2122                 return true;
2123
2124         return false;
2125 }
2126
2127 /*
2128  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
2129  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
2130  * pageblock to our migratetype and determine how many already-allocated pages
2131  * are there in the pageblock with a compatible migratetype. If at least half
2132  * of pages are free or compatible, we can change migratetype of the pageblock
2133  * itself, so pages freed in the future will be put on the correct free list.
2134  */
2135 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
2136                                         int start_type, bool whole_block)
2137 {
2138         unsigned int current_order = page_order(page);
2139         struct free_area *area;
2140         int free_pages, movable_pages, alike_pages;
2141         int old_block_type;
2142
2143         old_block_type = get_pageblock_migratetype(page);
2144
2145         /*
2146          * This can happen due to races and we want to prevent broken
2147          * highatomic accounting.
2148          */
2149         if (is_migrate_highatomic(old_block_type))
2150                 goto single_page;
2151
2152         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
2153         if (current_order >= pageblock_order) {
2154                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
2155                 goto single_page;
2156         }
2157
2158         /* We are not allowed to try stealing from the whole block */
2159         if (!whole_block)
2160                 goto single_page;
2161
2162         free_pages = move_freepages_block(zone, page, start_type,
2163                                                 &movable_pages);
2164         /*
2165          * Determine how many pages are compatible with our allocation.
2166          * For movable allocation, it's the number of movable pages which
2167          * we just obtained. For other types it's a bit more tricky.
2168          */
2169         if (start_type == MIGRATE_MOVABLE) {
2170                 alike_pages = movable_pages;
2171         } else {
2172                 /*
2173                  * If we are falling back a RECLAIMABLE or UNMOVABLE allocation
2174                  * to MOVABLE pageblock, consider all non-movable pages as
2175                  * compatible. If it's UNMOVABLE falling back to RECLAIMABLE or
2176                  * vice versa, be conservative since we can't distinguish the
2177                  * exact migratetype of non-movable pages.
2178                  */
2179                 if (old_block_type == MIGRATE_MOVABLE)
2180                         alike_pages = pageblock_nr_pages
2181                                                 - (free_pages + movable_pages);
2182                 else
2183                         alike_pages = 0;
2184         }
2185
2186         /* moving whole block can fail due to zone boundary conditions */
2187         if (!free_pages)
2188                 goto single_page;
2189
2190         /*
2191          * If a sufficient number of pages in the block are either free or of
2192          * comparable migratability as our allocation, claim the whole block.
2193          */
2194         if (free_pages + alike_pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
2195                         page_group_by_mobility_disabled)
2196                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
2197
2198         return;
2199
2200 single_page:
2201         area = &zone->free_area[current_order];
2202         list_move(&page->lru, &area->free_list[start_type]);
2203 }
2204
2205 /*
2206  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
2207  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
2208  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
2209  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
2210  */
2211 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
2212                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
2213 {
2214         int i;
2215         int fallback_mt;
2216
2217         if (area->nr_free == 0)
2218                 return -1;
2219
2220         *can_steal = false;
2221         for (i = 0;; i++) {
2222                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
2223                 if (fallback_mt == MIGRATE_TYPES)
2224                         break;
2225
2226                 if (list_empty(&area->free_list[fallback_mt]))
2227                         continue;
2228
2229                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
2230                         *can_steal = true;
2231
2232                 if (!only_stealable)
2233                         return fallback_mt;
2234
2235                 if (*can_steal)
2236                         return fallback_mt;
2237         }
2238
2239         return -1;
2240 }
2241
2242 /*
2243  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
2244  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
2245  */
2246 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone,
2247                                 unsigned int alloc_order)
2248 {
2249         int mt;
2250         unsigned long max_managed, flags;
2251
2252         /*
2253          * Limit the number reserved to 1 pageblock or roughly 1% of a zone.
2254          * Check is race-prone but harmless.
2255          */
2256         max_managed = (zone->managed_pages / 100) + pageblock_nr_pages;
2257         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2258                 return;
2259
2260         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2261
2262         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
2263         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2264                 goto out_unlock;
2265
2266         /* Yoink! */
2267         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2268         if (!is_migrate_highatomic(mt) && !is_migrate_isolate(mt)
2269             && !is_migrate_cma(mt)) {
2270                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
2271                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2272                 move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_HIGHATOMIC, NULL);
2273         }
2274
2275 out_unlock:
2276         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2277 }
2278
2279 /*
2280  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
2281  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
2282  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
2283  * to recover from than an OOM.
2284  *
2285  * If @force is true, try to unreserve a pageblock even though highatomic
2286  * pageblock is exhausted.
2287  */
2288 static bool unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac,
2289                                                 bool force)
2290 {
2291         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2292         unsigned long flags;
2293         struct zoneref *z;
2294         struct zone *zone;
2295         struct page *page;
2296         int order;
2297         bool ret;
2298
2299         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->high_zoneidx,
2300                                                                 ac->nodemask) {
2301                 /*
2302                  * Preserve at least one pageblock unless memory pressure
2303                  * is really high.
2304                  */
2305                 if (!force && zone->nr_reserved_highatomic <=
2306                                         pageblock_nr_pages)
2307                         continue;
2308
2309                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2310                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
2311                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
2312
2313                         page = list_first_entry_or_null(
2314                                         &area->free_list[MIGRATE_HIGHATOMIC],
2315                                         struct page, lru);
2316                         if (!page)
2317                                 continue;
2318
2319                         /*
2320                          * In page freeing path, migratetype change is racy so
2321                          * we can counter several free pages in a pageblock
2322                          * in this loop althoug we changed the pageblock type
2323                          * from highatomic to ac->migratetype. So we should
2324                          * adjust the count once.
2325                          */
2326                         if (is_migrate_highatomic_page(page)) {
2327                                 /*
2328                                  * It should never happen but changes to
2329                                  * locking could inadvertently allow a per-cpu
2330                                  * drain to add pages to MIGRATE_HIGHATOMIC
2331                                  * while unreserving so be safe and watch for
2332                                  * underflows.
2333                                  */
2334                                 zone->nr_reserved_highatomic -= min(
2335                                                 pageblock_nr_pages,
2336                                                 zone->nr_reserved_highatomic);
2337                         }
2338
2339                         /*
2340                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
2341                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
2342                          * is doing the work and needs the pages. More
2343                          * importantly, if the block was always converted to
2344                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
2345                          * of pageblocks that cannot be completely freed
2346                          * may increase.
2347                          */
2348                         set_pageblock_migratetype(page, ac->migratetype);
2349                         ret = move_freepages_block(zone, page, ac->migratetype,
2350                                                                         NULL);
2351                         if (ret) {
2352                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2353                                 return ret;
2354                         }
2355                 }
2356                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2357         }
2358
2359         return false;
2360 }
2361
2362 /*
2363  * Try finding a free buddy page on the fallback list and put it on the free
2364  * list of requested migratetype, possibly along with other pages from the same
2365  * block, depending on fragmentation avoidance heuristics. Returns true if
2366  * fallback was found so that __rmqueue_smallest() can grab it.
2367  *
2368  * The use of signed ints for order and current_order is a deliberate
2369  * deviation from the rest of this file, to make the for loop
2370  * condition simpler.
2371  */
2372 static __always_inline bool
2373 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, int order, int start_migratetype)
2374 {
2375         struct free_area *area;
2376         int current_order;
2377         struct page *page;
2378         int fallback_mt;
2379         bool can_steal;
2380
2381         /*
2382          * Find the largest available free page in the other list. This roughly
2383          * approximates finding the pageblock with the most free pages, which
2384          * would be too costly to do exactly.
2385          */
2386         for (current_order = MAX_ORDER - 1; current_order >= order;
2387                                 --current_order) {
2388                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2389                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2390                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2391                 if (fallback_mt == -1)
2392                         continue;
2393
2394                 /*
2395                  * We cannot steal all free pages from the pageblock and the
2396                  * requested migratetype is movable. In that case it's better to
2397                  * steal and split the smallest available page instead of the
2398                  * largest available page, because even if the next movable
2399                  * allocation falls back into a different pageblock than this
2400                  * one, it won't cause permanent fragmentation.
2401                  */
2402                 if (!can_steal && start_migratetype == MIGRATE_MOVABLE
2403                                         && current_order > order)
2404                         goto find_smallest;
2405
2406                 goto do_steal;
2407         }
2408
2409         return false;
2410
2411 find_smallest:
2412         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER;
2413                                                         current_order++) {
2414                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2415                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2416                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2417                 if (fallback_mt != -1)
2418                         break;
2419         }
2420
2421         /*
2422          * This should not happen - we already found a suitable fallback
2423          * when looking for the largest page.
2424          */
2425         VM_BUG_ON(current_order == MAX_ORDER);
2426
2427 do_steal:
2428         page = list_first_entry(&area->free_list[fallback_mt],
2429                                                         struct page, lru);
2430
2431         steal_suitable_fallback(zone, page, start_migratetype, can_steal);
2432
2433         trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
2434                 start_migratetype, fallback_mt);
2435
2436         return true;
2437
2438 }
2439
2440 /*
2441  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
2442  * Call me with the zone->lock already held.
2443  */
2444 static __always_inline struct page *
2445 __rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order, int migratetype)
2446 {
2447         struct page *page;
2448
2449 retry:
2450         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
2451         if (unlikely(!page)) {
2452                 if (migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
2453                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2454
2455                 if (!page && __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype))
2456                         goto retry;
2457         }
2458
2459         trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
2460         return page;
2461 }
2462
2463 /*
2464  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
2465  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
2466  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
2467  */
2468 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
2469                         unsigned long count, struct list_head *list,
2470                         int migratetype)
2471 {
2472         int i, alloced = 0;
2473
2474         spin_lock(&zone->lock);
2475         for (i = 0; i < count; ++i) {
2476                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
2477                 if (unlikely(page == NULL))
2478                         break;
2479
2480                 if (unlikely(check_pcp_refill(page)))
2481                         continue;
2482
2483                 /*
2484                  * Split buddy pages returned by expand() are received here in
2485                  * physical page order. The page is added to the tail of
2486                  * caller's list. From the callers perspective, the linked list
2487                  * is ordered by page number under some conditions. This is
2488                  * useful for IO devices that can forward direction from the
2489                  * head, thus also in the physical page order. This is useful
2490                  * for IO devices that can merge IO requests if the physical
2491                  * pages are ordered properly.
2492                  */
2493                 list_add_tail(&page->lru, list);
2494                 alloced++;
2495                 if (is_migrate_cma(get_pcppage_migratetype(page)))
2496                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
2497                                               -(1 << order));
2498         }
2499
2500         /*
2501          * i pages were removed from the buddy list even if some leak due
2502          * to check_pcp_refill failing so adjust NR_FREE_PAGES based
2503          * on i. Do not confuse with 'alloced' which is the number of
2504          * pages added to the pcp list.
2505          */
2506         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
2507         spin_unlock(&zone->lock);
2508         return alloced;
2509 }
2510
2511 #ifdef CONFIG_NUMA
2512 /*
2513  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
2514  * currently executing processor on remote nodes after they have
2515  * expired.
2516  *
2517  * Note that this function must be called with the thread pinned to
2518  * a single processor.
2519  */
2520 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
2521 {
2522         unsigned long flags;
2523         int to_drain, batch;
2524
2525         local_irq_save(flags);
2526         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2527         to_drain = min(pcp->count, batch);
2528         if (to_drain > 0)
2529                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp);
2530         local_irq_restore(flags);
2531 }
2532 #endif
2533
2534 /*
2535  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
2536  *
2537  * The processor must either be the current processor and the
2538  * thread pinned to the current processor or a processor that
2539  * is not online.
2540  */
2541 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
2542 {
2543         unsigned long flags;
2544         struct per_cpu_pageset *pset;
2545         struct per_cpu_pages *pcp;
2546
2547         local_irq_save(flags);
2548         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2549
2550         pcp = &pset->pcp;
2551         if (pcp->count)
2552                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp);
2553         local_irq_restore(flags);
2554 }
2555
2556 /*
2557  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
2558  *
2559  * The processor must either be the current processor and the
2560  * thread pinned to the current processor or a processor that
2561  * is not online.
2562  */
2563 static void drain_pages(unsigned int cpu)
2564 {
2565         struct zone *zone;
2566
2567         for_each_populated_zone(zone) {
2568                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2569         }
2570 }
2571
2572 /*
2573  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
2574  *
2575  * The CPU has to be pinned. When zone parameter is non-NULL, spill just
2576  * the single zone's pages.
2577  */
2578 void drain_local_pages(struct zone *zone)
2579 {
2580         int cpu = smp_processor_id();
2581
2582         if (zone)
2583                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2584         else
2585                 drain_pages(cpu);
2586 }
2587
2588 static void drain_local_pages_wq(struct work_struct *work)
2589 {
2590         /*
2591          * drain_all_pages doesn't use proper cpu hotplug protection so
2592          * we can race with cpu offline when the WQ can move this from
2593          * a cpu pinned worker to an unbound one. We can operate on a different
2594          * cpu which is allright but we also have to make sure to not move to
2595          * a different one.
2596          */
2597         preempt_disable();
2598         drain_local_pages(NULL);
2599         preempt_enable();
2600 }
2601
2602 /*
2603  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
2604  *
2605  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
2606  *
2607  * Note that this can be extremely slow as the draining happens in a workqueue.
2608  */
2609 void drain_all_pages(struct zone *zone)
2610 {
2611         int cpu;
2612
2613         /*
2614          * Allocate in the BSS so we wont require allocation in
2615          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
2616          */
2617         static cpumask_t cpus_with_pcps;
2618
2619         /*
2620          * Make sure nobody triggers this path before mm_percpu_wq is fully
2621          * initialized.
2622          */
2623         if (WARN_ON_ONCE(!mm_percpu_wq))
2624                 return;
2625
2626         /*
2627          * Do not drain if one is already in progress unless it's specific to
2628          * a zone. Such callers are primarily CMA and memory hotplug and need
2629          * the drain to be complete when the call returns.
2630          */
2631         if (unlikely(!mutex_trylock(&pcpu_drain_mutex))) {
2632                 if (!zone)
2633                         return;
2634                 mutex_lock(&pcpu_drain_mutex);
2635         }
2636
2637         /*
2638          * We don't care about racing with CPU hotplug event
2639          * as offline notification will cause the notified
2640          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
2641          * disables preemption as part of its processing
2642          */
2643         for_each_online_cpu(cpu) {
2644                 struct per_cpu_pageset *pcp;
2645                 struct zone *z;
2646                 bool has_pcps = false;
2647
2648                 if (zone) {
2649                         pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2650                         if (pcp->pcp.count)
2651                                 has_pcps = true;
2652                 } else {
2653                         for_each_populated_zone(z) {
2654                                 pcp = per_cpu_ptr(z->pageset, cpu);
2655                                 if (pcp->pcp.count) {
2656                                         has_pcps = true;
2657                                         break;
2658                                 }
2659                         }
2660                 }
2661
2662                 if (has_pcps)
2663                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2664                 else
2665                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2666         }
2667
2668         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps) {
2669                 struct work_struct *work = per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu);
2670                 INIT_WORK(work, drain_local_pages_wq);
2671                 queue_work_on(cpu, mm_percpu_wq, work);
2672         }
2673         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps)
2674                 flush_work(per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu));
2675
2676         mutex_unlock(&pcpu_drain_mutex);
2677 }
2678
2679 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
2680
2681 /*
2682  * Touch the watchdog for every WD_PAGE_COUNT pages.
2683  */
2684 #define WD_PAGE_COUNT   (128*1024)
2685
2686 void mark_free_pages(struct zone *zone)
2687 {
2688         unsigned long pfn, max_zone_pfn, page_count = WD_PAGE_COUNT;
2689         unsigned long flags;
2690         unsigned int order, t;
2691         struct page *page;
2692
2693         if (zone_is_empty(zone))
2694                 return;
2695
2696         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2697
2698         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
2699         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
2700                 if (pfn_valid(pfn)) {
2701                         page = pfn_to_page(pfn);
2702
2703                         if (!--page_count) {
2704                                 touch_nmi_watchdog();
2705                                 page_count = WD_PAGE_COUNT;
2706                         }
2707
2708                         if (page_zone(page) != zone)
2709                                 continue;
2710
2711                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
2712                                 swsusp_unset_page_free(page);
2713                 }
2714
2715         for_each_migratetype_order(order, t) {
2716                 list_for_each_entry(page,
2717                                 &zone->free_area[order].free_list[t], lru) {
2718                         unsigned long i;
2719
2720                         pfn = page_to_pfn(page);
2721                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++) {
2722                                 if (!--page_count) {
2723                                         touch_nmi_watchdog();
2724                                         page_count = WD_PAGE_COUNT;
2725                                 }
2726                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
2727                         }
2728                 }
2729         }
2730         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2731 }
2732 #endif /* CONFIG_PM */
2733
2734 static bool free_unref_page_prepare(struct page *page, unsigned long pfn)
2735 {
2736         int migratetype;
2737
2738         if (!free_pcp_prepare(page))
2739                 return false;
2740
2741         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
2742         set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2743         return true;
2744 }
2745
2746 static void free_unref_page_commit(struct page *page, unsigned long pfn)
2747 {
2748         struct zone *zone = page_zone(page);
2749         struct per_cpu_pages *pcp;
2750         int migratetype;
2751
2752         migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
2753         __count_vm_event(PGFREE);
2754
2755         /*
2756          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
2757          * Free ISOLATE pages back to the allocator because they are being
2758          * offlined but treat HIGHATOMIC as movable pages so we can get those
2759          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
2760          * excessively into the page allocator
2761          */
2762         if (migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES) {
2763                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
2764                         free_one_page(zone, page, pfn, 0, migratetype);
2765                         return;
2766                 }
2767                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
2768         }
2769
2770         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
2771         list_add(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
2772         pcp->count++;
2773         if (pcp->count >= pcp->high) {
2774                 unsigned long batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2775                 free_pcppages_bulk(zone, batch, pcp);
2776         }
2777 }
2778
2779 /*
2780  * Free a 0-order page
2781  */
2782 void free_unref_page(struct page *page)
2783 {
2784         unsigned long flags;
2785         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
2786
2787         if (!free_unref_page_prepare(page, pfn))
2788                 return;
2789
2790         local_irq_save(flags);
2791         free_unref_page_commit(page, pfn);
2792         local_irq_restore(flags);
2793 }
2794
2795 /*
2796  * Free a list of 0-order pages
2797  */
2798 void free_unref_page_list(struct list_head *list)
2799 {
2800         struct page *page, *next;
2801         unsigned long flags, pfn;
2802         int batch_count = 0;
2803
2804         /* Prepare pages for freeing */
2805         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
2806                 pfn = page_to_pfn(page);
2807                 if (!free_unref_page_prepare(page, pfn))
2808                         list_del(&page->lru);
2809                 set_page_private(page, pfn);
2810         }
2811
2812         local_irq_save(flags);
2813         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
2814                 unsigned long pfn = page_private(page);
2815
2816                 set_page_private(page, 0);
2817                 trace_mm_page_free_batched(page);
2818                 free_unref_page_commit(page, pfn);
2819
2820                 /*
2821                  * Guard against excessive IRQ disabled times when we get
2822                  * a large list of pages to free.
2823                  */
2824                 if (++batch_count == SWAP_CLUSTER_MAX) {
2825                         local_irq_restore(flags);
2826                         batch_count = 0;
2827                         local_irq_save(flags);
2828                 }
2829         }
2830         local_irq_restore(flags);
2831 }
2832
2833 /*
2834  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
2835  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
2836  * Each sub-page must be freed individually.
2837  *
2838  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
2839  * Please consult with lkml before using this in your driver.
2840  */
2841 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
2842 {
2843         int i;
2844
2845         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
2846         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
2847
2848         for (i = 1; i < (1 << order); i++)
2849                 set_page_refcounted(page + i);
2850         split_page_owner(page, order);
2851 }
2852 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
2853
2854 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
2855 {
2856         unsigned long watermark;
2857         struct zone *zone;
2858         int mt;
2859
2860         BUG_ON(!PageBuddy(page));
2861
2862         zone = page_zone(page);
2863         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2864
2865         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
2866                 /*
2867                  * Obey watermarks as if the page was being allocated. We can
2868                  * emulate a high-order watermark check with a raised order-0
2869                  * watermark, because we already know our high-order page
2870                  * exists.
2871                  */
2872                 watermark = min_wmark_pages(zone) + (1UL << order);
2873                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, ALLOC_CMA))
2874                         return 0;
2875
2876                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
2877         }
2878
2879         /* Remove page from free list */
2880         list_del(&page->lru);
2881         zone->free_area[order].nr_free--;
2882         rmv_page_order(page);
2883
2884         /*
2885          * Set the pageblock if the isolated page is at least half of a
2886          * pageblock
2887          */
2888         if (order >= pageblock_order - 1) {
2889                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
2890                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
2891                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
2892                         if (!is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt)
2893                             && !is_migrate_highatomic(mt))
2894                                 set_pageblock_migratetype(page,
2895                                                           MIGRATE_MOVABLE);
2896                 }
2897         }
2898
2899
2900         return 1UL << order;
2901 }
2902
2903 /*
2904  * Update NUMA hit/miss statistics
2905  *
2906  * Must be called with interrupts disabled.
2907  */
2908 static inline void zone_statistics(struct zone *preferred_zone, struct zone *z)
2909 {
2910 #ifdef CONFIG_NUMA
2911         enum numa_stat_item local_stat = NUMA_LOCAL;
2912
2913         /* skip numa counters update if numa stats is disabled */
2914         if (!static_branch_likely(&vm_numa_stat_key))
2915                 return;
2916
2917         if (z->node != numa_node_id())
2918                 local_stat = NUMA_OTHER;
2919
2920         if (z->node == preferred_zone->node)
2921                 __inc_numa_state(z, NUMA_HIT);
2922         else {
2923                 __inc_numa_state(z, NUMA_MISS);
2924                 __inc_numa_state(preferred_zone, NUMA_FOREIGN);
2925         }
2926         __inc_numa_state(z, local_stat);
2927 #endif
2928 }
2929
2930 /* Remove page from the per-cpu list, caller must protect the list */
2931 static struct page *__rmqueue_pcplist(struct zone *zone, int migratetype,
2932                         struct per_cpu_pages *pcp,
2933                         struct list_head *list)
2934 {
2935         struct page *page;
2936
2937         do {
2938                 if (list_empty(list)) {
2939                         pcp->count += rmqueue_bulk(zone, 0,
2940                                         pcp->batch, list,
2941                                         migratetype);
2942                         if (unlikely(list_empty(list)))
2943                                 return NULL;
2944                 }
2945
2946                 page = list_first_entry(list, struct page, lru);
2947                 list_del(&page->lru);
2948                 pcp->count--;
2949         } while (check_new_pcp(page));
2950
2951         return page;
2952 }
2953
2954 /* Lock and remove page from the per-cpu list */
2955 static struct page *rmqueue_pcplist(struct zone *preferred_zone,
2956                         struct zone *zone, unsigned int order,
2957                         gfp_t gfp_flags, int migratetype)
2958 {
2959         struct per_cpu_pages *pcp;
2960         struct list_head *list;
2961         struct page *page;
2962         unsigned long flags;
2963
2964         local_irq_save(flags);
2965         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
2966         list = &pcp->lists[migratetype];
2967         page = __rmqueue_pcplist(zone,  migratetype, pcp, list);
2968         if (page) {
2969                 __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
2970                 zone_statistics(preferred_zone, zone);
2971         }
2972         local_irq_restore(flags);
2973         return page;
2974 }
2975
2976 /*
2977  * Allocate a page from the given zone. Use pcplists for order-0 allocations.
2978  */
2979 static inline
2980 struct page *rmqueue(struct zone *preferred_zone,
2981                         struct zone *zone, unsigned int order,
2982                         gfp_t gfp_flags, unsigned int alloc_flags,
2983                         int migratetype)
2984 {
2985         unsigned long flags;
2986         struct page *page;
2987
2988         if (likely(order == 0)) {
2989                 page = rmqueue_pcplist(preferred_zone, zone, order,
2990                                 gfp_flags, migratetype);
2991                 goto out;
2992         }
2993
2994         /*
2995          * We most definitely don't want callers attempting to
2996          * allocate greater than order-1 page units with __GFP_NOFAIL.
2997          */
2998         WARN_ON_ONCE((gfp_flags & __GFP_NOFAIL) && (order > 1));
2999         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3000
3001         do {
3002                 page = NULL;
3003                 if (alloc_flags & ALLOC_HARDER) {
3004                         page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
3005                         if (page)
3006                                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
3007                 }
3008                 if (!page)
3009                         page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
3010         } while (page && check_new_pages(page, order));
3011         spin_unlock(&zone->lock);
3012         if (!page)
3013                 goto failed;
3014         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
3015                                   get_pcppage_migratetype(page));
3016
3017         __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
3018         zone_statistics(preferred_zone, zone);
3019         local_irq_restore(flags);
3020
3021 out:
3022         VM_BUG_ON_PAGE(page && bad_range(zone, page), page);
3023         return page;
3024
3025 failed:
3026         local_irq_restore(flags);
3027         return NULL;
3028 }
3029
3030 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
3031
3032 static struct {
3033         struct fault_attr attr;
3034
3035         bool ignore_gfp_highmem;
3036         bool ignore_gfp_reclaim;
3037         u32 min_order;
3038 } fail_page_alloc = {
3039         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
3040         .ignore_gfp_reclaim = true,
3041         .ignore_gfp_highmem = true,
3042         .min_order = 1,
3043 };
3044
3045 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
3046 {
3047         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
3048 }
3049 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
3050
3051 static bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3052 {
3053         if (order < fail_page_alloc.min_order)
3054                 return false;
3055         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3056                 return false;
3057         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
3058                 return false;
3059         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim &&
3060                         (gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3061                 return false;
3062
3063         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
3064 }
3065
3066 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
3067
3068 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
3069 {
3070         umode_t mode = S_IFREG | S_IRUSR | S_IWUSR;
3071         struct dentry *dir;
3072
3073         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
3074                                         &fail_page_alloc.attr);
3075         if (IS_ERR(dir))
3076                 return PTR_ERR(dir);
3077
3078         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
3079                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim))
3080                 goto fail;
3081         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
3082                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem))
3083                 goto fail;
3084         if (!debugfs_create_u32("min-order", mode, dir,
3085                                 &fail_page_alloc.min_order))
3086                 goto fail;
3087
3088         return 0;
3089 fail:
3090         debugfs_remove_recursive(dir);
3091
3092         return -ENOMEM;
3093 }
3094
3095 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
3096
3097 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
3098
3099 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3100
3101 static inline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3102 {
3103         return false;
3104 }
3105
3106 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3107
3108 /*
3109  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
3110  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
3111  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
3112  * to check in the allocation paths if no pages are free.
3113  */
3114 bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3115                          int classzone_idx, unsigned int alloc_flags,
3116                          long free_pages)
3117 {
3118         long min = mark;
3119         int o;
3120         const bool alloc_harder = (alloc_flags & (ALLOC_HARDER|ALLOC_OOM));
3121
3122         /* free_pages may go negative - that's OK */
3123         free_pages -= (1 << order) - 1;
3124
3125         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
3126                 min -= min / 2;
3127
3128         /*
3129          * If the caller does not have rights to ALLOC_HARDER then subtract
3130          * the high-atomic reserves. This will over-estimate the size of the
3131          * atomic reserve but it avoids a search.
3132          */
3133         if (likely(!alloc_harder)) {
3134                 free_pages -= z->nr_reserved_highatomic;
3135         } else {
3136                 /*
3137                  * OOM victims can try even harder than normal ALLOC_HARDER
3138                  * users on the grounds that it's definitely going to be in
3139                  * the exit path shortly and free memory. Any allocation it
3140                  * makes during the free path will be small and short-lived.
3141                  */
3142                 if (alloc_flags & ALLOC_OOM)
3143                         min -= min / 2;
3144                 else
3145                         min -= min / 4;
3146         }
3147
3148
3149 #ifdef CONFIG_CMA
3150         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
3151         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
3152                 free_pages -= zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
3153 #endif
3154
3155         /*
3156          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
3157          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
3158          * even if a suitable page happened to be free.
3159          */
3160         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
3161                 return false;
3162
3163         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
3164         if (!order)
3165                 return true;
3166
3167         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
3168         for (o = order; o < MAX_ORDER; o++) {
3169                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
3170                 int mt;
3171
3172                 if (!area->nr_free)
3173                         continue;
3174
3175                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
3176                         if (!list_empty(&area->free_list[mt]))
3177                                 return true;
3178                 }
3179
3180 #ifdef CONFIG_CMA
3181                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
3182                     !list_empty(&area->free_list[MIGRATE_CMA])) {
3183                         return true;
3184                 }
3185 #endif
3186                 if (alloc_harder &&
3187                         !list_empty(&area->free_list[MIGRATE_HIGHATOMIC]))
3188                         return true;
3189         }
3190         return false;
3191 }
3192
3193 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3194                       int classzone_idx, unsigned int alloc_flags)
3195 {
3196         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
3197                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
3198 }
3199
3200 static inline bool zone_watermark_fast(struct zone *z, unsigned int order,
3201                 unsigned long mark, int classzone_idx, unsigned int alloc_flags)
3202 {
3203         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3204         long cma_pages = 0;
3205
3206 #ifdef CONFIG_CMA
3207         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
3208         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
3209                 cma_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
3210 #endif
3211
3212         /*
3213          * Fast check for order-0 only. If this fails then the reserves
3214          * need to be calculated. There is a corner case where the check
3215          * passes but only the high-order atomic reserve are free. If
3216          * the caller is !atomic then it'll uselessly search the free
3217          * list. That corner case is then slower but it is harmless.
3218          */
3219         if (!order && (free_pages - cma_pages) > mark + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
3220                 return true;
3221
3222         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
3223                                         free_pages);
3224 }
3225
3226 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
3227                         unsigned long mark, int classzone_idx)
3228 {
3229         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3230
3231         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
3232                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
3233
3234         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, 0,
3235                                                                 free_pages);
3236 }
3237
3238 #ifdef CONFIG_NUMA
3239 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3240 {
3241         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <=
3242                                 RECLAIM_DISTANCE;
3243 }
3244 #else   /* CONFIG_NUMA */
3245 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3246 {
3247         return true;
3248 }
3249 #endif  /* CONFIG_NUMA */
3250
3251 /*
3252  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
3253  * a page.
3254  */
3255 static struct page *
3256 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
3257                                                 const struct alloc_context *ac)
3258 {
3259         struct zoneref *z = ac->preferred_zoneref;
3260         struct zone *zone;
3261         struct pglist_data *last_pgdat_dirty_limit = NULL;
3262
3263         /*
3264          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
3265          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
3266          */
3267         for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
3268                                                                 ac->nodemask) {
3269                 struct page *page;
3270                 unsigned long mark;
3271
3272                 if (cpusets_enabled() &&
3273                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
3274                         !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
3275                                 continue;
3276                 /*
3277                  * When allocating a page cache page for writing, we
3278                  * want to get it from a node that is within its dirty
3279                  * limit, such that no single node holds more than its
3280                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
3281                  * The dirty limits take into account the node's
3282                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
3283                  * should be able to balance it without having to
3284                  * write pages from its LRU list.
3285                  *
3286                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
3287                  * exceed the per-node dirty limit in the slowpath
3288                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
3289                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
3290                  * nodes are together not big enough to reach the
3291                  * global limit.  The proper fix for these situations
3292                  * will require awareness of nodes in the
3293                  * dirty-throttling and the flusher threads.
3294                  */
3295                 if (ac->spread_dirty_pages) {
3296                         if (last_pgdat_dirty_limit == zone->zone_pgdat)
3297                                 continue;
3298
3299                         if (!node_dirty_ok(zone->zone_pgdat)) {
3300                                 last_pgdat_dirty_limit = zone->zone_pgdat;
3301                                 continue;
3302                         }
3303                 }
3304
3305                 mark = zone->watermark[alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK];
3306                 if (!zone_watermark_fast(zone, order, mark,
3307                                        ac_classzone_idx(ac), alloc_flags)) {
3308                         int ret;
3309
3310 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
3311                         /*
3312                          * Watermark failed for this zone, but see if we can
3313                          * grow this zone if it contains deferred pages.
3314                          */
3315                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
3316                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
3317                                         goto try_this_zone;
3318                         }
3319 #endif
3320                         /* Checked here to keep the fast path fast */
3321                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
3322                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
3323                                 goto try_this_zone;
3324
3325                         if (node_reclaim_mode == 0 ||
3326                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zoneref->zone, zone))
3327                                 continue;
3328
3329                         ret = node_reclaim(zone->zone_pgdat, gfp_mask, order);
3330                         switch (ret) {
3331                         case NODE_RECLAIM_NOSCAN:
3332                                 /* did not scan */
3333                                 continue;
3334                         case NODE_RECLAIM_FULL:
3335                                 /* scanned but unreclaimable */
3336                                 continue;
3337                         default:
3338                                 /* did we reclaim enough */
3339                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
3340                                                 ac_classzone_idx(ac), alloc_flags))
3341                                         goto try_this_zone;
3342
3343                                 continue;
3344                         }
3345                 }
3346
3347 try_this_zone:
3348                 page = rmqueue(ac->preferred_zoneref->zone, zone, order,
3349                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
3350                 if (page) {
3351                         prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
3352
3353                         /*
3354                          * If this is a high-order atomic allocation then check
3355                          * if the pageblock should be reserved for the future
3356                          */
3357                         if (unlikely(order && (alloc_flags & ALLOC_HARDER)))
3358                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone, order);
3359
3360                         return page;
3361                 } else {
3362 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
3363                         /* Try again if zone has deferred pages */
3364                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
3365                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
3366                                         goto try_this_zone;
3367                         }
3368 #endif
3369                 }
3370         }
3371
3372         return NULL;
3373 }
3374
3375 /*
3376  * Large machines with many possible nodes should not always dump per-node
3377  * meminfo in irq context.
3378  */
3379 static inline bool should_suppress_show_mem(void)
3380 {
3381         bool ret = false;
3382
3383 #if NODES_SHIFT > 8
3384         ret = in_interrupt();
3385 #endif
3386         return ret;
3387 }
3388
3389 static void warn_alloc_show_mem(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
3390 {
3391         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3392         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(show_mem_rs, HZ, 1);
3393
3394         if (should_suppress_show_mem() || !__ratelimit(&show_mem_rs))
3395                 return;
3396
3397         /*
3398          * This documents exceptions given to allocations in certain
3399          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
3400          * of allowed nodes.
3401          */
3402         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3403                 if (tsk_is_oom_victim(current) ||
3404                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
3405                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3406         if (in_interrupt() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3407                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3408
3409         show_mem(filter, nodemask);
3410 }
3411
3412 void warn_alloc(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask, const char *fmt, ...)
3413 {
3414         struct va_format vaf;
3415         va_list args;
3416         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs, DEFAULT_RATELIMIT_INTERVAL,
3417                                       DEFAULT_RATELIMIT_BURST);
3418
3419         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) || !__ratelimit(&nopage_rs))
3420                 return;
3421
3422         va_start(args, fmt);
3423         vaf.fmt = fmt;
3424         vaf.va = &args;
3425         pr_warn("%s: %pV, mode:%#x(%pGg), nodemask=%*pbl\n",
3426                         current->comm, &vaf, gfp_mask, &gfp_mask,
3427                         nodemask_pr_args(nodemask));
3428         va_end(args);
3429
3430         cpuset_print_current_mems_allowed();
3431
3432         dump_stack();
3433         warn_alloc_show_mem(gfp_mask, nodemask);
3434 }
3435
3436 static inline struct page *
3437 __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3438                               unsigned int alloc_flags,
3439                               const struct alloc_context *ac)
3440 {
3441         struct page *page;
3442
3443         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3444                         alloc_flags|ALLOC_CPUSET, ac);
3445         /*
3446          * fallback to ignore cpuset restriction if our nodes
3447          * are depleted
3448          */
3449         if (!page)
3450                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3451                                 alloc_flags, ac);
3452
3453         return page;
3454 }
3455
3456 static inline struct page *
3457 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3458         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
3459 {
3460         struct oom_control oc = {
3461                 .zonelist = ac->zonelist,
3462                 .nodemask = ac->nodemask,
3463                 .memcg = NULL,
3464                 .gfp_mask = gfp_mask,
3465                 .order = order,
3466         };
3467         struct page *page;
3468
3469         *did_some_progress = 0;
3470
3471         /*
3472          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
3473          * making progress for us.
3474          */
3475         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
3476                 *did_some_progress = 1;
3477                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
3478                 return NULL;
3479         }
3480
3481         /*
3482          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
3483          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
3484          * we're still under heavy pressure. But make sure that this reclaim
3485          * attempt shall not depend on __GFP_DIRECT_RECLAIM && !__GFP_NORETRY
3486          * allocation which will never fail due to oom_lock already held.
3487          */
3488         page = get_page_from_freelist((gfp_mask | __GFP_HARDWALL) &
3489                                       ~__GFP_DIRECT_RECLAIM, order,
3490                                       ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
3491         if (page)
3492                 goto out;
3493
3494         /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
3495         if (current->flags & PF_DUMPCORE)
3496                 goto out;
3497         /* The OOM killer will not help higher order allocs */
3498         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3499                 goto out;
3500         /*
3501          * We have already exhausted all our reclaim opportunities without any
3502          * success so it is time to admit defeat. We will skip the OOM killer
3503          * because it is very likely that the caller has a more reasonable
3504          * fallback than shooting a random task.
3505          */
3506         if (gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL)
3507                 goto out;
3508         /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
3509         if (ac->high_zoneidx < ZONE_NORMAL)
3510                 goto out;
3511         if (pm_suspended_storage())
3512                 goto out;
3513         /*
3514          * XXX: GFP_NOFS allocations should rather fail than rely on
3515          * other request to make a forward progress.
3516          * We are in an unfortunate situation where out_of_memory cannot
3517          * do much for this context but let's try it to at least get
3518          * access to memory reserved if the current task is killed (see
3519          * out_of_memory). Once filesystems are ready to handle allocation
3520          * failures more gracefully we should just bail out here.
3521          */
3522
3523         /* The OOM killer may not free memory on a specific node */
3524         if (gfp_mask & __GFP_THISNODE)
3525                 goto out;
3526
3527         /* Exhausted what can be done so it's blame time */
3528         if (out_of_memory(&oc) || WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
3529                 *did_some_progress = 1;
3530
3531                 /*
3532                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
3533                  * reserves
3534                  */
3535                 if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3536                         page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order,
3537                                         ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3538         }
3539 out:
3540         mutex_unlock(&oom_lock);
3541         return page;
3542 }
3543
3544 /*
3545  * Maximum number of compaction retries wit a progress before OOM
3546  * killer is consider as the only way to move forward.
3547  */
3548 #define MAX_COMPACT_RETRIES 16
3549
3550 #ifdef CONFIG_COMPACTION
3551 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
3552 static struct page *
3553 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3554                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3555                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
3556 {
3557         struct page *page;
3558         unsigned int noreclaim_flag;
3559
3560         if (!order)
3561                 return NULL;
3562
3563         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
3564         *compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3565                                                                         prio);
3566         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
3567
3568         if (*compact_result <= COMPACT_INACTIVE)
3569                 return NULL;
3570
3571         /*
3572          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
3573          * count a compaction stall
3574          */
3575         count_vm_event(COMPACTSTALL);
3576
3577         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3578
3579         if (page) {
3580                 struct zone *zone = page_zone(page);
3581
3582                 zone->compact_blockskip_flush = false;
3583                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
3584                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
3585                 return page;
3586         }
3587
3588         /*
3589          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
3590          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
3591          */
3592         count_vm_event(COMPACTFAIL);
3593
3594         cond_resched();
3595
3596         return NULL;
3597 }
3598
3599 static inline bool
3600 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, int order, int alloc_flags,
3601                      enum compact_result compact_result,
3602                      enum compact_priority *compact_priority,
3603                      int *compaction_retries)
3604 {
3605         int max_retries = MAX_COMPACT_RETRIES;
3606         int min_priority;
3607         bool ret = false;
3608         int retries = *compaction_retries;
3609         enum compact_priority priority = *compact_priority;
3610
3611         if (!order)
3612                 return false;
3613
3614         if (compaction_made_progress(compact_result))
3615                 (*compaction_retries)++;
3616
3617         /*
3618          * compaction considers all the zone as desperately out of memory
3619          * so it doesn't really make much sense to retry except when the
3620          * failure could be caused by insufficient priority
3621          */
3622         if (compaction_failed(compact_result))
3623                 goto check_priority;
3624
3625         /*
3626          * make sure the compaction wasn't deferred or didn't bail out early
3627          * due to locks contention before we declare that we should give up.
3628          * But do not retry if the given zonelist is not suitable for
3629          * compaction.
3630          */
3631         if (compaction_withdrawn(compact_result)) {
3632                 ret = compaction_zonelist_suitable(ac, order, alloc_flags);
3633                 goto out;
3634         }
3635
3636         /*
3637          * !costly requests are much more important than __GFP_RETRY_MAYFAIL
3638          * costly ones because they are de facto nofail and invoke OOM
3639          * killer to move on while costly can fail and users are ready
3640          * to cope with that. 1/4 retries is rather arbitrary but we
3641          * would need much more detailed feedback from compaction to
3642          * make a better decision.
3643          */
3644         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3645                 max_retries /= 4;
3646         if (*compaction_retries <= max_retries) {
3647                 ret = true;
3648                 goto out;
3649         }
3650
3651         /*
3652          * Make sure there are attempts at the highest priority if we exhausted
3653          * all retries or failed at the lower priorities.
3654          */
3655 check_priority:
3656         min_priority = (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) ?
3657                         MIN_COMPACT_COSTLY_PRIORITY : MIN_COMPACT_PRIORITY;
3658
3659         if (*compact_priority > min_priority) {
3660                 (*compact_priority)--;
3661                 *compaction_retries = 0;
3662                 ret = true;
3663         }
3664 out:
3665         trace_compact_retry(order, priority, compact_result, retries, max_retries, ret);
3666         return ret;
3667 }
3668 #else
3669 static inline struct page *
3670 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3671                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3672                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
3673 {
3674         *compact_result = COMPACT_SKIPPED;
3675         return NULL;
3676 }
3677
3678 static inline bool
3679 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, unsigned int order, int alloc_flags,
3680                      enum compact_result compact_result,
3681                      enum compact_priority *compact_priority,
3682                      int *compaction_retries)
3683 {
3684         struct zone *zone;
3685         struct zoneref *z;
3686
3687         if (!order || order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3688                 return false;
3689
3690         /*
3691          * There are setups with compaction disabled which would prefer to loop
3692          * inside the allocator rather than hit the oom killer prematurely.
3693          * Let's give them a good hope and keep retrying while the order-0
3694          * watermarks are OK.
3695          */
3696         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
3697                                         ac->nodemask) {
3698                 if (zone_watermark_ok(zone, 0, min_wmark_pages(zone),
3699                                         ac_classzone_idx(ac), alloc_flags))
3700                         return true;
3701         }
3702         return false;
3703 }
3704 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
3705
3706 #ifdef CONFIG_LOCKDEP
3707 struct lockdep_map __fs_reclaim_map =
3708         STATIC_LOCKDEP_MAP_INIT("fs_reclaim", &__fs_reclaim_map);
3709
3710 static bool __need_fs_reclaim(gfp_t gfp_mask)
3711 {
3712         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
3713
3714         /* no reclaim without waiting on it */
3715         if (!(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3716                 return false;
3717
3718         /* this guy won't enter reclaim */
3719         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
3720                 return false;
3721
3722         /* We're only interested __GFP_FS allocations for now */
3723         if (!(gfp_mask & __GFP_FS))
3724                 return false;
3725
3726         if (gfp_mask & __GFP_NOLOCKDEP)
3727                 return false;
3728
3729         return true;
3730 }
3731
3732 void fs_reclaim_acquire(gfp_t gfp_mask)
3733 {
3734         if (__need_fs_reclaim(gfp_mask))
3735                 lock_map_acquire(&__fs_reclaim_map);
3736 }
3737 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_acquire);
3738
3739 void fs_reclaim_release(gfp_t gfp_mask)
3740 {
3741         if (__need_fs_reclaim(gfp_mask))
3742                 lock_map_release(&__fs_reclaim_map);
3743 }
3744 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_release);
3745 #endif
3746
3747 /* Perform direct synchronous page reclaim */
3748 static int
3749 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3750                                         const struct alloc_context *ac)
3751 {
3752         struct reclaim_state reclaim_state;
3753         int progress;
3754         unsigned int noreclaim_flag;
3755
3756         cond_resched();
3757
3758         /* We now go into synchronous reclaim */
3759         cpuset_memory_pressure_bump();
3760         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
3761         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
3762         reclaim_state.reclaimed_slab = 0;
3763         current->reclaim_state = &reclaim_state;
3764
3765         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
3766                                                                 ac->nodemask);
3767
3768         current->reclaim_state = NULL;
3769         fs_reclaim_release(gfp_mask);
3770         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
3771
3772         cond_resched();
3773
3774         return progress;
3775 }
3776
3777 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
3778 static inline struct page *
3779 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3780                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3781                 unsigned long *did_some_progress)
3782 {
3783         struct page *page = NULL;
3784         bool drained = false;
3785
3786         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
3787         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
3788                 return NULL;
3789
3790 retry:
3791         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3792
3793         /*
3794          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
3795          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
3796          * Shrink them them and try again
3797          */
3798         if (!page && !drained) {
3799                 unreserve_highatomic_pageblock(ac, false);
3800                 drain_all_pages(NULL);
3801                 drained = true;
3802                 goto retry;
3803         }
3804
3805         return page;
3806 }
3807
3808 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, gfp_t gfp_mask,
3809                              const struct alloc_context *ac)
3810 {
3811         struct zoneref *z;
3812         struct zone *zone;
3813         pg_data_t *last_pgdat = NULL;
3814         enum zone_type high_zoneidx = ac->high_zoneidx;
3815
3816         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, high_zoneidx,
3817                                         ac->nodemask) {
3818                 if (last_pgdat != zone->zone_pgdat)
3819                         wakeup_kswapd(zone, gfp_mask, order, high_zoneidx);
3820                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
3821         }
3822 }
3823
3824 static inline unsigned int
3825 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
3826 {
3827         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
3828
3829         /* __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH to save a branch. */
3830         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
3831
3832         /*
3833          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
3834          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
3835          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
3836          * set both ALLOC_HARDER (__GFP_ATOMIC) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
3837          */
3838         alloc_flags |= (__force int) (gfp_mask & __GFP_HIGH);
3839
3840         if (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) {
3841                 /*
3842                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
3843                  * if it can't schedule.
3844                  */
3845                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3846                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
3847                 /*
3848                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
3849                  * comment for __cpuset_node_allowed().
3850                  */
3851                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
3852         } else if (unlikely(rt_task(current)) && !in_interrupt())
3853                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
3854
3855 #ifdef CONFIG_CMA
3856         if (gfpflags_to_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
3857                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3858 #endif
3859         return alloc_flags;
3860 }
3861
3862 static bool oom_reserves_allowed(struct task_struct *tsk)
3863 {
3864         if (!tsk_is_oom_victim(tsk))
3865                 return false;
3866
3867         /*
3868          * !MMU doesn't have oom reaper so give access to memory reserves
3869          * only to the thread with TIF_MEMDIE set
3870          */
3871         if (!IS_ENABLED(CONFIG_MMU) && !test_thread_flag(TIF_MEMDIE))
3872                 return false;
3873
3874         return true;
3875 }
3876
3877 /*
3878  * Distinguish requests which really need access to full memory
3879  * reserves from oom victims which can live with a portion of it
3880  */
3881 static inline int __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_t gfp_mask)
3882 {
3883         if (unlikely(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3884                 return 0;
3885         if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
3886                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
3887         if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
3888                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
3889         if (!in_interrupt()) {
3890                 if (current->flags & PF_MEMALLOC)
3891                         return ALLOC_NO_WATERMARKS;
3892                 else if (oom_reserves_allowed(current))
3893                         return ALLOC_OOM;
3894         }
3895
3896         return 0;
3897 }
3898
3899 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
3900 {
3901         return !!__gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
3902 }
3903
3904 /*
3905  * Checks whether it makes sense to retry the reclaim to make a forward progress
3906  * for the given allocation request.
3907  *
3908  * We give up when we either have tried MAX_RECLAIM_RETRIES in a row
3909  * without success, or when we couldn't even meet the watermark if we
3910  * reclaimed all remaining pages on the LRU lists.
3911  *
3912  * Returns true if a retry is viable or false to enter the oom path.
3913  */
3914 static inline bool
3915 should_reclaim_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned order,
3916                      struct alloc_context *ac, int alloc_flags,
3917                      bool did_some_progress, int *no_progress_loops)
3918 {
3919         struct zone *zone;
3920         struct zoneref *z;
3921
3922         /*
3923          * Costly allocations might have made a progress but this doesn't mean
3924          * their order will become available due to high fragmentation so
3925          * always increment the no progress counter for them
3926          */
3927         if (did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3928                 *no_progress_loops = 0;
3929         else
3930                 (*no_progress_loops)++;
3931
3932         /*
3933          * Make sure we converge to OOM if we cannot make any progress
3934          * several times in the row.
3935          */
3936         if (*no_progress_loops > MAX_RECLAIM_RETRIES) {
3937                 /* Before OOM, exhaust highatomic_reserve */
3938                 return unreserve_highatomic_pageblock(ac, true);
3939         }
3940
3941         /*
3942          * Keep reclaiming pages while there is a chance this will lead
3943          * somewhere.  If none of the target zones can satisfy our allocation
3944          * request even if all reclaimable pages are considered then we are
3945          * screwed and have to go OOM.
3946          */
3947         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
3948                                         ac->nodemask) {
3949                 unsigned long available;
3950                 unsigned long reclaimable;
3951                 unsigned long min_wmark = min_wmark_pages(zone);
3952                 bool wmark;
3953
3954                 available = reclaimable = zone_reclaimable_pages(zone);
3955                 available += zone_page_state_snapshot(zone, NR_FREE_PAGES);
3956
3957                 /*
3958                  * Would the allocation succeed if we reclaimed all
3959                  * reclaimable pages?
3960                  */
3961                 wmark = __zone_watermark_ok(zone, order, min_wmark,
3962                                 ac_classzone_idx(ac), alloc_flags, available);
3963                 trace_reclaim_retry_zone(z, order, reclaimable,
3964                                 available, min_wmark, *no_progress_loops, wmark);
3965                 if (wmark) {
3966                         /*
3967                          * If we didn't make any progress and have a lot of
3968                          * dirty + writeback pages then we should wait for
3969                          * an IO to complete to slow down the reclaim and
3970                          * prevent from pre mature OOM
3971                          */
3972                         if (!did_some_progress) {
3973                                 unsigned long write_pending;
3974
3975                                 write_pending = zone_page_state_snapshot(zone,
3976                                                         NR_ZONE_WRITE_PENDING);
3977
3978                                 if (2 * write_pending > reclaimable) {
3979                                         congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
3980                                         return true;
3981                                 }
3982                         }
3983
3984                         /*
3985                          * Memory allocation/reclaim might be called from a WQ
3986                          * context and the current implementation of the WQ
3987                          * concurrency control doesn't recognize that
3988                          * a particular WQ is congested if the worker thread is
3989                          * looping without ever sleeping. Therefore we have to
3990                          * do a short sleep here rather than calling
3991                          * cond_resched().
3992                          */
3993                         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
3994                                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
3995                         else
3996                                 cond_resched();
3997
3998                         return true;
3999                 }
4000         }
4001
4002         return false;
4003 }
4004
4005 static inline bool
4006 check_retry_cpuset(int cpuset_mems_cookie, struct alloc_context *ac)
4007 {
4008         /*
4009          * It's possible that cpuset's mems_allowed and the nodemask from
4010          * mempolicy don't intersect. This should be normally dealt with by
4011          * policy_nodemask(), but it's possible to race with cpuset update in
4012          * such a way the check therein was true, and then it became false
4013          * before we got our cpuset_mems_cookie here.
4014          * This assumes that for all allocations, ac->nodemask can come only
4015          * from MPOL_BIND mempolicy (whose documented semantics is to be ignored
4016          * when it does not intersect with the cpuset restrictions) or the
4017          * caller can deal with a violated nodemask.
4018          */
4019         if (cpusets_enabled() && ac->nodemask &&
4020                         !cpuset_nodemask_valid_mems_allowed(ac->nodemask)) {
4021                 ac->nodemask = NULL;
4022                 return true;
4023         }
4024
4025         /*
4026          * When updating a task's mems_allowed or mempolicy nodemask, it is
4027          * possible to race with parallel threads in such a way that our
4028          * allocation can fail while the mask is being updated. If we are about
4029          * to fail, check if the cpuset changed during allocation and if so,
4030          * retry.
4031          */
4032         if (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))
4033                 return true;
4034
4035         return false;
4036 }
4037
4038 static inline struct page *
4039 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4040                                                 struct alloc_context *ac)
4041 {
4042         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
4043         const bool costly_order = order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER;
4044         struct page *page = NULL;
4045         unsigned int alloc_flags;
4046         unsigned long did_some_progress;
4047         enum compact_priority compact_priority;
4048         enum compact_result compact_result;
4049         int compaction_retries;
4050         int no_progress_loops;
4051         unsigned int cpuset_mems_cookie;
4052         int reserve_flags;
4053
4054         /*
4055          * In the slowpath, we sanity check order to avoid ever trying to
4056          * reclaim >= MAX_ORDER areas which will never succeed. Callers may
4057          * be using allocators in order of preference for an area that is
4058          * too large.
4059          */
4060         if (order >= MAX_ORDER) {
4061                 WARN_ON_ONCE(!(gfp_mask & __GFP_NOWARN));
4062                 return NULL;
4063         }
4064
4065         /*
4066          * We also sanity check to catch abuse of atomic reserves being used by
4067          * callers that are not in atomic context.
4068          */
4069         if (WARN_ON_ONCE((gfp_mask & (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)) ==
4070                                 (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)))
4071                 gfp_mask &= ~__GFP_ATOMIC;
4072
4073 retry_cpuset:
4074         compaction_retries = 0;
4075         no_progress_loops = 0;
4076         compact_priority = DEF_COMPACT_PRIORITY;
4077         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
4078
4079         /*
4080          * The fast path uses conservative alloc_flags to succeed only until
4081          * kswapd needs to be woken up, and to avoid the cost of setting up
4082          * alloc_flags precisely. So we do that now.
4083          */
4084         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
4085
4086         /*
4087          * We need to recalculate the starting point for the zonelist iterator
4088          * because we might have used different nodemask in the fast path, or
4089          * there was a cpuset modification and we are retrying - otherwise we
4090          * could end up iterating over non-eligible zones endlessly.
4091          */
4092         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4093                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
4094         if (!ac->preferred_zoneref->zone)
4095                 goto nopage;
4096
4097         if (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM)
4098                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4099
4100         /*
4101          * The adjusted alloc_flags might result in immediate success, so try
4102          * that first
4103          */
4104         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4105         if (page)
4106                 goto got_pg;
4107
4108         /*
4109          * For costly allocations, try direct compaction first, as it's likely
4110          * that we have enough base pages and don't need to reclaim. For non-
4111          * movable high-order allocations, do that as well, as compaction will
4112          * try prevent permanent fragmentation by migrating from blocks of the
4113          * same migratetype.
4114          * Don't try this for allocations that are allowed to ignore
4115          * watermarks, as the ALLOC_NO_WATERMARKS attempt didn't yet happen.
4116          */
4117         if (can_direct_reclaim &&
4118                         (costly_order ||
4119                            (order > 0 && ac->migratetype != MIGRATE_MOVABLE))
4120                         && !gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_mask)) {
4121                 page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order,
4122                                                 alloc_flags, ac,
4123                                                 INIT_COMPACT_PRIORITY,
4124                                                 &compact_result);
4125                 if (page)
4126                         goto got_pg;
4127
4128                 /*
4129                  * Checks for costly allocations with __GFP_NORETRY, which
4130                  * includes THP page fault allocations
4131                  */
4132                 if (costly_order && (gfp_mask & __GFP_NORETRY)) {
4133                         /*
4134                          * If compaction is deferred for high-order allocations,
4135                          * it is because sync compaction recently failed. If
4136                          * this is the case and the caller requested a THP
4137                          * allocation, we do not want to heavily disrupt the
4138                          * system, so we fail the allocation instead of entering
4139                          * direct reclaim.
4140                          */
4141                         if (compact_result == COMPACT_DEFERRED)
4142                                 goto nopage;
4143
4144                         /*
4145                          * Looks like reclaim/compaction is worth trying, but
4146                          * sync compaction could be very expensive, so keep
4147                          * using async compaction.
4148                          */
4149                         compact_priority = INIT_COMPACT_PRIORITY;
4150                 }
4151         }
4152
4153 retry:
4154         /* Ensure kswapd doesn't accidentally go to sleep as long as we loop */
4155         if (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM)
4156                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4157
4158         reserve_flags = __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4159         if (reserve_flags)
4160                 alloc_flags = reserve_flags;
4161
4162         /*
4163          * Reset the zonelist iterators if memory policies can be ignored.
4164          * These allocations are high priority and system rather than user
4165          * orientated.
4166          */
4167         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) || reserve_flags) {
4168                 ac->zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), gfp_mask);
4169                 ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4170                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
4171         }
4172
4173         /* Attempt with potentially adjusted zonelist and alloc_flags */
4174         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4175         if (page)
4176                 goto got_pg;
4177
4178         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
4179         if (!can_direct_reclaim)
4180                 goto nopage;
4181
4182         /* Avoid recursion of direct reclaim */
4183         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4184                 goto nopage;
4185
4186         /* Try direct reclaim and then allocating */
4187         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4188                                                         &did_some_progress);
4189         if (page)
4190                 goto got_pg;
4191
4192         /* Try direct compaction and then allocating */
4193         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4194                                         compact_priority, &compact_result);
4195         if (page)
4196                 goto got_pg;
4197
4198         /* Do not loop if specifically requested */
4199         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
4200                 goto nopage;
4201
4202         /*
4203          * Do not retry costly high order allocations unless they are
4204          * __GFP_RETRY_MAYFAIL
4205          */
4206         if (costly_order && !(gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL))
4207                 goto nopage;
4208
4209         if (should_reclaim_retry(gfp_mask, order, ac, alloc_flags,
4210                                  did_some_progress > 0, &no_progress_loops))
4211                 goto retry;
4212
4213         /*
4214          * It doesn't make any sense to retry for the compaction if the order-0
4215          * reclaim is not able to make any progress because the current
4216          * implementation of the compaction depends on the sufficient amount
4217          * of free memory (see __compaction_suitable)
4218          */
4219         if (did_some_progress > 0 &&
4220                         should_compact_retry(ac, order, alloc_flags,
4221                                 compact_result, &compact_priority,
4222                                 &compaction_retries))
4223                 goto retry;
4224
4225
4226         /* Deal with possible cpuset update races before we start OOM killing */
4227         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
4228                 goto retry_cpuset;
4229
4230         /* Reclaim has failed us, start killing things */
4231         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
4232         if (page)
4233                 goto got_pg;
4234
4235         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
4236         if (tsk_is_oom_victim(current) &&
4237             (alloc_flags == ALLOC_OOM ||
4238              (gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC)))
4239                 goto nopage;
4240
4241         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
4242         if (did_some_progress) {
4243                 no_progress_loops = 0;
4244                 goto retry;
4245         }
4246
4247 nopage:
4248         /* Deal with possible cpuset update races before we fail */
4249         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
4250                 goto retry_cpuset;
4251
4252         /*
4253          * Make sure that __GFP_NOFAIL request doesn't leak out and make sure
4254          * we always retry
4255          */
4256         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL) {
4257                 /*
4258                  * All existing users of the __GFP_NOFAIL are blockable, so warn
4259                  * of any new users that actually require GFP_NOWAIT
4260                  */
4261                 if (WARN_ON_ONCE(!can_direct_reclaim))
4262                         goto fail;
4263
4264                 /*
4265                  * PF_MEMALLOC request from this context is rather bizarre
4266                  * because we cannot reclaim anything and only can loop waiting
4267                  * for somebody to do a work for us
4268                  */
4269                 WARN_ON_ONCE(current->flags & PF_MEMALLOC);
4270
4271                 /*
4272                  * non failing costly orders are a hard requirement which we
4273                  * are not prepared for much so let's warn about these users
4274                  * so that we can identify them and convert them to something
4275                  * else.
4276                  */
4277                 WARN_ON_ONCE(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
4278
4279                 /*
4280                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
4281                  * reserves but do not use ALLOC_NO_WATERMARKS because this
4282                  * could deplete whole memory reserves which would just make
4283                  * the situation worse
4284                  */
4285                 page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order, ALLOC_HARDER, ac);
4286                 if (page)
4287                         goto got_pg;
4288
4289                 cond_resched();
4290                 goto retry;
4291         }
4292 fail:
4293         warn_alloc(gfp_mask, ac->nodemask,
4294                         "page allocation failure: order:%u", order);
4295 got_pg:
4296         return page;
4297 }
4298
4299 static inline bool prepare_alloc_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4300                 int preferred_nid, nodemask_t *nodemask,
4301                 struct alloc_context *ac, gfp_t *alloc_mask,
4302                 unsigned int *alloc_flags)
4303 {
4304         ac->high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
4305         ac->zonelist = node_zonelist(preferred_nid, gfp_mask);
4306         ac->nodemask = nodemask;
4307         ac->migratetype = gfpflags_to_migratetype(gfp_mask);
4308
4309         if (cpusets_enabled()) {
4310                 *alloc_mask |= __GFP_HARDWALL;
4311                 if (!ac->nodemask)
4312                         ac->nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
4313                 else
4314                         *alloc_flags |= ALLOC_CPUSET;
4315         }
4316
4317         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
4318         fs_reclaim_release(gfp_mask);
4319
4320         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM);
4321
4322         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
4323                 return false;
4324
4325         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA) && ac->migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
4326                 *alloc_flags |= ALLOC_CMA;
4327
4328         return true;
4329 }
4330
4331 /* Determine whether to spread dirty pages and what the first usable zone */
4332 static inline void finalise_ac(gfp_t gfp_mask,
4333                 unsigned int order, struct alloc_context *ac)
4334 {
4335         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
4336         ac->spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
4337
4338         /*
4339          * The preferred zone is used for statistics but crucially it is
4340          * also used as the starting point for the zonelist iterator. It
4341          * may get reset for allocations that ignore memory policies.
4342          */
4343         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4344                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
4345 }
4346
4347 /*
4348  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
4349  */
4350 struct page *
4351 __alloc_pages_nodemask(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int preferred_nid,
4352                                                         nodemask_t *nodemask)
4353 {
4354         struct page *page;
4355         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
4356         gfp_t alloc_mask; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
4357         struct alloc_context ac = { };
4358
4359         gfp_mask &= gfp_allowed_mask;
4360         alloc_mask = gfp_mask;
4361         if (!prepare_alloc_pages(gfp_mask, order, preferred_nid, nodemask, &ac, &alloc_mask, &alloc_flags))
4362                 return NULL;
4363
4364         finalise_ac(gfp_mask, order, &ac);
4365
4366         /* First allocation attempt */
4367         page = get_page_from_freelist(alloc_mask, order, alloc_flags, &ac);
4368         if (likely(page))
4369                 goto out;
4370
4371         /*
4372          * Apply scoped allocation constraints. This is mainly about GFP_NOFS
4373          * resp. GFP_NOIO which has to be inherited for all allocation requests
4374          * from a particular context which has been marked by
4375          * memalloc_no{fs,io}_{save,restore}.
4376          */
4377         alloc_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4378         ac.spread_dirty_pages = false;
4379
4380         /*
4381          * Restore the original nodemask if it was potentially replaced with
4382          * &cpuset_current_mems_allowed to optimize the fast-path attempt.
4383          */
4384         if (unlikely(ac.nodemask != nodemask))
4385                 ac.nodemask = nodemask;
4386
4387         page = __alloc_pages_slowpath(alloc_mask, order, &ac);
4388
4389 out:
4390         if (memcg_kmem_enabled() && (gfp_mask & __GFP_ACCOUNT) && page &&
4391             unlikely(memcg_kmem_charge(page, gfp_mask, order) != 0)) {
4392                 __free_pages(page, order);
4393                 page = NULL;
4394         }
4395
4396         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_mask, ac.migratetype);
4397
4398         return page;
4399 }
4400 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages_nodemask);
4401
4402 /*
4403  * Common helper functions.
4404  */
4405 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
4406 {
4407         struct page *page;
4408
4409         /*
4410          * __get_free_pages() returns a virtual address, which cannot represent
4411          * a highmem page
4412          */
4413         VM_BUG_ON((gfp_mask & __GFP_HIGHMEM) != 0);
4414
4415         page = alloc_pages(gfp_mask, order);
4416         if (!page)
4417                 return 0;
4418         return (unsigned long) page_address(page);
4419 }
4420 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
4421
4422 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
4423 {
4424         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
4425 }
4426 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
4427
4428 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
4429 {
4430         if (put_page_testzero(page)) {
4431                 if (order == 0)
4432                         free_unref_page(page);
4433                 else
4434                         __free_pages_ok(page, order);
4435         }
4436 }
4437
4438 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
4439
4440 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
4441 {
4442         if (addr != 0) {
4443                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
4444                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
4445         }
4446 }
4447
4448 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
4449
4450 /*
4451  * Page Fragment:
4452  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
4453  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
4454  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
4455  *
4456  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
4457  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
4458  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
4459  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
4460  */
4461 static struct page *__page_frag_cache_refill(struct page_frag_cache *nc,
4462                                              gfp_t gfp_mask)
4463 {
4464         struct page *page = NULL;
4465         gfp_t gfp = gfp_mask;
4466
4467 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4468         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
4469                     __GFP_NOMEMALLOC;
4470         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
4471                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
4472         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
4473 #endif
4474         if (unlikely(!page))
4475                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
4476
4477         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
4478
4479         return page;
4480 }
4481
4482 void __page_frag_cache_drain(struct page *page, unsigned int count)
4483 {
4484         VM_BUG_ON_PAGE(page_ref_count(page) == 0, page);
4485
4486         if (page_ref_sub_and_test(page, count)) {
4487                 unsigned int order = compound_order(page);
4488
4489                 if (order == 0)
4490                         free_unref_page(page);
4491                 else
4492                         __free_pages_ok(page, order);
4493         }
4494 }
4495 EXPORT_SYMBOL(__page_frag_cache_drain);
4496
4497 void *page_frag_alloc(struct page_frag_cache *nc,
4498                       unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask)
4499 {
4500         unsigned int size = PAGE_SIZE;
4501         struct page *page;
4502         int offset;
4503
4504         if (unlikely(!nc->va)) {
4505 refill:
4506                 page = __page_frag_cache_refill(nc, gfp_mask);
4507                 if (!page)
4508                         return NULL;
4509
4510 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4511                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
4512                 size = nc->size;
4513 #endif
4514                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
4515                  * This would break get_page_unless_zero() users.
4516                  */
4517                 page_ref_add(page, size - 1);
4518
4519                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
4520                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
4521                 nc->pagecnt_bias = size;
4522                 nc->offset = size;
4523         }
4524
4525         offset = nc->offset - fragsz;
4526         if (unlikely(offset < 0)) {
4527                 page = virt_to_page(nc->va);
4528
4529                 if (!page_ref_sub_and_test(page, nc->pagecnt_bias))
4530                         goto refill;
4531
4532 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4533                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
4534                 size = nc->size;
4535 #endif
4536                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
4537                 set_page_count(page, size);
4538
4539                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
4540                 nc->pagecnt_bias = size;
4541                 offset = size - fragsz;
4542         }
4543
4544         nc->pagecnt_bias--;
4545         nc->offset = offset;
4546
4547         return nc->va + offset;
4548 }
4549 EXPORT_SYMBOL(page_frag_alloc);
4550
4551 /*
4552  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
4553  */
4554 void page_frag_free(void *addr)
4555 {
4556         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
4557
4558         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
4559                 __free_pages_ok(page, compound_order(page));
4560 }
4561 EXPORT_SYMBOL(page_frag_free);
4562
4563 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
4564                 size_t size)
4565 {
4566         if (addr) {
4567                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
4568                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
4569
4570                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
4571                 while (used < alloc_end) {
4572                         free_page(used);
4573                         used += PAGE_SIZE;
4574                 }
4575         }
4576         return (void *)addr;
4577 }
4578
4579 /**
4580  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
4581  * @size: the number of bytes to allocate
4582  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
4583  *
4584  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
4585  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
4586  * allocate memory in power-of-two pages.
4587  *
4588  * This function is also limited by MAX_ORDER.
4589  *
4590  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
4591  */
4592 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
4593 {
4594         unsigned int order = get_order(size);
4595         unsigned long addr;
4596
4597         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
4598         return make_alloc_exact(addr, order, size);
4599 }
4600 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
4601
4602 /**
4603  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
4604  *                         pages on a node.
4605  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
4606  * @size: the number of bytes to allocate
4607  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
4608  *
4609  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
4610  * back.
4611  */
4612 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
4613 {
4614         unsigned int order = get_order(size);
4615         struct page *p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
4616         if (!p)
4617                 return NULL;
4618         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
4619 }
4620
4621 /**
4622  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
4623  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
4624  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
4625  *
4626  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
4627  */
4628 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
4629 {
4630         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
4631         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
4632
4633         while (addr < end) {
4634                 free_page(addr);
4635                 addr += PAGE_SIZE;
4636         }
4637 }
4638 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
4639
4640 /**
4641  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
4642  * @offset: The zone index of the highest zone
4643  *
4644  * nr_free_zone_pages() counts the number of counts pages which are beyond the
4645  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
4646  * zone, the number of pages is calculated as:
4647  *
4648  *     nr_free_zone_pages = managed_pages - high_pages
4649  */
4650 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
4651 {
4652         struct zoneref *z;
4653         struct zone *zone;
4654
4655         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
4656         unsigned long sum = 0;
4657
4658         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
4659
4660         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
4661                 unsigned long size = zone->managed_pages;
4662                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
4663                 if (size > high)
4664                         sum += size - high;
4665         }
4666
4667         return sum;
4668 }
4669
4670 /**
4671  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
4672  *
4673  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
4674  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
4675  */
4676 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
4677 {
4678         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
4679 }
4680 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
4681
4682 /**
4683  * nr_free_pagecache_pages - count number of pages beyond high watermark
4684  *
4685  * nr_free_pagecache_pages() counts the number of pages which are beyond the
4686  * high watermark within all zones.
4687  */
4688 unsigned long nr_free_pagecache_pages(void)
4689 {
4690         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
4691 }
4692
4693 static inline void show_node(struct zone *zone)
4694 {
4695         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
4696                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
4697 }
4698
4699 long si_mem_available(void)
4700 {
4701         long available;
4702         unsigned long pagecache;
4703         unsigned long wmark_low = 0;
4704         unsigned long pages[NR_LRU_LISTS];
4705         struct zone *zone;
4706         int lru;
4707
4708         for (lru = LRU_BASE; lru < NR_LRU_LISTS; lru++)
4709                 pages[lru] = global_node_page_state(NR_LRU_BASE + lru);
4710
4711         for_each_zone(zone)
4712                 wmark_low += zone->watermark[WMARK_LOW];
4713
4714         /*
4715          * Estimate the amount of memory available for userspace allocations,
4716          * without causing swapping.
4717          */
4718         available = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES) - totalreserve_pages;
4719
4720         /*
4721          * Not all the page cache can be freed, otherwise the system will
4722          * start swapping. Assume at least half of the page cache, or the
4723          * low watermark worth of cache, needs to stay.
4724          */
4725         pagecache = pages[LRU_ACTIVE_FILE] + pages[LRU_INACTIVE_FILE];
4726         pagecache -= min(pagecache / 2, wmark_low);
4727         available += pagecache;
4728
4729         /*
4730          * Part of the reclaimable slab consists of items that are in use,
4731          * and cannot be freed. Cap this estimate at the low watermark.
4732          */
4733         available += global_node_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE) -
4734                      min(global_node_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE) / 2,
4735                          wmark_low);
4736
4737         if (available < 0)
4738                 available = 0;
4739         return available;
4740 }
4741 EXPORT_SYMBOL_GPL(si_mem_available);
4742
4743 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
4744 {
4745         val->totalram = totalram_pages;
4746         val->sharedram = global_node_page_state(NR_SHMEM);
4747         val->freeram = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES);
4748         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
4749         val->totalhigh = totalhigh_pages;
4750         val->freehigh = nr_free_highpages();
4751         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
4752 }
4753
4754 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
4755
4756 #ifdef CONFIG_NUMA
4757 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
4758 {
4759         int zone_type;          /* needs to be signed */
4760         unsigned long managed_pages = 0;
4761         unsigned long managed_highpages = 0;
4762         unsigned long free_highpages = 0;
4763         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4764
4765         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
4766                 managed_pages += pgdat->node_zones[zone_type].managed_pages;
4767         val->totalram = managed_pages;
4768         val->sharedram = node_page_state(pgdat, NR_SHMEM);
4769         val->freeram = sum_zone_node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
4770 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
4771         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++) {
4772                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
4773
4774                 if (is_highmem(zone)) {
4775                         managed_highpages += zone->managed_pages;
4776                         free_highpages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
4777                 }
4778         }
4779         val->totalhigh = managed_highpages;
4780         val->freehigh = free_highpages;
4781 #else
4782         val->totalhigh = managed_highpages;
4783         val->freehigh = free_highpages;
4784 #endif
4785         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
4786 }
4787 #endif
4788
4789 /*
4790  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
4791  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
4792  */
4793 static bool show_mem_node_skip(unsigned int flags, int nid, nodemask_t *nodemask)
4794 {
4795         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
4796                 return false;
4797
4798         /*
4799          * no node mask - aka implicit memory numa policy. Do not bother with
4800          * the synchronization - read_mems_allowed_begin - because we do not
4801          * have to be precise here.
4802          */
4803         if (!nodemask)
4804                 nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
4805
4806         return !node_isset(nid, *nodemask);
4807 }
4808
4809 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
4810
4811 static void show_migration_types(unsigned char type)
4812 {
4813         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
4814                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
4815                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
4816                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
4817                 [MIGRATE_HIGHATOMIC]    = 'H',
4818 #ifdef CONFIG_CMA
4819                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
4820 #endif
4821 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
4822                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
4823 #endif
4824         };
4825         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
4826         char *p = tmp;
4827         int i;
4828
4829         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
4830                 if (type & (1 << i))
4831                         *p++ = types[i];
4832         }
4833
4834         *p = '\0';
4835         printk(KERN_CONT "(%s) ", tmp);
4836 }
4837
4838 /*
4839  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
4840  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
4841  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
4842  *
4843  * Bits in @filter:
4844  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
4845  *   cpuset.
4846  */
4847 void show_free_areas(unsigned int filter, nodemask_t *nodemask)
4848 {
4849         unsigned long free_pcp = 0;
4850         int cpu;
4851         struct zone *zone;
4852         pg_data_t *pgdat;
4853
4854         for_each_populated_zone(zone) {
4855                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
4856                         continue;
4857
4858                 for_each_online_cpu(cpu)
4859                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
4860         }
4861
4862         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
4863                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
4864                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu unstable:%lu\n"
4865                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
4866                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
4867                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
4868                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
4869                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
4870                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
4871                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
4872                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
4873                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
4874                 global_node_page_state(NR_UNEVICTABLE),
4875                 global_node_page_state(NR_FILE_DIRTY),
4876                 global_node_page_state(NR_WRITEBACK),
4877                 global_node_page_state(NR_UNSTABLE_NFS),
4878                 global_node_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE),
4879                 global_node_page_state(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE),
4880                 global_node_page_state(NR_FILE_MAPPED),
4881                 global_node_page_state(NR_SHMEM),
4882                 global_zone_page_state(NR_PAGETABLE),
4883                 global_zone_page_state(NR_BOUNCE),
4884                 global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES),
4885                 free_pcp,
4886                 global_zone_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
4887
4888         for_each_online_pgdat(pgdat) {
4889                 if (show_mem_node_skip(filter, pgdat->node_id, nodemask))
4890                         continue;
4891
4892                 printk("Node %d"
4893                         " active_anon:%lukB"
4894                         " inactive_anon:%lukB"
4895                         " active_file:%lukB"
4896                         " inactive_file:%lukB"
4897                         " unevictable:%lukB"
4898                         " isolated(anon):%lukB"
4899                         " isolated(file):%lukB"
4900                         " mapped:%lukB"
4901                         " dirty:%lukB"
4902                         " writeback:%lukB"
4903                         " shmem:%lukB"
4904 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
4905                         " shmem_thp: %lukB"
4906                         " shmem_pmdmapped: %lukB"
4907                         " anon_thp: %lukB"
4908 #endif
4909                         " writeback_tmp:%lukB"
4910                         " unstable:%lukB"
4911                         " all_unreclaimable? %s"
4912                         "\n",
4913                         pgdat->node_id,
4914                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_ANON)),
4915                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON)),
4916                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE)),
4917                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE)),
4918                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNEVICTABLE)),
4919                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON)),
4920                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_FILE)),
4921                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_MAPPED)),
4922                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_DIRTY)),
4923                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK)),
4924                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM)),
4925 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
4926                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
4927                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_PMDMAPPED)
4928                                         * HPAGE_PMD_NR),
4929                         K(node_page_state(pgdat, NR_ANON_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
4930 #endif
4931                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK_TEMP)),
4932                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNSTABLE_NFS)),
4933                         pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES ?
4934                                 "yes" : "no");
4935         }
4936
4937         for_each_populated_zone(zone) {
4938                 int i;
4939
4940                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
4941                         continue;
4942
4943                 free_pcp = 0;
4944                 for_each_online_cpu(cpu)
4945                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
4946
4947                 show_node(zone);
4948                 printk(KERN_CONT
4949                         "%s"
4950                         " free:%lukB"
4951                         " min:%lukB"
4952                         " low:%lukB"
4953                         " high:%lukB"
4954                         " active_anon:%lukB"
4955                         " inactive_anon:%lukB"
4956                         " active_file:%lukB"
4957                         " inactive_file:%lukB"
4958                         " unevictable:%lukB"
4959                         " writepending:%lukB"
4960                         " present:%lukB"
4961                         " managed:%lukB"
4962                         " mlocked:%lukB"
4963                         " kernel_stack:%lukB"
4964                         " pagetables:%lukB"
4965                         " bounce:%lukB"
4966                         " free_pcp:%lukB"
4967                         " local_pcp:%ukB"
4968                         " free_cma:%lukB"
4969                         "\n",
4970                         zone->name,
4971                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
4972                         K(min_wmark_pages(zone)),
4973                         K(low_wmark_pages(zone)),
4974                         K(high_wmark_pages(zone)),
4975                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_ANON)),
4976                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_ANON)),
4977                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_FILE)),
4978                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_FILE)),
4979                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_UNEVICTABLE)),
4980                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_WRITE_PENDING)),
4981                         K(zone->present_pages),
4982                         K(zone->managed_pages),
4983                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
4984                         zone_page_state(zone, NR_KERNEL_STACK_KB),
4985                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGETABLE)),
4986                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
4987                         K(free_pcp),
4988                         K(this_cpu_read(zone->pageset->pcp.count)),
4989                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)));
4990                 printk("lowmem_reserve[]:");
4991                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
4992                         printk(KERN_CONT " %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
4993                 printk(KERN_CONT "\n");
4994         }
4995
4996         for_each_populated_zone(zone) {
4997                 unsigned int order;
4998                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, total = 0;
4999                 unsigned char types[MAX_ORDER];
5000
5001                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5002                         continue;
5003                 show_node(zone);
5004                 printk(KERN_CONT "%s: ", zone->name);
5005
5006                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
5007                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
5008                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
5009                         int type;
5010
5011                         nr[order] = area->nr_free;
5012                         total += nr[order] << order;
5013
5014                         types[order] = 0;
5015                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
5016                                 if (!list_empty(&area->free_list[type]))
5017                                         types[order] |= 1 << type;
5018                         }
5019                 }
5020                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
5021                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
5022                         printk(KERN_CONT "%lu*%lukB ",
5023                                nr[order], K(1UL) << order);
5024                         if (nr[order])
5025                                 show_migration_types(types[order]);
5026                 }
5027                 printk(KERN_CONT "= %lukB\n", K(total));
5028         }
5029
5030         hugetlb_show_meminfo();
5031
5032         printk("%ld total pagecache pages\n", global_node_page_state(NR_FILE_PAGES));
5033
5034         show_swap_cache_info();
5035 }
5036
5037 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
5038 {
5039         zoneref->zone = zone;
5040         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
5041 }
5042
5043 /*
5044  * Builds allocation fallback zone lists.
5045  *
5046  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
5047  */
5048 static int build_zonerefs_node(pg_data_t *pgdat, struct zoneref *zonerefs)
5049 {
5050         struct zone *zone;
5051         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
5052         int nr_zones = 0;
5053
5054         do {
5055                 zone_type--;
5056                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
5057                 if (managed_zone(zone)) {
5058                         zoneref_set_zone(zone, &zonerefs[nr_zones++]);
5059                         check_highest_zone(zone_type);
5060                 }
5061         } while (zone_type);
5062
5063         return nr_zones;
5064 }
5065
5066 #ifdef CONFIG_NUMA
5067
5068 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
5069 {
5070         /*
5071          * We used to support different zonlists modes but they turned
5072          * out to be just not useful. Let's keep the warning in place
5073          * if somebody still use the cmd line parameter so that we do
5074          * not fail it silently
5075          */
5076         if (!(*s == 'd' || *s == 'D' || *s == 'n' || *s == 'N')) {
5077                 pr_warn("Ignoring unsupported numa_zonelist_order value:  %s\n", s);
5078                 return -EINVAL;
5079         }
5080         return 0;
5081 }
5082
5083 static __init int setup_numa_zonelist_order(char *s)
5084 {
5085         if (!s)
5086                 return 0;
5087
5088         return __parse_numa_zonelist_order(s);
5089 }
5090 early_param("numa_zonelist_order", setup_numa_zonelist_order);
5091
5092 char numa_zonelist_order[] = "Node";
5093
5094 /*
5095  * sysctl handler for numa_zonelist_order
5096  */
5097 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
5098                 void __user *buffer, size_t *length,
5099                 loff_t *ppos)
5100 {
5101         char *str;
5102         int ret;
5103
5104         if (!write)
5105                 return proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
5106         str = memdup_user_nul(buffer, 16);
5107         if (IS_ERR(str))
5108                 return PTR_ERR(str);
5109
5110         ret = __parse_numa_zonelist_order(str);
5111         kfree(str);
5112         return ret;
5113 }
5114
5115
5116 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
5117 static int node_load[MAX_NUMNODES];
5118
5119 /**
5120  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
5121  * @node: node whose fallback list we're appending
5122  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
5123  *
5124  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
5125  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
5126  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
5127  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
5128  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
5129  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
5130  * on them otherwise.
5131  * It returns -1 if no node is found.
5132  */
5133 static int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
5134 {
5135         int n, val;
5136         int min_val = INT_MAX;
5137         int best_node = NUMA_NO_NODE;
5138         const struct cpumask *tmp = cpumask_of_node(0);
5139
5140         /* Use the local node if we haven't already */
5141         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
5142                 node_set(node, *used_node_mask);
5143                 return node;
5144         }
5145
5146         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
5147
5148                 /* Don't want a node to appear more than once */
5149                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
5150                         continue;
5151
5152                 /* Use the distance array to find the distance */
5153                 val = node_distance(node, n);
5154
5155                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
5156                 val += (n < node);
5157
5158                 /* Give preference to headless and unused nodes */
5159                 tmp = cpumask_of_node(n);
5160                 if (!cpumask_empty(tmp))
5161                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
5162
5163                 /* Slight preference for less loaded node */
5164                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
5165                 val += node_load[n];
5166
5167                 if (val < min_val) {
5168                         min_val = val;
5169                         best_node = n;
5170                 }
5171         }
5172
5173         if (best_node >= 0)
5174                 node_set(best_node, *used_node_mask);
5175
5176         return best_node;
5177 }
5178
5179
5180 /*
5181  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
5182  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
5183  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
5184  */
5185 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int *node_order,
5186                 unsigned nr_nodes)
5187 {
5188         struct zoneref *zonerefs;
5189         int i;
5190
5191         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
5192
5193         for (i = 0; i < nr_nodes; i++) {
5194                 int nr_zones;
5195
5196                 pg_data_t *node = NODE_DATA(node_order[i]);
5197
5198                 nr_zones = build_zonerefs_node(node, zonerefs);
5199                 zonerefs += nr_zones;
5200         }
5201         zonerefs->zone = NULL;
5202         zonerefs->zone_idx = 0;
5203 }
5204
5205 /*
5206  * Build gfp_thisnode zonelists
5207  */
5208 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5209 {
5210         struct zoneref *zonerefs;
5211         int nr_zones;
5212
5213         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_NOFALLBACK]._zonerefs;
5214         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
5215         zonerefs += nr_zones;
5216         zonerefs->zone = NULL;
5217         zonerefs->zone_idx = 0;
5218 }
5219
5220 /*
5221  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
5222  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
5223  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
5224  * may still exist in local DMA zone.
5225  */
5226
5227 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5228 {
5229         static int node_order[MAX_NUMNODES];
5230         int node, load, nr_nodes = 0;
5231         nodemask_t used_mask;
5232         int local_node, prev_node;
5233
5234         /* NUMA-aware ordering of nodes */
5235         local_node = pgdat->node_id;
5236         load = nr_online_nodes;
5237         prev_node = local_node;
5238         nodes_clear(used_mask);
5239
5240         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
5241         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
5242                 /*
5243                  * We don't want to pressure a particular node.
5244                  * So adding penalty to the first node in same
5245                  * distance group to make it round-robin.
5246                  */
5247                 if (node_distance(local_node, node) !=
5248                     node_distance(local_node, prev_node))
5249                         node_load[node] = load;
5250
5251                 node_order[nr_nodes++] = node;
5252                 prev_node = node;
5253                 load--;
5254         }
5255
5256         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node_order, nr_nodes);
5257         build_thisnode_zonelists(pgdat);
5258 }
5259
5260 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5261 /*
5262  * Return node id of node used for "local" allocations.
5263  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
5264  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
5265  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
5266  */
5267 int local_memory_node(int node)
5268 {
5269         struct zoneref *z;
5270
5271         z = first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
5272                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
5273                                    NULL);
5274         return z->zone->node;
5275 }
5276 #endif
5277
5278 static void setup_min_unmapped_ratio(void);
5279 static void setup_min_slab_ratio(void);
5280 #else   /* CONFIG_NUMA */
5281
5282 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5283 {
5284         int node, local_node;
5285         struct zoneref *zonerefs;
5286         int nr_zones;
5287
5288         local_node = pgdat->node_id;
5289
5290         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
5291         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
5292         zonerefs += nr_zones;
5293
5294         /*
5295          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
5296          * of all the other nodes.
5297          * We don't want to pressure a particular node, so when
5298          * building the zones for node N, we make sure that the
5299          * zones coming right after the local ones are those from
5300          * node N+1 (modulo N)
5301          */
5302         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
5303                 if (!node_online(node))
5304                         continue;
5305                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
5306                 zonerefs += nr_zones;
5307         }
5308         for (node = 0; node < local_node; node++) {
5309                 if (!node_online(node))
5310                         continue;
5311                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
5312                 zonerefs += nr_zones;
5313         }
5314
5315         zonerefs->zone = NULL;
5316         zonerefs->zone_idx = 0;
5317 }
5318
5319 #endif  /* CONFIG_NUMA */
5320
5321 /*
5322  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
5323  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
5324  * that an item put on a list will immediately be handed over to
5325  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
5326  * with interrupts disabled.
5327  *
5328  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
5329  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
5330  * hotplugged processors.
5331  *
5332  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
5333  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
5334  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
5335  */
5336 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch);
5337 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pageset, boot_pageset);
5338 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_nodestat, boot_nodestats);
5339
5340 static void __build_all_zonelists(void *data)
5341 {
5342         int nid;
5343         int __maybe_unused cpu;
5344         pg_data_t *self = data;
5345         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
5346
5347         spin_lock(&lock);
5348
5349 #ifdef CONFIG_NUMA
5350         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
5351 #endif
5352
5353         /*
5354          * This node is hotadded and no memory is yet present.   So just
5355          * building zonelists is fine - no need to touch other nodes.
5356          */
5357         if (self && !node_online(self->node_id)) {
5358                 build_zonelists(self);
5359         } else {
5360                 for_each_online_node(nid) {
5361                         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5362
5363                         build_zonelists(pgdat);
5364                 }
5365
5366 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5367                 /*
5368                  * We now know the "local memory node" for each node--
5369                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
5370                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
5371                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
5372                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
5373                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
5374                  */
5375                 for_each_online_cpu(cpu)
5376                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
5377 #endif
5378         }
5379
5380         spin_unlock(&lock);
5381 }
5382
5383 static noinline void __init
5384 build_all_zonelists_init(void)
5385 {
5386         int cpu;
5387
5388         __build_all_zonelists(NULL);
5389
5390         /*
5391          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
5392          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
5393          * each zone will be allocated later when the per cpu
5394          * allocator is available.
5395          *
5396          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
5397          * cpus if the system is already booted because the pagesets
5398          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
5399          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
5400          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
5401          * (a chicken-egg dilemma).
5402          */
5403         for_each_possible_cpu(cpu)
5404                 setup_pageset(&per_cpu(boot_pageset, cpu), 0);
5405
5406         mminit_verify_zonelist();
5407         cpuset_init_current_mems_allowed();
5408 }
5409
5410 /*
5411  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
5412  *
5413  * __ref due to call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
5414  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
5415  */
5416 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5417 {
5418         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
5419                 build_all_zonelists_init();
5420         } else {
5421                 __build_all_zonelists(pgdat);
5422                 /* cpuset refresh routine should be here */
5423         }
5424         vm_total_pages = nr_free_pagecache_pages();
5425         /*
5426          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
5427          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
5428          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
5429          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
5430          * disabled and enable it later
5431          */
5432         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
5433                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
5434         else
5435                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
5436
5437         pr_info("Built %i zonelists, mobility grouping %s.  Total pages: %ld\n",
5438                 nr_online_nodes,
5439                 page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
5440                 vm_total_pages);
5441 #ifdef CONFIG_NUMA
5442         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
5443 #endif
5444 }
5445
5446 /*
5447  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
5448  * up by free_all_bootmem() once the early boot process is
5449  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
5450  */
5451 void __meminit memmap_init_zone(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
5452                 unsigned long start_pfn, enum memmap_context context,
5453                 struct vmem_altmap *altmap)
5454 {
5455         unsigned long end_pfn = start_pfn + size;
5456         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5457         unsigned long pfn;
5458         unsigned long nr_initialised = 0;
5459         struct page *page;
5460 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5461         struct memblock_region *r = NULL, *tmp;
5462 #endif
5463
5464         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
5465                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
5466
5467         /*
5468          * Honor reservation requested by the driver for this ZONE_DEVICE
5469          * memory
5470          */
5471         if (altmap && start_pfn == altmap->base_pfn)
5472                 start_pfn += altmap->reserve;
5473
5474         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
5475                 /*
5476                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s handed to this
5477                  * function.  They do not exist on hotplugged memory.
5478                  */
5479                 if (context != MEMMAP_EARLY)
5480                         goto not_early;
5481
5482                 if (!early_pfn_valid(pfn))
5483                         continue;
5484                 if (!early_pfn_in_nid(pfn, nid))
5485                         continue;
5486                 if (!update_defer_init(pgdat, pfn, end_pfn, &nr_initialised))
5487                         break;
5488
5489 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5490                 /*
5491                  * Check given memblock attribute by firmware which can affect
5492                  * kernel memory layout.  If zone==ZONE_MOVABLE but memory is
5493                  * mirrored, it's an overlapped memmap init. skip it.
5494                  */
5495                 if (mirrored_kernelcore && zone == ZONE_MOVABLE) {
5496                         if (!r || pfn >= memblock_region_memory_end_pfn(r)) {
5497                                 for_each_memblock(memory, tmp)
5498                                         if (pfn < memblock_region_memory_end_pfn(tmp))
5499                                                 break;
5500                                 r = tmp;
5501                         }
5502                         if (pfn >= memblock_region_memory_base_pfn(r) &&
5503                             memblock_is_mirror(r)) {
5504                                 /* already initialized as NORMAL */
5505                                 pfn = memblock_region_memory_end_pfn(r);
5506                                 continue;
5507                         }
5508                 }
5509 #endif
5510
5511 not_early:
5512                 page = pfn_to_page(pfn);
5513                 __init_single_page(page, pfn, zone, nid);
5514                 if (context == MEMMAP_HOTPLUG)
5515                         SetPageReserved(page);
5516
5517                 /*
5518                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
5519                  * movable at startup. This will force kernel allocations
5520                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
5521                  * the address space during boot when many long-lived
5522                  * kernel allocations are made.
5523                  *
5524                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
5525                  * can be created for invalid pages (for alignment)
5526                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
5527                  * pfn out of zone.
5528                  *
5529                  * Please note that MEMMAP_HOTPLUG path doesn't clear memmap
5530                  * because this is done early in sparse_add_one_section
5531                  */
5532                 if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1))) {
5533                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
5534                         cond_resched();
5535                 }
5536         }
5537 }
5538
5539 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
5540 {
5541         unsigned int order, t;
5542         for_each_migratetype_order(order, t) {
5543                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
5544                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
5545         }
5546 }
5547
5548 #ifndef __HAVE_ARCH_MEMMAP_INIT
5549 #define memmap_init(size, nid, zone, start_pfn) \
5550         memmap_init_zone((size), (nid), (zone), (start_pfn), MEMMAP_EARLY, NULL)
5551 #endif
5552
5553 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
5554 {
5555 #ifdef CONFIG_MMU
5556         int batch;
5557
5558         /*
5559          * The per-cpu-pages pools are set to around 1000th of the
5560          * size of the zone.  But no more than 1/2 of a meg.
5561          *
5562          * OK, so we don't know how big the cache is.  So guess.
5563          */
5564         batch = zone->managed_pages / 1024;
5565         if (batch * PAGE_SIZE > 512 * 1024)
5566                 batch = (512 * 1024) / PAGE_SIZE;
5567         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
5568         if (batch < 1)
5569                 batch = 1;
5570
5571         /*
5572          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
5573          * of 2 value was found to be more likely to have
5574          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
5575          *
5576          * For example if 2 tasks are alternately allocating
5577          * batches of pages, one task can end up with a lot
5578          * of pages of one half of the possible page colors
5579          * and the other with pages of the other colors.
5580          */
5581         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
5582
5583         return batch;
5584
5585 #else
5586         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
5587          * conditions.
5588          *
5589          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
5590          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
5591          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
5592          *
5593          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
5594          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
5595          * can be a significant delay between the individual batches being
5596          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
5597          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
5598          */
5599         return 0;
5600 #endif
5601 }
5602
5603 /*
5604  * pcp->high and pcp->batch values are related and dependent on one another:
5605  * ->batch must never be higher then ->high.
5606  * The following function updates them in a safe manner without read side
5607  * locking.
5608  *
5609  * Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they can cope with
5610  * those fields changing asynchronously (acording the the above rule).
5611  *
5612  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
5613  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
5614  * exist).
5615  */
5616 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
5617                 unsigned long batch)
5618 {
5619        /* start with a fail safe value for batch */
5620         pcp->batch = 1;
5621         smp_wmb();
5622
5623        /* Update high, then batch, in order */
5624         pcp->high = high;
5625         smp_wmb();
5626
5627         pcp->batch = batch;
5628 }
5629
5630 /* a companion to pageset_set_high() */
5631 static void pageset_set_batch(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
5632 {
5633         pageset_update(&p->pcp, 6 * batch, max(1UL, 1 * batch));
5634 }
5635
5636 static void pageset_init(struct per_cpu_pageset *p)
5637 {
5638         struct per_cpu_pages *pcp;
5639         int migratetype;
5640
5641         memset(p, 0, sizeof(*p));
5642
5643         pcp = &p->pcp;
5644         pcp->count = 0;
5645         for (migratetype = 0; migratetype < MIGRATE_PCPTYPES; migratetype++)
5646                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[migratetype]);
5647 }
5648
5649 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
5650 {
5651         pageset_init(p);
5652         pageset_set_batch(p, batch);
5653 }
5654
5655 /*
5656  * pageset_set_high() sets the high water mark for hot per_cpu_pagelist
5657  * to the value high for the pageset p.
5658  */
5659 static void pageset_set_high(struct per_cpu_pageset *p,
5660                                 unsigned long high)
5661 {
5662         unsigned long batch = max(1UL, high / 4);
5663         if ((high / 4) > (PAGE_SHIFT * 8))
5664                 batch = PAGE_SHIFT * 8;
5665
5666         pageset_update(&p->pcp, high, batch);
5667 }
5668
5669 static void pageset_set_high_and_batch(struct zone *zone,
5670                                        struct per_cpu_pageset *pcp)
5671 {
5672         if (percpu_pagelist_fraction)
5673                 pageset_set_high(pcp,
5674                         (zone->managed_pages /
5675                                 percpu_pagelist_fraction));
5676         else
5677                 pageset_set_batch(pcp, zone_batchsize(zone));
5678 }
5679
5680 static void __meminit zone_pageset_init(struct zone *zone, int cpu)
5681 {
5682         struct per_cpu_pageset *pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
5683
5684         pageset_init(pcp);
5685         pageset_set_high_and_batch(zone, pcp);
5686 }
5687
5688 void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
5689 {
5690         int cpu;
5691         zone->pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pageset);
5692         for_each_possible_cpu(cpu)
5693                 zone_pageset_init(zone, cpu);
5694 }
5695
5696 /*
5697  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
5698  * Before this call only boot pagesets were available.
5699  */
5700 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
5701 {
5702         struct pglist_data *pgdat;
5703         struct zone *zone;
5704
5705         for_each_populated_zone(zone)
5706                 setup_zone_pageset(zone);
5707
5708         for_each_online_pgdat(pgdat)
5709                 pgdat->per_cpu_nodestats =
5710                         alloc_percpu(struct per_cpu_nodestat);
5711 }
5712
5713 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
5714 {
5715         /*
5716          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
5717          * relies on the ability of the linker to provide the
5718          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
5719          */
5720         zone->pageset = &boot_pageset;
5721
5722         if (populated_zone(zone))
5723                 printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n",
5724                         zone->name, zone->present_pages,
5725                                          zone_batchsize(zone));
5726 }
5727
5728 void __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
5729                                         unsigned long zone_start_pfn,
5730                                         unsigned long size)
5731 {
5732         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
5733
5734         pgdat->nr_zones = zone_idx(zone) + 1;
5735
5736         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
5737
5738         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
5739                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
5740                         pgdat->node_id,
5741                         (unsigned long)zone_idx(zone),
5742                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
5743
5744         zone_init_free_lists(zone);
5745         zone->initialized = 1;
5746 }
5747
5748 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5749 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID
5750
5751 /*
5752  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
5753  */
5754 int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn,
5755                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
5756 {
5757         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5758         int nid;
5759
5760         if (state->last_start <= pfn && pfn < state->last_end)
5761                 return state->last_nid;
5762
5763         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
5764         if (nid != -1) {
5765                 state->last_start = start_pfn;
5766                 state->last_end = end_pfn;
5767                 state->last_nid = nid;
5768         }
5769
5770         return nid;
5771 }
5772 #endif /* CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID */
5773
5774 /**
5775  * free_bootmem_with_active_regions - Call memblock_free_early_nid for each active range
5776  * @nid: The node to free memory on. If MAX_NUMNODES, all nodes are freed.
5777  * @max_low_pfn: The highest PFN that will be passed to memblock_free_early_nid
5778  *
5779  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes
5780  * and may be freed, this this function may be used instead of calling
5781  * memblock_free_early_nid() manually.
5782  */
5783 void __init free_bootmem_with_active_regions(int nid, unsigned long max_low_pfn)
5784 {
5785         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5786         int i, this_nid;
5787
5788         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid) {
5789                 start_pfn = min(start_pfn, max_low_pfn);
5790                 end_pfn = min(end_pfn, max_low_pfn);
5791
5792                 if (start_pfn < end_pfn)
5793                         memblock_free_early_nid(PFN_PHYS(start_pfn),
5794                                         (end_pfn - start_pfn) << PAGE_SHIFT,
5795                                         this_nid);
5796         }
5797 }
5798
5799 /**
5800  * sparse_memory_present_with_active_regions - Call memory_present for each active range
5801  * @nid: The node to call memory_present for. If MAX_NUMNODES, all nodes will be used.
5802  *
5803  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes and may
5804  * be freed, this function may be used instead of calling memory_present() manually.
5805  */
5806 void __init sparse_memory_present_with_active_regions(int nid)
5807 {
5808         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5809         int i, this_nid;
5810
5811         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid)
5812                 memory_present(this_nid, start_pfn, end_pfn);
5813 }
5814
5815 /**
5816  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
5817  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
5818  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
5819  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
5820  *
5821  * It returns the start and end page frame of a node based on information
5822  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
5823  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
5824  * PFNs will be 0.
5825  */
5826 void __meminit get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
5827                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
5828 {
5829         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
5830         int i;
5831
5832         *start_pfn = -1UL;
5833         *end_pfn = 0;
5834
5835         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
5836                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
5837                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
5838         }
5839
5840         if (*start_pfn == -1UL)
5841                 *start_pfn = 0;
5842 }
5843
5844 /*
5845  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
5846  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
5847  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
5848  */
5849 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
5850 {
5851         int zone_index;
5852         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
5853                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
5854                         continue;
5855
5856                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
5857                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
5858                         break;
5859         }
5860
5861         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
5862         movable_zone = zone_index;
5863 }
5864
5865 /*
5866  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
5867  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
5868  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
5869  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
5870  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
5871  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
5872  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
5873  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
5874  */
5875 static void __meminit adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
5876                                         unsigned long zone_type,
5877                                         unsigned long node_start_pfn,
5878                                         unsigned long node_end_pfn,
5879                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5880                                         unsigned long *zone_end_pfn)
5881 {
5882         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
5883         if (zone_movable_pfn[nid]) {
5884                 /* Size ZONE_MOVABLE */
5885                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
5886                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
5887                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
5888                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
5889
5890                 /* Adjust for ZONE_MOVABLE starting within this range */
5891                 } else if (!mirrored_kernelcore &&
5892                         *zone_start_pfn < zone_movable_pfn[nid] &&
5893                         *zone_end_pfn > zone_movable_pfn[nid]) {
5894                         *zone_end_pfn = zone_movable_pfn[nid];
5895
5896                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
5897                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
5898                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
5899         }
5900 }
5901
5902 /*
5903  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
5904  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
5905  */
5906 static unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
5907                                         unsigned long zone_type,
5908                                         unsigned long node_start_pfn,
5909                                         unsigned long node_end_pfn,
5910                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5911                                         unsigned long *zone_end_pfn,
5912                                         unsigned long *ignored)
5913 {
5914         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
5915         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
5916                 return 0;
5917
5918         /* Get the start and end of the zone */
5919         *zone_start_pfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
5920         *zone_end_pfn = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
5921         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
5922                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
5923                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5924
5925         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
5926         if (*zone_end_pfn < node_start_pfn || *zone_start_pfn > node_end_pfn)
5927                 return 0;
5928
5929         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
5930         *zone_end_pfn = min(*zone_end_pfn, node_end_pfn);
5931         *zone_start_pfn = max(*zone_start_pfn, node_start_pfn);
5932
5933         /* Return the spanned pages */
5934         return *zone_end_pfn - *zone_start_pfn;
5935 }
5936
5937 /*
5938  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
5939  * then all holes in the requested range will be accounted for.
5940  */
5941 unsigned long __meminit __absent_pages_in_range(int nid,
5942                                 unsigned long range_start_pfn,
5943                                 unsigned long range_end_pfn)
5944 {
5945         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
5946         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5947         int i;
5948
5949         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
5950                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
5951                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
5952                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
5953         }
5954         return nr_absent;
5955 }
5956
5957 /**
5958  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
5959  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
5960  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
5961  *
5962  * It returns the number of pages frames in memory holes within a range.
5963  */
5964 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
5965                                                         unsigned long end_pfn)
5966 {
5967         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
5968 }
5969
5970 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
5971 static unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
5972                                         unsigned long zone_type,
5973                                         unsigned long node_start_pfn,
5974                                         unsigned long node_end_pfn,
5975                                         unsigned long *ignored)
5976 {
5977         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
5978         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
5979         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
5980         unsigned long nr_absent;
5981
5982         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
5983         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
5984                 return 0;
5985
5986         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
5987         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
5988
5989         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
5990                         node_start_pfn, node_end_pfn,
5991                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
5992         nr_absent = __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5993
5994         /*
5995          * ZONE_MOVABLE handling.
5996          * Treat pages to be ZONE_MOVABLE in ZONE_NORMAL as absent pages
5997          * and vice versa.
5998          */
5999         if (mirrored_kernelcore && zone_movable_pfn[nid]) {
6000                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
6001                 struct memblock_region *r;
6002
6003                 for_each_memblock(memory, r) {
6004                         start_pfn = clamp(memblock_region_memory_base_pfn(r),
6005                                           zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6006                         end_pfn = clamp(memblock_region_memory_end_pfn(r),
6007                                         zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6008
6009                         if (zone_type == ZONE_MOVABLE &&
6010                             memblock_is_mirror(r))
6011                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
6012
6013                         if (zone_type == ZONE_NORMAL &&
6014                             !memblock_is_mirror(r))
6015                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
6016                 }
6017         }
6018
6019         return nr_absent;
6020 }
6021
6022 #else /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6023 static inline unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
6024                                         unsigned long zone_type,
6025                                         unsigned long node_start_pfn,
6026                                         unsigned long node_end_pfn,
6027                                         unsigned long *zone_start_pfn,
6028                                         unsigned long *zone_end_pfn,
6029                                         unsigned long *zones_size)
6030 {
6031         unsigned int zone;
6032
6033         *zone_start_pfn = node_start_pfn;
6034         for (zone = 0; zone < zone_type; zone++)
6035                 *zone_start_pfn += zones_size[zone];
6036
6037         *zone_end_pfn = *zone_start_pfn + zones_size[zone_type];
6038
6039         return zones_size[zone_type];
6040 }
6041
6042 static inline unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
6043                                                 unsigned long zone_type,
6044                                                 unsigned long node_start_pfn,
6045                                                 unsigned long node_end_pfn,
6046                                                 unsigned long *zholes_size)
6047 {
6048         if (!zholes_size)
6049                 return 0;
6050
6051         return zholes_size[zone_type];
6052 }
6053
6054 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6055
6056 static void __meminit calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
6057                                                 unsigned long node_start_pfn,
6058                                                 unsigned long node_end_pfn,
6059                                                 unsigned long *zones_size,
6060                                                 unsigned long *zholes_size)
6061 {
6062         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
6063         enum zone_type i;
6064
6065         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6066                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
6067                 unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
6068                 unsigned long size, real_size;
6069
6070                 size = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
6071                                                   node_start_pfn,
6072                                                   node_end_pfn,
6073                                                   &zone_start_pfn,
6074                                                   &zone_end_pfn,
6075                                                   zones_size);
6076                 real_size = size - zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
6077                                                   node_start_pfn, node_end_pfn,
6078                                                   zholes_size);
6079                 if (size)
6080                         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
6081                 else
6082                         zone->zone_start_pfn = 0;
6083                 zone->spanned_pages = size;
6084                 zone->present_pages = real_size;
6085
6086                 totalpages += size;
6087                 realtotalpages += real_size;
6088         }
6089
6090         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
6091         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
6092         printk(KERN_DEBUG "On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id,
6093                                                         realtotalpages);
6094 }
6095
6096 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
6097 /*
6098  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
6099  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
6100  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
6101  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
6102  * bytes.
6103  */
6104 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
6105 {
6106         unsigned long usemapsize;
6107
6108         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
6109         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
6110         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
6111         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
6112         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
6113
6114         return usemapsize / 8;
6115 }
6116
6117 static void __init setup_usemap(struct pglist_data *pgdat,
6118                                 struct zone *zone,
6119                                 unsigned long zone_start_pfn,
6120                                 unsigned long zonesize)
6121 {
6122         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone_start_pfn, zonesize);
6123         zone->pageblock_flags = NULL;
6124         if (usemapsize)
6125                 zone->pageblock_flags =
6126                         memblock_virt_alloc_node_nopanic(usemapsize,
6127                                                          pgdat->node_id);
6128 }
6129 #else
6130 static inline void setup_usemap(struct pglist_data *pgdat, struct zone *zone,
6131                                 unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize) {}
6132 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
6133
6134 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
6135
6136 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
6137 void __paginginit set_pageblock_order(void)
6138 {
6139         unsigned int order;
6140
6141         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
6142         if (pageblock_order)
6143                 return;
6144
6145         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT)
6146                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
6147         else
6148                 order = MAX_ORDER - 1;
6149
6150         /*
6151          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
6152          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
6153          * powerpc.
6154          */
6155         pageblock_order = order;
6156 }
6157 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
6158
6159 /*
6160  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
6161  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
6162  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
6163  * the kernel config
6164  */
6165 void __paginginit set_pageblock_order(void)
6166 {
6167 }
6168
6169 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
6170
6171 static unsigned long __paginginit calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
6172                                                    unsigned long present_pages)
6173 {
6174         unsigned long pages = spanned_pages;
6175
6176         /*
6177          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
6178          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
6179          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
6180          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
6181          * populated regions may not be naturally aligned on page boundary.
6182          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
6183          */
6184         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
6185             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
6186                 pages = present_pages;
6187
6188         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
6189 }
6190
6191 /*
6192  * Set up the zone data structures:
6193  *   - mark all pages reserved
6194  *   - mark all memory queues empty
6195  *   - clear the memory bitmaps
6196  *
6197  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
6198  */
6199 static void __paginginit free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat)
6200 {
6201         enum zone_type j;
6202         int nid = pgdat->node_id;
6203
6204         pgdat_resize_init(pgdat);
6205 #ifdef CONFIG_NUMA_BALANCING
6206         spin_lock_init(&pgdat->numabalancing_migrate_lock);
6207         pgdat->numabalancing_migrate_nr_pages = 0;
6208         pgdat->numabalancing_migrate_next_window = jiffies;
6209 #endif
6210 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
6211         spin_lock_init(&pgdat->split_queue_lock);
6212         INIT_LIST_HEAD(&pgdat->split_queue);
6213         pgdat->split_queue_len = 0;
6214 #endif
6215         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
6216         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
6217 #ifdef CONFIG_COMPACTION
6218         init_waitqueue_head(&pgdat->kcompactd_wait);
6219 #endif
6220         pgdat_page_ext_init(pgdat);
6221         spin_lock_init(&pgdat->lru_lock);
6222         lruvec_init(node_lruvec(pgdat));
6223
6224         pgdat->per_cpu_nodestats = &boot_nodestats;
6225
6226         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6227                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
6228                 unsigned long size, realsize, freesize, memmap_pages;
6229                 unsigned long zone_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
6230
6231                 size = zone->spanned_pages;
6232                 realsize = freesize = zone->present_pages;
6233
6234                 /*
6235                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
6236                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
6237                  * and per-cpu initialisations
6238                  */
6239                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, realsize);
6240                 if (!is_highmem_idx(j)) {
6241                         if (freesize >= memmap_pages) {
6242                                 freesize -= memmap_pages;
6243                                 if (memmap_pages)
6244                                         printk(KERN_DEBUG
6245                                                "  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
6246                                                zone_names[j], memmap_pages);
6247                         } else
6248                                 pr_warn("  %s zone: %lu pages exceeds freesize %lu\n",
6249                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
6250                 }
6251
6252                 /* Account for reserved pages */
6253                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
6254                         freesize -= dma_reserve;
6255                         printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages reserved\n",
6256                                         zone_names[0], dma_reserve);
6257                 }
6258
6259                 if (!is_highmem_idx(j))
6260                         nr_kernel_pages += freesize;
6261                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
6262                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
6263                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
6264                 nr_all_pages += freesize;
6265
6266                 /*
6267                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
6268                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
6269                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
6270                  */
6271                 zone->managed_pages = is_highmem_idx(j) ? realsize : freesize;
6272 #ifdef CONFIG_NUMA
6273                 zone->node = nid;
6274 #endif
6275                 zone->name = zone_names[j];
6276                 zone->zone_pgdat = pgdat;
6277                 spin_lock_init(&zone->lock);
6278                 zone_seqlock_init(zone);
6279                 zone_pcp_init(zone);
6280
6281                 if (!size)
6282                         continue;
6283
6284                 set_pageblock_order();
6285                 setup_usemap(pgdat, zone, zone_start_pfn, size);
6286                 init_currently_empty_zone(zone, zone_start_pfn, size);
6287                 memmap_init(size, nid, j, zone_start_pfn);
6288         }
6289 }
6290
6291 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
6292 static void __ref alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
6293 {
6294         unsigned long __maybe_unused start = 0;
6295         unsigned long __maybe_unused offset = 0;
6296
6297         /* Skip empty nodes */
6298         if (!pgdat->node_spanned_pages)
6299                 return;
6300
6301         start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
6302         offset = pgdat->node_start_pfn - start;
6303         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
6304         if (!pgdat->node_mem_map) {
6305                 unsigned long size, end;
6306                 struct page *map;
6307
6308                 /*
6309                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
6310                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
6311                  * for the buddy allocator to function correctly.
6312                  */
6313                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
6314                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
6315                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
6316                 map = memblock_virt_alloc_node_nopanic(size, pgdat->node_id);
6317                 pgdat->node_mem_map = map + offset;
6318         }
6319         pr_debug("%s: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
6320                                 __func__, pgdat->node_id, (unsigned long)pgdat,
6321                                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
6322 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
6323         /*
6324          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
6325          */
6326         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
6327                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
6328 #if defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP) || defined(CONFIG_FLATMEM)
6329                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
6330                         mem_map -= offset;
6331 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6332         }
6333 #endif
6334 }
6335 #else
6336 static void __ref alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat) { }
6337 #endif /* CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
6338
6339 void __paginginit free_area_init_node(int nid, unsigned long *zones_size,
6340                 unsigned long node_start_pfn, unsigned long *zholes_size)
6341 {
6342         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6343         unsigned long start_pfn = 0;
6344         unsigned long end_pfn = 0;
6345
6346         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
6347         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->kswapd_classzone_idx);
6348
6349         pgdat->node_id = nid;
6350         pgdat->node_start_pfn = node_start_pfn;
6351         pgdat->per_cpu_nodestats = NULL;
6352 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
6353         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
6354         pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
6355                 (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
6356                 end_pfn ? ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1 : 0);
6357 #else
6358         start_pfn = node_start_pfn;
6359 #endif
6360         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn,
6361                                   zones_size, zholes_size);
6362
6363         alloc_node_mem_map(pgdat);
6364
6365 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
6366         /*
6367          * We start only with one section of pages, more pages are added as
6368          * needed until the rest of deferred pages are initialized.
6369          */
6370         pgdat->static_init_pgcnt = min_t(unsigned long, PAGES_PER_SECTION,
6371                                          pgdat->node_spanned_pages);
6372         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
6373 #endif
6374         free_area_init_core(pgdat);
6375 }
6376
6377 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK
6378 /*
6379  * Only struct pages that are backed by physical memory are zeroed and
6380  * initialized by going through __init_single_page(). But, there are some
6381  * struct pages which are reserved in memblock allocator and their fields
6382  * may be accessed (for example page_to_pfn() on some configuration accesses
6383  * flags). We must explicitly zero those struct pages.
6384  */
6385 void __paginginit zero_resv_unavail(void)
6386 {
6387         phys_addr_t start, end;
6388         unsigned long pfn;
6389         u64 i, pgcnt;
6390
6391         /*
6392          * Loop through ranges that are reserved, but do not have reported
6393          * physical memory backing.
6394          */
6395         pgcnt = 0;
6396         for_each_resv_unavail_range(i, &start, &end) {
6397                 for (pfn = PFN_DOWN(start); pfn < PFN_UP(end); pfn++) {
6398                         if (!pfn_valid(ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages)))
6399                                 continue;
6400                         mm_zero_struct_page(pfn_to_page(pfn));
6401                         pgcnt++;
6402                 }
6403         }
6404
6405         /*
6406          * Struct pages that do not have backing memory. This could be because
6407          * firmware is using some of this memory, or for some other reasons.
6408          * Once memblock is changed so such behaviour is not allowed: i.e.
6409          * list of "reserved" memory must be a subset of list of "memory", then
6410          * this code can be removed.
6411          */
6412         if (pgcnt)
6413                 pr_info("Reserved but unavailable: %lld pages", pgcnt);
6414 }
6415 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK */
6416
6417 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
6418
6419 #if MAX_NUMNODES > 1
6420 /*
6421  * Figure out the number of possible node ids.
6422  */
6423 void __init setup_nr_node_ids(void)
6424 {
6425         unsigned int highest;
6426
6427         highest = find_last_bit(node_possible_map.bits, MAX_NUMNODES);
6428         nr_node_ids = highest + 1;
6429 }
6430 #endif
6431
6432 /**
6433  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
6434  *
6435  * This function should be called after node map is populated and sorted.
6436  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
6437  * all the nodes.
6438  *
6439  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
6440  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
6441  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
6442  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
6443  *
6444  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
6445  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
6446  * populated node map.
6447  *
6448  * Returns the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
6449  * requirement (single node).
6450  */
6451 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
6452 {
6453         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
6454         unsigned long start, end, mask;
6455         int last_nid = -1;
6456         int i, nid;
6457
6458         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
6459                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
6460                         last_nid = nid;
6461                         last_end = end;
6462                         continue;
6463                 }
6464
6465                 /*
6466                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
6467                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
6468                  * too coarse to separate the current node from the last.
6469                  */
6470                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
6471                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
6472                         mask <<= 1;
6473
6474                 /* accumulate all internode masks */
6475                 accl_mask |= mask;
6476         }
6477
6478         /* convert mask to number of pages */
6479         return ~accl_mask + 1;
6480 }
6481
6482 /* Find the lowest pfn for a node */
6483 static unsigned long __init find_min_pfn_for_node(int nid)
6484 {
6485         unsigned long min_pfn = ULONG_MAX;
6486         unsigned long start_pfn;
6487         int i;
6488
6489         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, NULL, NULL)
6490                 min_pfn = min(min_pfn, start_pfn);
6491
6492         if (min_pfn == ULONG_MAX) {
6493                 pr_warn("Could not find start_pfn for node %d\n", nid);
6494                 return 0;
6495         }
6496
6497         return min_pfn;
6498 }
6499
6500 /**
6501  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
6502  *
6503  * It returns the minimum PFN based on information provided via
6504  * memblock_set_node().
6505  */
6506 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
6507 {
6508         return find_min_pfn_for_node(MAX_NUMNODES);
6509 }
6510
6511 /*
6512  * early_calculate_totalpages()
6513  * Sum pages in active regions for movable zone.
6514  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
6515  */
6516 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
6517 {
6518         unsigned long totalpages = 0;
6519         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6520         int i, nid;
6521
6522         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
6523                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
6524
6525                 totalpages += pages;
6526                 if (pages)
6527                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
6528         }
6529         return totalpages;
6530 }
6531
6532 /*
6533  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
6534  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
6535  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
6536  * others
6537  */
6538 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
6539 {
6540         int i, nid;
6541         unsigned long usable_startpfn;
6542         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
6543         /* save the state before borrow the nodemask */
6544         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
6545         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
6546         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
6547         struct memblock_region *r;
6548
6549         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
6550         find_usable_zone_for_movable();
6551
6552         /*
6553          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
6554          * options.
6555          */
6556         if (movable_node_is_enabled()) {
6557                 for_each_memblock(memory, r) {
6558                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
6559                                 continue;
6560
6561                         nid = r->nid;
6562
6563                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
6564                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
6565                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
6566                                 usable_startpfn;
6567                 }
6568
6569                 goto out2;
6570         }
6571
6572         /*
6573          * If kernelcore=mirror is specified, ignore movablecore option
6574          */
6575         if (mirrored_kernelcore) {
6576                 bool mem_below_4gb_not_mirrored = false;
6577
6578                 for_each_memblock(memory, r) {
6579                         if (memblock_is_mirror(r))
6580                                 continue;
6581
6582                         nid = r->nid;
6583
6584                         usable_startpfn = memblock_region_memory_base_pfn(r);
6585
6586                         if (usable_startpfn < 0x100000) {
6587                                 mem_below_4gb_not_mirrored = true;
6588                                 continue;
6589                         }
6590
6591                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
6592                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
6593                                 usable_startpfn;
6594                 }
6595
6596                 if (mem_below_4gb_not_mirrored)
6597                         pr_warn("This configuration results in unmirrored kernel memory.");
6598
6599                 goto out2;
6600         }
6601
6602         /*
6603          * If kernelcore=nn% or movablecore=nn% was specified, calculate the
6604          * amount of necessary memory.
6605          */
6606         if (required_kernelcore_percent)
6607                 required_kernelcore = (totalpages * 100 * required_kernelcore_percent) /
6608                                        10000UL;
6609         if (required_movablecore_percent)
6610                 required_movablecore = (totalpages * 100 * required_movablecore_percent) /
6611                                         10000UL;
6612
6613         /*
6614          * If movablecore= was specified, calculate what size of
6615          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
6616          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
6617          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
6618          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
6619          * what movablecore would have allowed.
6620          */
6621         if (required_movablecore) {
6622                 unsigned long corepages;
6623
6624                 /*
6625                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
6626                  * was requested by the user
6627                  */
6628                 required_movablecore =
6629                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
6630                 required_movablecore = min(totalpages, required_movablecore);
6631                 corepages = totalpages - required_movablecore;
6632
6633                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
6634         }
6635
6636         /*
6637          * If kernelcore was not specified or kernelcore size is larger
6638          * than totalpages, there is no ZONE_MOVABLE.
6639          */
6640         if (!required_kernelcore || required_kernelcore >= totalpages)
6641                 goto out;
6642
6643         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
6644         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
6645
6646 restart:
6647         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
6648         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
6649         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
6650                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
6651
6652                 /*
6653                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
6654                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
6655                  * amount of memory for the kernel
6656                  */
6657                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
6658                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
6659
6660                 /*
6661                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
6662                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
6663                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
6664                  */
6665                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
6666
6667                 /* Go through each range of PFNs within this node */
6668                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
6669                         unsigned long size_pages;
6670
6671                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
6672                         if (start_pfn >= end_pfn)
6673                                 continue;
6674
6675                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
6676                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
6677                                 unsigned long kernel_pages;
6678                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
6679                                                                 - start_pfn;
6680
6681                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
6682                                                         kernelcore_remaining);
6683                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
6684                                                         required_kernelcore);
6685
6686                                 /* Continue if range is now fully accounted */
6687                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
6688
6689                                         /*
6690                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
6691                                          * that if we have to rebalance
6692                                          * kernelcore across nodes, we will
6693                                          * not double account here
6694                                          */
6695                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
6696                                         continue;
6697                                 }
6698                                 start_pfn = usable_startpfn;
6699                         }
6700
6701                         /*
6702                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
6703                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
6704                          * number of pages used as kernelcore
6705                          */
6706                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
6707                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
6708                                 size_pages = kernelcore_remaining;
6709                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
6710
6711                         /*
6712                          * Some kernelcore has been met, update counts and
6713                          * break if the kernelcore for this node has been
6714                          * satisfied
6715                          */
6716                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
6717                                                                 size_pages);
6718                         kernelcore_remaining -= size_pages;
6719                         if (!kernelcore_remaining)
6720                                 break;
6721                 }
6722         }
6723
6724         /*
6725          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
6726          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
6727          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
6728          * satisfied
6729          */
6730         usable_nodes--;
6731         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
6732                 goto restart;
6733
6734 out2:
6735         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
6736         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++)
6737                 zone_movable_pfn[nid] =
6738                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
6739
6740 out:
6741         /* restore the node_state */
6742         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
6743 }
6744
6745 /* Any regular or high memory on that node ? */
6746 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
6747 {
6748         enum zone_type zone_type;
6749
6750         if (N_MEMORY == N_NORMAL_MEMORY)
6751                 return;
6752
6753         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
6754                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
6755                 if (populated_zone(zone)) {
6756                         node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
6757                         if (N_NORMAL_MEMORY != N_HIGH_MEMORY &&
6758                             zone_type <= ZONE_NORMAL)
6759                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
6760                         break;
6761                 }
6762         }
6763 }
6764
6765 /**
6766  * free_area_init_nodes - Initialise all pg_data_t and zone data
6767  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
6768  *
6769  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
6770  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
6771  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
6772  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
6773  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
6774  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
6775  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
6776  * at arch_max_dma_pfn.
6777  */
6778 void __init free_area_init_nodes(unsigned long *max_zone_pfn)
6779 {
6780         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6781         int i, nid;
6782
6783         /* Record where the zone boundaries are */
6784         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
6785                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
6786         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
6787                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
6788
6789         start_pfn = find_min_pfn_with_active_regions();
6790
6791         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6792                 if (i == ZONE_MOVABLE)
6793                         continue;
6794
6795                 end_pfn = max(max_zone_pfn[i], start_pfn);
6796                 arch_zone_lowest_possible_pfn[i] = start_pfn;
6797                 arch_zone_highest_possible_pfn[i] = end_pfn;
6798
6799                 start_pfn = end_pfn;
6800         }
6801
6802         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
6803         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
6804         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
6805
6806         /* Print out the zone ranges */
6807         pr_info("Zone ranges:\n");
6808         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6809                 if (i == ZONE_MOVABLE)
6810                         continue;
6811                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
6812                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
6813                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
6814                         pr_cont("empty\n");
6815                 else
6816                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
6817                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
6818                                         << PAGE_SHIFT,
6819                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
6820                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
6821         }
6822
6823         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
6824         pr_info("Movable zone start for each node\n");
6825         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
6826                 if (zone_movable_pfn[i])
6827                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
6828                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
6829         }
6830
6831         /* Print out the early node map */
6832         pr_info("Early memory node ranges\n");
6833         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid)
6834                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
6835                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
6836                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
6837
6838         /* Initialise every node */
6839         mminit_verify_pageflags_layout();
6840         setup_nr_node_ids();
6841         for_each_online_node(nid) {
6842                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6843                 free_area_init_node(nid, NULL,
6844                                 find_min_pfn_for_node(nid), NULL);
6845
6846                 /* Any memory on that node */
6847                 if (pgdat->node_present_pages)
6848                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
6849                 check_for_memory(pgdat, nid);
6850         }
6851         zero_resv_unavail();
6852 }
6853
6854 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core,
6855                                      unsigned long *percent)
6856 {
6857         unsigned long long coremem;
6858         char *endptr;
6859
6860         if (!p)
6861                 return -EINVAL;
6862
6863         /* Value may be a percentage of total memory, otherwise bytes */
6864         coremem = simple_strtoull(p, &endptr, 0);
6865         if (*endptr == '%') {
6866                 /* Paranoid check for percent values greater than 100 */
6867                 WARN_ON(coremem > 100);
6868
6869                 *percent = coremem;
6870         } else {
6871                 coremem = memparse(p, &p);
6872                 /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
6873                 WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
6874
6875                 *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
6876                 *percent = 0UL;
6877         }
6878         return 0;
6879 }
6880
6881 /*
6882  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
6883  * cannot be reclaimed or migrated.
6884  */
6885 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
6886 {
6887         /* parse kernelcore=mirror */
6888         if (parse_option_str(p, "mirror")) {
6889                 mirrored_kernelcore = true;
6890                 return 0;
6891         }
6892
6893         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore,
6894                                   &required_kernelcore_percent);
6895 }
6896
6897 /*
6898  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
6899  * can be reclaimed or migrated.
6900  */
6901 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
6902 {
6903         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore,
6904                                   &required_movablecore_percent);
6905 }
6906
6907 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
6908 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
6909
6910 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6911
6912 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
6913 {
6914         spin_lock(&managed_page_count_lock);
6915         page_zone(page)->managed_pages += count;
6916         totalram_pages += count;
6917 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
6918         if (PageHighMem(page))
6919                 totalhigh_pages += count;
6920 #endif
6921         spin_unlock(&managed_page_count_lock);
6922 }
6923 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
6924
6925 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, char *s)
6926 {
6927         void *pos;
6928         unsigned long pages = 0;
6929
6930         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
6931         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
6932         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
6933                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
6934                         memset(pos, poison, PAGE_SIZE);
6935                 free_reserved_page(virt_to_page(pos));
6936         }
6937
6938         if (pages && s)
6939                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK\n",
6940                         s, pages << (PAGE_SHIFT - 10));
6941
6942         return pages;
6943 }
6944 EXPORT_SYMBOL(free_reserved_area);
6945
6946 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
6947 void free_highmem_page(struct page *page)
6948 {
6949         __free_reserved_page(page);
6950         totalram_pages++;
6951         page_zone(page)->managed_pages++;
6952         totalhigh_pages++;
6953 }
6954 #endif
6955
6956
6957 void __init mem_init_print_info(const char *str)
6958 {
6959         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
6960         unsigned long init_code_size, init_data_size;
6961
6962         physpages = get_num_physpages();
6963         codesize = _etext - _stext;
6964         datasize = _edata - _sdata;
6965         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
6966         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
6967         init_data_size = __init_end - __init_begin;
6968         init_code_size = _einittext - _sinittext;
6969
6970         /*
6971          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
6972          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
6973          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
6974          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
6975          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
6976          */
6977 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
6978         do { \
6979                 if (start <= pos && pos < end && size > adj) \
6980                         size -= adj; \
6981         } while (0)
6982
6983         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
6984                      _sinittext, init_code_size);
6985         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
6986         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
6987         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
6988         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
6989
6990 #undef  adj_init_size
6991
6992         pr_info("Memory: %luK/%luK available (%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, %luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
6993 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
6994                 ", %luK highmem"
6995 #endif
6996                 "%s%s)\n",
6997                 nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
6998                 physpages << (PAGE_SHIFT - 10),
6999                 codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
7000                 (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
7001                 (physpages - totalram_pages - totalcma_pages) << (PAGE_SHIFT - 10),
7002                 totalcma_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
7003 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7004                 totalhigh_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
7005 #endif
7006                 str ? ", " : "", str ? str : "");
7007 }
7008
7009 /**
7010  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
7011  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
7012  *
7013  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by managed_pages.
7014  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
7015  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
7016  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
7017  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
7018  * smaller per-cpu batchsize.
7019  */
7020 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
7021 {
7022         dma_reserve = new_dma_reserve;
7023 }
7024
7025 void __init free_area_init(unsigned long *zones_size)
7026 {
7027         free_area_init_node(0, zones_size,
7028                         __pa(PAGE_OFFSET) >> PAGE_SHIFT, NULL);
7029         zero_resv_unavail();
7030 }
7031
7032 static int page_alloc_cpu_dead(unsigned int cpu)
7033 {
7034
7035         lru_add_drain_cpu(cpu);
7036         drain_pages(cpu);
7037
7038         /*
7039          * Spill the event counters of the dead processor
7040          * into the current processors event counters.
7041          * This artificially elevates the count of the current
7042          * processor.
7043          */
7044         vm_events_fold_cpu(cpu);
7045
7046         /*
7047          * Zero the differential counters of the dead processor
7048          * so that the vm statistics are consistent.
7049          *
7050          * This is only okay since the processor is dead and cannot
7051          * race with what we are doing.
7052          */
7053         cpu_vm_stats_fold(cpu);
7054         return 0;
7055 }
7056
7057 void __init page_alloc_init(void)
7058 {
7059         int ret;
7060
7061         ret = cpuhp_setup_state_nocalls(CPUHP_PAGE_ALLOC_DEAD,
7062                                         "mm/page_alloc:dead", NULL,
7063                                         page_alloc_cpu_dead);
7064         WARN_ON(ret < 0);
7065 }
7066
7067 /*
7068  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
7069  *      or min_free_kbytes changes.
7070  */
7071 static void calculate_totalreserve_pages(void)
7072 {
7073         struct pglist_data *pgdat;
7074         unsigned long reserve_pages = 0;
7075         enum zone_type i, j;
7076
7077         for_each_online_pgdat(pgdat) {
7078
7079                 pgdat->totalreserve_pages = 0;
7080
7081                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7082                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
7083                         long max = 0;
7084
7085                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
7086                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
7087                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
7088                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
7089                         }
7090
7091                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
7092                         max += high_wmark_pages(zone);
7093
7094                         if (max > zone->managed_pages)
7095                                 max = zone->managed_pages;
7096
7097                         pgdat->totalreserve_pages += max;
7098
7099                         reserve_pages += max;
7100                 }
7101         }
7102         totalreserve_pages = reserve_pages;
7103 }
7104
7105 /*
7106  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
7107  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
7108  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
7109  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
7110  */
7111 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
7112 {
7113         struct pglist_data *pgdat;
7114         enum zone_type j, idx;
7115
7116         for_each_online_pgdat(pgdat) {
7117                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
7118                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
7119                         unsigned long managed_pages = zone->managed_pages;
7120
7121                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
7122
7123                         idx = j;
7124                         while (idx) {
7125                                 struct zone *lower_zone;
7126
7127                                 idx--;
7128
7129                                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] < 1)
7130                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] = 1;
7131
7132                                 lower_zone = pgdat->node_zones + idx;
7133                                 lower_zone->lowmem_reserve[j] = managed_pages /
7134                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx];
7135                                 managed_pages += lower_zone->managed_pages;
7136                         }
7137                 }
7138         }
7139
7140         /* update totalreserve_pages */
7141         calculate_totalreserve_pages();
7142 }
7143
7144 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
7145 {
7146         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
7147         unsigned long lowmem_pages = 0;
7148         struct zone *zone;
7149         unsigned long flags;
7150
7151         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
7152         for_each_zone(zone) {
7153                 if (!is_highmem(zone))
7154                         lowmem_pages += zone->managed_pages;
7155         }
7156
7157         for_each_zone(zone) {
7158                 u64 tmp;
7159
7160                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7161                 tmp = (u64)pages_min * zone->managed_pages;
7162                 do_div(tmp, lowmem_pages);
7163                 if (is_highmem(zone)) {
7164                         /*
7165                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
7166                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
7167                          * value here.
7168                          *
7169                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
7170                          * deltas control asynch page reclaim, and so should
7171                          * not be capped for highmem.
7172                          */
7173                         unsigned long min_pages;
7174
7175                         min_pages = zone->managed_pages / 1024;
7176                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
7177                         zone->watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
7178                 } else {
7179                         /*
7180                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
7181                          * proportionate to the zone's size.
7182                          */
7183                         zone->watermark[WMARK_MIN] = tmp;
7184                 }
7185
7186                 /*
7187                  * Set the kswapd watermarks distance according to the
7188                  * scale factor in proportion to available memory, but
7189                  * ensure a minimum size on small systems.
7190                  */
7191                 tmp = max_t(u64, tmp >> 2,
7192                             mult_frac(zone->managed_pages,
7193                                       watermark_scale_factor, 10000));
7194
7195                 zone->watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + tmp;
7196                 zone->watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) + tmp * 2;
7197
7198                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7199         }
7200
7201         /* update totalreserve_pages */
7202         calculate_totalreserve_pages();
7203 }
7204
7205 /**
7206  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
7207  * or when memory is hot-{added|removed}
7208  *
7209  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
7210  * correctly with respect to min_free_kbytes.
7211  */
7212 void setup_per_zone_wmarks(void)
7213 {
7214         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
7215
7216         spin_lock(&lock);
7217         __setup_per_zone_wmarks();
7218         spin_unlock(&lock);
7219 }
7220
7221 /*
7222  * Initialise min_free_kbytes.
7223  *
7224  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
7225  * we want it large (64MB max).  But it is not linear, because network
7226  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
7227  *
7228  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
7229  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
7230  *
7231  * which yields
7232  *
7233  * 16MB:        512k
7234  * 32MB:        724k
7235  * 64MB:        1024k
7236  * 128MB:       1448k
7237  * 256MB:       2048k
7238  * 512MB:       2896k
7239  * 1024MB:      4096k
7240  * 2048MB:      5792k
7241  * 4096MB:      8192k
7242  * 8192MB:      11584k
7243  * 16384MB:     16384k
7244  */
7245 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
7246 {
7247         unsigned long lowmem_kbytes;
7248         int new_min_free_kbytes;
7249
7250         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
7251         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
7252
7253         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes) {
7254                 min_free_kbytes = new_min_free_kbytes;
7255                 if (min_free_kbytes < 128)
7256                         min_free_kbytes = 128;
7257                 if (min_free_kbytes > 65536)
7258                         min_free_kbytes = 65536;
7259         } else {
7260                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
7261                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
7262         }
7263         setup_per_zone_wmarks();
7264         refresh_zone_stat_thresholds();
7265         setup_per_zone_lowmem_reserve();
7266
7267 #ifdef CONFIG_NUMA
7268         setup_min_unmapped_ratio();
7269         setup_min_slab_ratio();
7270 #endif
7271
7272         return 0;
7273 }
7274 core_initcall(init_per_zone_wmark_min)
7275
7276 /*
7277  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
7278  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
7279  *      changes.
7280  */
7281 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7282         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7283 {
7284         int rc;
7285
7286         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7287         if (rc)
7288                 return rc;
7289
7290         if (write) {
7291                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
7292                 setup_per_zone_wmarks();
7293         }
7294         return 0;
7295 }
7296
7297 int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7298         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7299 {
7300         int rc;
7301
7302         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7303         if (rc)
7304                 return rc;
7305
7306         if (write)
7307                 setup_per_zone_wmarks();
7308
7309         return 0;
7310 }
7311
7312 #ifdef CONFIG_NUMA
7313 static void setup_min_unmapped_ratio(void)
7314 {
7315         pg_data_t *pgdat;
7316         struct zone *zone;
7317
7318         for_each_online_pgdat(pgdat)
7319                 pgdat->min_unmapped_pages = 0;
7320
7321         for_each_zone(zone)
7322                 zone->zone_pgdat->min_unmapped_pages += (zone->managed_pages *
7323                                 sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
7324 }
7325
7326
7327 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7328         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7329 {
7330         int rc;
7331
7332         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7333         if (rc)
7334                 return rc;
7335
7336         setup_min_unmapped_ratio();
7337
7338         return 0;
7339 }
7340
7341 static void setup_min_slab_ratio(void)
7342 {
7343         pg_data_t *pgdat;
7344         struct zone *zone;
7345
7346         for_each_online_pgdat(pgdat)
7347                 pgdat->min_slab_pages = 0;
7348
7349         for_each_zone(zone)
7350                 zone->zone_pgdat->min_slab_pages += (zone->managed_pages *
7351                                 sysctl_min_slab_ratio) / 100;
7352 }
7353
7354 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7355         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7356 {
7357         int rc;
7358
7359         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7360         if (rc)
7361                 return rc;
7362
7363         setup_min_slab_ratio();
7364
7365         return 0;
7366 }
7367 #endif
7368
7369 /*
7370  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
7371  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
7372  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
7373  *
7374  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
7375  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
7376  * if in function of the boot time zone sizes.
7377  */
7378 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7379         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7380 {
7381         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7382         setup_per_zone_lowmem_reserve();
7383         return 0;
7384 }
7385
7386 /*
7387  * percpu_pagelist_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
7388  * cpu.  It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
7389  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
7390  */
7391 int percpu_pagelist_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7392         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7393 {
7394         struct zone *zone;
7395         int old_percpu_pagelist_fraction;
7396         int ret;
7397
7398         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
7399         old_percpu_pagelist_fraction = percpu_pagelist_fraction;
7400
7401         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7402         if (!write || ret < 0)
7403                 goto out;
7404
7405         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
7406         if (percpu_pagelist_fraction &&
7407             percpu_pagelist_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION) {
7408                 percpu_pagelist_fraction = old_percpu_pagelist_fraction;
7409                 ret = -EINVAL;
7410                 goto out;
7411         }
7412
7413         /* No change? */
7414         if (percpu_pagelist_fraction == old_percpu_pagelist_fraction)
7415                 goto out;
7416
7417         for_each_populated_zone(zone) {
7418                 unsigned int cpu;
7419
7420                 for_each_possible_cpu(cpu)
7421                         pageset_set_high_and_batch(zone,
7422                                         per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
7423         }
7424 out:
7425         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
7426         return ret;
7427 }
7428
7429 #ifdef CONFIG_NUMA
7430 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
7431
7432 static int __init set_hashdist(char *str)
7433 {
7434         if (!str)
7435                 return 0;
7436         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
7437         return 1;
7438 }
7439 __setup("hashdist=", set_hashdist);
7440 #endif
7441
7442 #ifndef __HAVE_ARCH_RESERVED_KERNEL_PAGES
7443 /*
7444  * Returns the number of pages that arch has reserved but
7445  * is not known to alloc_large_system_hash().
7446  */
7447 static unsigned long __init arch_reserved_kernel_pages(void)
7448 {
7449         return 0;
7450 }
7451 #endif
7452
7453 /*
7454  * Adaptive scale is meant to reduce sizes of hash tables on large memory
7455  * machines. As memory size is increased the scale is also increased but at
7456  * slower pace.  Starting from ADAPT_SCALE_BASE (64G), every time memory
7457  * quadruples the scale is increased by one, which means the size of hash table
7458  * only doubles, instead of quadrupling as well.
7459  * Because 32-bit systems cannot have large physical memory, where this scaling
7460  * makes sense, it is disabled on such platforms.
7461  */
7462 #if __BITS_PER_LONG > 32
7463 #define ADAPT_SCALE_BASE        (64ul << 30)
7464 #define ADAPT_SCALE_SHIFT       2
7465 #define ADAPT_SCALE_NPAGES      (ADAPT_SCALE_BASE >> PAGE_SHIFT)
7466 #endif
7467
7468 /*
7469  * allocate a large system hash table from bootmem
7470  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
7471  *   quantity of entries
7472  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
7473  */
7474 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
7475                                      unsigned long bucketsize,
7476                                      unsigned long numentries,
7477                                      int scale,
7478                                      int flags,
7479                                      unsigned int *_hash_shift,
7480                                      unsigned int *_hash_mask,
7481                                      unsigned long low_limit,
7482                                      unsigned long high_limit)
7483 {
7484         unsigned long long max = high_limit;
7485         unsigned long log2qty, size;
7486         void *table = NULL;
7487         gfp_t gfp_flags;
7488
7489         /* allow the kernel cmdline to have a say */
7490         if (!numentries) {
7491                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
7492                 numentries = nr_kernel_pages;
7493                 numentries -= arch_reserved_kernel_pages();
7494
7495                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
7496                 if (PAGE_SHIFT < 20)
7497                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
7498
7499 #if __BITS_PER_LONG > 32
7500                 if (!high_limit) {
7501                         unsigned long adapt;
7502
7503                         for (adapt = ADAPT_SCALE_NPAGES; adapt < numentries;
7504                              adapt <<= ADAPT_SCALE_SHIFT)
7505                                 scale++;
7506                 }
7507 #endif
7508
7509                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
7510                 if (scale > PAGE_SHIFT)
7511                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
7512                 else
7513                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
7514
7515                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
7516                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
7517                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
7518                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
7519                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
7520                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
7521                                 BUG_ON(!numentries);
7522                         }
7523                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
7524                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
7525         }
7526         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
7527
7528         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
7529         if (max == 0) {
7530                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
7531                 do_div(max, bucketsize);
7532         }
7533         max = min(max, 0x80000000ULL);
7534
7535         if (numentries < low_limit)
7536                 numentries = low_limit;
7537         if (numentries > max)
7538                 numentries = max;
7539
7540         log2qty = ilog2(numentries);
7541
7542         gfp_flags = (flags & HASH_ZERO) ? GFP_ATOMIC | __GFP_ZERO : GFP_ATOMIC;
7543         do {
7544                 size = bucketsize << log2qty;
7545                 if (flags & HASH_EARLY) {
7546                         if (flags & HASH_ZERO)
7547                                 table = memblock_virt_alloc_nopanic(size, 0);
7548                         else
7549                                 table = memblock_virt_alloc_raw(size, 0);
7550                 } else if (hashdist) {
7551                         table = __vmalloc(size, gfp_flags, PAGE_KERNEL);
7552                 } else {
7553                         /*
7554                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
7555                          * some pages at the end of hash table which
7556                          * alloc_pages_exact() automatically does
7557                          */
7558                         if (get_order(size) < MAX_ORDER) {
7559                                 table = alloc_pages_exact(size, gfp_flags);
7560                                 kmemleak_alloc(table, size, 1, gfp_flags);
7561                         }
7562                 }
7563         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
7564
7565         if (!table)
7566                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
7567
7568         pr_info("%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes)\n",
7569                 tablename, 1UL << log2qty, ilog2(size) - PAGE_SHIFT, size);
7570
7571         if (_hash_shift)
7572                 *_hash_shift = log2qty;
7573         if (_hash_mask)
7574                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
7575
7576         return table;
7577 }
7578
7579 /*
7580  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
7581  * If @count is not zero, it is okay to include less @count unmovable pages
7582  *
7583  * PageLRU check without isolation or lru_lock could race so that
7584  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. And __PageMovable
7585  * check without lock_page also may miss some movable non-lru pages at
7586  * race condition. So you can't expect this function should be exact.
7587  */
7588 bool has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page, int count,
7589                          int migratetype,
7590                          bool skip_hwpoisoned_pages)
7591 {
7592         unsigned long pfn, iter, found;
7593
7594         /*
7595          * For avoiding noise data, lru_add_drain_all() should be called
7596          * If ZONE_MOVABLE, the zone never contains unmovable pages
7597          */
7598         if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
7599                 return false;
7600
7601         /*
7602          * CMA allocations (alloc_contig_range) really need to mark isolate
7603          * CMA pageblocks even when they are not movable in fact so consider
7604          * them movable here.
7605          */
7606         if (is_migrate_cma(migratetype) &&
7607                         is_migrate_cma(get_pageblock_migratetype(page)))
7608                 return false;
7609
7610         pfn = page_to_pfn(page);
7611         for (found = 0, iter = 0; iter < pageblock_nr_pages; iter++) {
7612                 unsigned long check = pfn + iter;
7613
7614                 if (!pfn_valid_within(check))
7615                         continue;
7616
7617                 page = pfn_to_page(check);
7618
7619                 if (PageReserved(page))
7620                         return true;
7621
7622                 /*
7623                  * Hugepages are not in LRU lists, but they're movable.
7624                  * We need not scan over tail pages bacause we don't
7625                  * handle each tail page individually in migration.
7626                  */
7627                 if (PageHuge(page)) {
7628                         iter = round_up(iter + 1, 1<<compound_order(page)) - 1;
7629                         continue;
7630                 }
7631
7632                 /*
7633                  * We can't use page_count without pin a page
7634                  * because another CPU can free compound page.
7635                  * This check already skips compound tails of THP
7636                  * because their page->_refcount is zero at all time.
7637                  */
7638                 if (!page_ref_count(page)) {
7639                         if (PageBuddy(page))
7640                                 iter += (1 << page_order(page)) - 1;
7641                         continue;
7642                 }
7643
7644                 /*
7645                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
7646                  * page_count() is not 0.
7647                  */
7648                 if (skip_hwpoisoned_pages && PageHWPoison(page))
7649                         continue;
7650
7651                 if (__PageMovable(page))
7652                         continue;
7653
7654                 if (!PageLRU(page))
7655                         found++;
7656                 /*
7657                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check
7658                  * it.  But now, memory offline itself doesn't call
7659                  * shrink_node_slabs() and it still to be fixed.
7660                  */
7661                 /*
7662                  * If the page is not RAM, page_count()should be 0.
7663                  * we don't need more check. This is an _used_ not-movable page.
7664                  *
7665                  * The problematic thing here is PG_reserved pages. PG_reserved
7666                  * is set to both of a memory hole page and a _used_ kernel
7667                  * page at boot.
7668                  */
7669                 if (found > count)
7670                         return true;
7671         }
7672         return false;
7673 }
7674
7675 bool is_pageblock_removable_nolock(struct page *page)
7676 {
7677         struct zone *zone;
7678         unsigned long pfn;
7679
7680         /*
7681          * We have to be careful here because we are iterating over memory
7682          * sections which are not zone aware so we might end up outside of
7683          * the zone but still within the section.
7684          * We have to take care about the node as well. If the node is offline
7685          * its NODE_DATA will be NULL - see page_zone.
7686          */
7687         if (!node_online(page_to_nid(page)))
7688                 return false;
7689
7690         zone = page_zone(page);
7691         pfn = page_to_pfn(page);
7692         if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
7693                 return false;
7694
7695         return !has_unmovable_pages(zone, page, 0, MIGRATE_MOVABLE, true);
7696 }
7697
7698 #if (defined(CONFIG_MEMORY_ISOLATION) && defined(CONFIG_COMPACTION)) || defined(CONFIG_CMA)
7699
7700 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
7701 {
7702         return pfn & ~(max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
7703                              pageblock_nr_pages) - 1);
7704 }
7705
7706 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
7707 {
7708         return ALIGN(pfn, max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
7709                                 pageblock_nr_pages));
7710 }
7711
7712 /* [start, end) must belong to a single zone. */
7713 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
7714                                         unsigned long start, unsigned long end)
7715 {
7716         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
7717         unsigned long nr_reclaimed;
7718         unsigned long pfn = start;
7719         unsigned int tries = 0;
7720         int ret = 0;
7721
7722         migrate_prep();
7723
7724         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
7725                 if (fatal_signal_pending(current)) {
7726                         ret = -EINTR;
7727                         break;
7728                 }
7729
7730                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
7731                         cc->nr_migratepages = 0;
7732                         pfn = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
7733                         if (!pfn) {
7734                                 ret = -EINTR;
7735                                 break;
7736                         }
7737                         tries = 0;
7738                 } else if (++tries == 5) {
7739                         ret = ret < 0 ? ret : -EBUSY;
7740                         break;
7741                 }
7742
7743                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
7744                                                         &cc->migratepages);
7745                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
7746
7747                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migrate_target,
7748                                     NULL, 0, cc->mode, MR_CONTIG_RANGE);
7749         }
7750         if (ret < 0) {
7751                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
7752                 return ret;
7753         }
7754         return 0;
7755 }
7756
7757 /**
7758  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
7759  * @start:      start PFN to allocate
7760  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
7761  * @migratetype:        migratetype of the underlaying pageblocks (either
7762  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
7763  *                      in range must have the same migratetype and it must
7764  *                      be either of the two.
7765  * @gfp_mask:   GFP mask to use during compaction
7766  *
7767  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
7768  * aligned.  The PFN range must belong to a single zone.
7769  *
7770  * The first thing this routine does is attempt to MIGRATE_ISOLATE all
7771  * pageblocks in the range.  Once isolated, the pageblocks should not
7772  * be modified by others.
7773  *
7774  * Returns zero on success or negative error code.  On success all
7775  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
7776  * need to be freed with free_contig_range().
7777  */
7778 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
7779                        unsigned migratetype, gfp_t gfp_mask)
7780 {
7781         unsigned long outer_start, outer_end;
7782         unsigned int order;
7783         int ret = 0;
7784
7785         struct compact_control cc = {
7786                 .nr_migratepages = 0,
7787                 .order = -1,
7788                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
7789                 .mode = MIGRATE_SYNC,
7790                 .ignore_skip_hint = true,
7791                 .no_set_skip_hint = true,
7792                 .gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask),
7793         };
7794         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
7795
7796         /*
7797          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
7798          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
7799          * have different sizes, and due to the way page allocator
7800          * work, we align the range to biggest of the two pages so
7801          * that page allocator won't try to merge buddies from
7802          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
7803          * other migration type.
7804          *
7805          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
7806          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
7807          * we are interested in).  This will put all the pages in
7808          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
7809          *
7810          * When this is done, we take the pages in range from page
7811          * allocator removing them from the buddy system.  This way
7812          * page allocator will never consider using them.
7813          *
7814          * This lets us mark the pageblocks back as
7815          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
7816          * aligned range but not in the unaligned, original range are
7817          * put back to page allocator so that buddy can use them.
7818          */
7819
7820         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
7821                                        pfn_max_align_up(end), migratetype,
7822                                        false);
7823         if (ret)
7824                 return ret;
7825
7826         /*
7827          * In case of -EBUSY, we'd like to know which page causes problem.
7828          * So, just fall through. test_pages_isolated() has a tracepoint
7829          * which will report the busy page.
7830          *
7831          * It is possible that busy pages could become available before
7832          * the call to test_pages_isolated, and the range will actually be
7833          * allocated.  So, if we fall through be sure to clear ret so that
7834          * -EBUSY is not accidentally used or returned to caller.
7835          */
7836         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
7837         if (ret && ret != -EBUSY)
7838                 goto done;
7839         ret =0;
7840
7841         /*
7842          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
7843          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
7844          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
7845          * What we are going to do is to allocate all pages from
7846          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
7847          *
7848          * The only problem is that pages at the beginning and at the
7849          * end of interesting range may be not aligned with pages that
7850          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
7851          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
7852          * once this is done free the pages we are not interested in.
7853          *
7854          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
7855          * isolated thus they won't get removed from buddy.
7856          */
7857
7858         lru_add_drain_all();
7859         drain_all_pages(cc.zone);
7860
7861         order = 0;
7862         outer_start = start;
7863         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
7864                 if (++order >= MAX_ORDER) {
7865                         outer_start = start;
7866                         break;
7867                 }
7868                 outer_start &= ~0UL << order;
7869         }
7870
7871         if (outer_start != start) {
7872                 order = page_order(pfn_to_page(outer_start));
7873
7874                 /*
7875                  * outer_start page could be small order buddy page and
7876                  * it doesn't include start page. Adjust outer_start
7877                  * in this case to report failed page properly
7878                  * on tracepoint in test_pages_isolated()
7879                  */
7880                 if (outer_start + (1UL << order) <= start)
7881                         outer_start = start;
7882         }
7883
7884         /* Make sure the range is really isolated. */
7885         if (test_pages_isolated(outer_start, end, false)) {
7886                 pr_info_ratelimited("%s: [%lx, %lx) PFNs busy\n",
7887                         __func__, outer_start, end);
7888                 ret = -EBUSY;
7889                 goto done;
7890         }
7891
7892         /* Grab isolated pages from freelists. */
7893         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
7894         if (!outer_end) {
7895                 ret = -EBUSY;
7896                 goto done;
7897         }
7898
7899         /* Free head and tail (if any) */
7900         if (start != outer_start)
7901                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
7902         if (end != outer_end)
7903                 free_contig_range(end, outer_end - end);
7904
7905 done:
7906         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
7907                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
7908         return ret;
7909 }
7910
7911 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned nr_pages)
7912 {
7913         unsigned int count = 0;
7914
7915         for (; nr_pages--; pfn++) {
7916                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
7917
7918                 count += page_count(page) != 1;
7919                 __free_page(page);
7920         }
7921         WARN(count != 0, "%d pages are still in use!\n", count);
7922 }
7923 #endif
7924
7925 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
7926 /*
7927  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
7928  * page high values need to be recalulated.
7929  */
7930 void __meminit zone_pcp_update(struct zone *zone)
7931 {
7932         unsigned cpu;
7933         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
7934         for_each_possible_cpu(cpu)
7935                 pageset_set_high_and_batch(zone,
7936                                 per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
7937         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
7938 }
7939 #endif
7940
7941 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
7942 {
7943         unsigned long flags;
7944         int cpu;
7945         struct per_cpu_pageset *pset;
7946
7947         /* avoid races with drain_pages()  */
7948         local_irq_save(flags);
7949         if (zone->pageset != &boot_pageset) {
7950                 for_each_online_cpu(cpu) {
7951                         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
7952                         drain_zonestat(zone, pset);
7953                 }
7954                 free_percpu(zone->pageset);
7955                 zone->pageset = &boot_pageset;
7956         }
7957         local_irq_restore(flags);
7958 }
7959
7960 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
7961 /*
7962  * All pages in the range must be in a single zone and isolated
7963  * before calling this.
7964  */
7965 void
7966 __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
7967 {
7968         struct page *page;
7969         struct zone *zone;
7970         unsigned int order, i;
7971         unsigned long pfn;
7972         unsigned long flags;
7973         /* find the first valid pfn */
7974         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++)
7975                 if (pfn_valid(pfn))
7976                         break;
7977         if (pfn == end_pfn)
7978                 return;
7979         offline_mem_sections(pfn, end_pfn);
7980         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
7981         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7982         pfn = start_pfn;
7983         while (pfn < end_pfn) {
7984                 if (!pfn_valid(pfn)) {
7985                         pfn++;
7986                         continue;
7987                 }
7988                 page = pfn_to_page(pfn);
7989                 /*
7990                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
7991                  * page_count() is not 0.
7992                  */
7993                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
7994                         pfn++;
7995                         SetPageReserved(page);
7996                         continue;
7997                 }
7998
7999                 BUG_ON(page_count(page));
8000                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
8001                 order = page_order(page);
8002 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
8003                 pr_info("remove from free list %lx %d %lx\n",
8004                         pfn, 1 << order, end_pfn);
8005 #endif
8006                 list_del(&page->lru);
8007                 rmv_page_order(page);
8008                 zone->free_area[order].nr_free--;
8009                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
8010                         SetPageReserved((page+i));
8011                 pfn += (1 << order);
8012         }
8013         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8014 }
8015 #endif
8016
8017 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
8018 {
8019         struct zone *zone = page_zone(page);
8020         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8021         unsigned long flags;
8022         unsigned int order;
8023
8024         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8025         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
8026                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
8027
8028                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order)
8029                         break;
8030         }
8031         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8032
8033         return order < MAX_ORDER;
8034 }