Merge tag 'gpio-v4.20-1' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/linusw...
[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/topology.h>
36 #include <linux/sysctl.h>
37 #include <linux/cpu.h>
38 #include <linux/cpuset.h>
39 #include <linux/memory_hotplug.h>
40 #include <linux/nodemask.h>
41 #include <linux/vmalloc.h>
42 #include <linux/vmstat.h>
43 #include <linux/mempolicy.h>
44 #include <linux/memremap.h>
45 #include <linux/stop_machine.h>
46 #include <linux/sort.h>
47 #include <linux/pfn.h>
48 #include <linux/backing-dev.h>
49 #include <linux/fault-inject.h>
50 #include <linux/page-isolation.h>
51 #include <linux/page_ext.h>
52 #include <linux/debugobjects.h>
53 #include <linux/kmemleak.h>
54 #include <linux/compaction.h>
55 #include <trace/events/kmem.h>
56 #include <trace/events/oom.h>
57 #include <linux/prefetch.h>
58 #include <linux/mm_inline.h>
59 #include <linux/migrate.h>
60 #include <linux/hugetlb.h>
61 #include <linux/sched/rt.h>
62 #include <linux/sched/mm.h>
63 #include <linux/page_owner.h>
64 #include <linux/kthread.h>
65 #include <linux/memcontrol.h>
66 #include <linux/ftrace.h>
67 #include <linux/lockdep.h>
68 #include <linux/nmi.h>
69
70 #include <asm/sections.h>
71 #include <asm/tlbflush.h>
72 #include <asm/div64.h>
73 #include "internal.h"
74
75 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
76 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
77 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION    (8)
78
79 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
80 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
81 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
82 #endif
83
84 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(vm_numa_stat_key);
85
86 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
87 /*
88  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
89  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
90  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
91  * defined in <linux/topology.h>.
92  */
93 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
94 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
95 int _node_numa_mem_[MAX_NUMNODES];
96 #endif
97
98 /* work_structs for global per-cpu drains */
99 DEFINE_MUTEX(pcpu_drain_mutex);
100 DEFINE_PER_CPU(struct work_struct, pcpu_drain);
101
102 #ifdef CONFIG_GCC_PLUGIN_LATENT_ENTROPY
103 volatile unsigned long latent_entropy __latent_entropy;
104 EXPORT_SYMBOL(latent_entropy);
105 #endif
106
107 /*
108  * Array of node states.
109  */
110 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
111         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
112         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
113 #ifndef CONFIG_NUMA
114         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
115 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
116         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
117 #endif
118         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
119         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
120 #endif  /* NUMA */
121 };
122 EXPORT_SYMBOL(node_states);
123
124 /* Protect totalram_pages and zone->managed_pages */
125 static DEFINE_SPINLOCK(managed_page_count_lock);
126
127 unsigned long totalram_pages __read_mostly;
128 unsigned long totalreserve_pages __read_mostly;
129 unsigned long totalcma_pages __read_mostly;
130
131 int percpu_pagelist_fraction;
132 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
133
134 /*
135  * A cached value of the page's pageblock's migratetype, used when the page is
136  * put on a pcplist. Used to avoid the pageblock migratetype lookup when
137  * freeing from pcplists in most cases, at the cost of possibly becoming stale.
138  * Also the migratetype set in the page does not necessarily match the pcplist
139  * index, e.g. page might have MIGRATE_CMA set but be on a pcplist with any
140  * other index - this ensures that it will be put on the correct CMA freelist.
141  */
142 static inline int get_pcppage_migratetype(struct page *page)
143 {
144         return page->index;
145 }
146
147 static inline void set_pcppage_migratetype(struct page *page, int migratetype)
148 {
149         page->index = migratetype;
150 }
151
152 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
153 /*
154  * The following functions are used by the suspend/hibernate code to temporarily
155  * change gfp_allowed_mask in order to avoid using I/O during memory allocations
156  * while devices are suspended.  To avoid races with the suspend/hibernate code,
157  * they should always be called with system_transition_mutex held
158  * (gfp_allowed_mask also should only be modified with system_transition_mutex
159  * held, unless the suspend/hibernate code is guaranteed not to run in parallel
160  * with that modification).
161  */
162
163 static gfp_t saved_gfp_mask;
164
165 void pm_restore_gfp_mask(void)
166 {
167         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
168         if (saved_gfp_mask) {
169                 gfp_allowed_mask = saved_gfp_mask;
170                 saved_gfp_mask = 0;
171         }
172 }
173
174 void pm_restrict_gfp_mask(void)
175 {
176         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
177         WARN_ON(saved_gfp_mask);
178         saved_gfp_mask = gfp_allowed_mask;
179         gfp_allowed_mask &= ~(__GFP_IO | __GFP_FS);
180 }
181
182 bool pm_suspended_storage(void)
183 {
184         if ((gfp_allowed_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
185                 return false;
186         return true;
187 }
188 #endif /* CONFIG_PM_SLEEP */
189
190 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
191 unsigned int pageblock_order __read_mostly;
192 #endif
193
194 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order);
195
196 /*
197  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
198  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
199  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
200  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
201  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
202  *      HIGHMEM allocation will leave (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
203  *
204  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
205  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
206  */
207 int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES] = {
208 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
209         [ZONE_DMA] = 256,
210 #endif
211 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
212         [ZONE_DMA32] = 256,
213 #endif
214         [ZONE_NORMAL] = 32,
215 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
216         [ZONE_HIGHMEM] = 0,
217 #endif
218         [ZONE_MOVABLE] = 0,
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         (*nr_initialised)++;
320         if ((*nr_initialised > pgdat->static_init_pgcnt) &&
321             (pfn & (PAGES_PER_SECTION - 1)) == 0) {
322                 pgdat->first_deferred_pfn = pfn;
323                 return false;
324         }
325
326         return true;
327 }
328 #else
329 static inline bool early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
330 {
331         return false;
332 }
333
334 static inline bool update_defer_init(pg_data_t *pgdat,
335                                 unsigned long pfn, unsigned long zone_end,
336                                 unsigned long *nr_initialised)
337 {
338         return true;
339 }
340 #endif
341
342 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
343 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(struct page *page,
344                                                         unsigned long pfn)
345 {
346 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
347         return __pfn_to_section(pfn)->pageblock_flags;
348 #else
349         return page_zone(page)->pageblock_flags;
350 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
351 }
352
353 static inline int pfn_to_bitidx(struct page *page, unsigned long pfn)
354 {
355 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
356         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
357         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
358 #else
359         pfn = pfn - round_down(page_zone(page)->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
360         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
361 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
362 }
363
364 /**
365  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
366  * @page: The page within the block of interest
367  * @pfn: The target page frame number
368  * @end_bitidx: The last bit of interest to retrieve
369  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
370  *
371  * Return: pageblock_bits flags
372  */
373 static __always_inline unsigned long __get_pfnblock_flags_mask(struct page *page,
374                                         unsigned long pfn,
375                                         unsigned long end_bitidx,
376                                         unsigned long mask)
377 {
378         unsigned long *bitmap;
379         unsigned long bitidx, word_bitidx;
380         unsigned long word;
381
382         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
383         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
384         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
385         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
386
387         word = bitmap[word_bitidx];
388         bitidx += end_bitidx;
389         return (word >> (BITS_PER_LONG - bitidx - 1)) & mask;
390 }
391
392 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long pfn,
393                                         unsigned long end_bitidx,
394                                         unsigned long mask)
395 {
396         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, end_bitidx, mask);
397 }
398
399 static __always_inline int get_pfnblock_migratetype(struct page *page, unsigned long pfn)
400 {
401         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, PB_migrate_end, MIGRATETYPE_MASK);
402 }
403
404 /**
405  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
406  * @page: The page within the block of interest
407  * @flags: The flags to set
408  * @pfn: The target page frame number
409  * @end_bitidx: The last bit of interest
410  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
411  */
412 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
413                                         unsigned long pfn,
414                                         unsigned long end_bitidx,
415                                         unsigned long mask)
416 {
417         unsigned long *bitmap;
418         unsigned long bitidx, word_bitidx;
419         unsigned long old_word, word;
420
421         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
422
423         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
424         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
425         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
426         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
427
428         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(page_zone(page), pfn), page);
429
430         bitidx += end_bitidx;
431         mask <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
432         flags <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
433
434         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
435         for (;;) {
436                 old_word = cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], word, (word & ~mask) | flags);
437                 if (word == old_word)
438                         break;
439                 word = old_word;
440         }
441 }
442
443 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
444 {
445         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
446                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
447                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
448
449         set_pageblock_flags_group(page, (unsigned long)migratetype,
450                                         PB_migrate, PB_migrate_end);
451 }
452
453 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
454 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
455 {
456         int ret = 0;
457         unsigned seq;
458         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
459         unsigned long sp, start_pfn;
460
461         do {
462                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
463                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
464                 sp = zone->spanned_pages;
465                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
466                         ret = 1;
467         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
468
469         if (ret)
470                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
471                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
472                         start_pfn, start_pfn + sp);
473
474         return ret;
475 }
476
477 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
478 {
479         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page)))
480                 return 0;
481         if (zone != page_zone(page))
482                 return 0;
483
484         return 1;
485 }
486 /*
487  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
488  */
489 static int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
490 {
491         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
492                 return 1;
493         if (!page_is_consistent(zone, page))
494                 return 1;
495
496         return 0;
497 }
498 #else
499 static inline int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
500 {
501         return 0;
502 }
503 #endif
504
505 static void bad_page(struct page *page, const char *reason,
506                 unsigned long bad_flags)
507 {
508         static unsigned long resume;
509         static unsigned long nr_shown;
510         static unsigned long nr_unshown;
511
512         /*
513          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
514          * or allow a steady drip of one report per second.
515          */
516         if (nr_shown == 60) {
517                 if (time_before(jiffies, resume)) {
518                         nr_unshown++;
519                         goto out;
520                 }
521                 if (nr_unshown) {
522                         pr_alert(
523                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
524                                 nr_unshown);
525                         nr_unshown = 0;
526                 }
527                 nr_shown = 0;
528         }
529         if (nr_shown++ == 0)
530                 resume = jiffies + 60 * HZ;
531
532         pr_alert("BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
533                 current->comm, page_to_pfn(page));
534         __dump_page(page, reason);
535         bad_flags &= page->flags;
536         if (bad_flags)
537                 pr_alert("bad because of flags: %#lx(%pGp)\n",
538                                                 bad_flags, &bad_flags);
539         dump_page_owner(page);
540
541         print_modules();
542         dump_stack();
543 out:
544         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
545         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
546         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
547 }
548
549 /*
550  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
551  *
552  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page" and have PG_head set.
553  *
554  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages". PageTail() is encoded
555  * in bit 0 of page->compound_head. The rest of bits is pointer to head page.
556  *
557  * The first tail page's ->compound_dtor holds the offset in array of compound
558  * page destructors. See compound_page_dtors.
559  *
560  * The first tail page's ->compound_order holds the order of allocation.
561  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
562  */
563
564 void free_compound_page(struct page *page)
565 {
566         __free_pages_ok(page, compound_order(page));
567 }
568
569 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned int order)
570 {
571         int i;
572         int nr_pages = 1 << order;
573
574         set_compound_page_dtor(page, COMPOUND_PAGE_DTOR);
575         set_compound_order(page, order);
576         __SetPageHead(page);
577         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
578                 struct page *p = page + i;
579                 set_page_count(p, 0);
580                 p->mapping = TAIL_MAPPING;
581                 set_compound_head(p, page);
582         }
583         atomic_set(compound_mapcount_ptr(page), -1);
584 }
585
586 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
587 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
588 bool _debug_pagealloc_enabled __read_mostly
589                         = IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC_ENABLE_DEFAULT);
590 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled);
591 bool _debug_guardpage_enabled __read_mostly;
592
593 static int __init early_debug_pagealloc(char *buf)
594 {
595         if (!buf)
596                 return -EINVAL;
597         return kstrtobool(buf, &_debug_pagealloc_enabled);
598 }
599 early_param("debug_pagealloc", early_debug_pagealloc);
600
601 static bool need_debug_guardpage(void)
602 {
603         /* If we don't use debug_pagealloc, we don't need guard page */
604         if (!debug_pagealloc_enabled())
605                 return false;
606
607         if (!debug_guardpage_minorder())
608                 return false;
609
610         return true;
611 }
612
613 static void init_debug_guardpage(void)
614 {
615         if (!debug_pagealloc_enabled())
616                 return;
617
618         if (!debug_guardpage_minorder())
619                 return;
620
621         _debug_guardpage_enabled = true;
622 }
623
624 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops = {
625         .need = need_debug_guardpage,
626         .init = init_debug_guardpage,
627 };
628
629 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
630 {
631         unsigned long res;
632
633         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
634                 pr_err("Bad debug_guardpage_minorder value\n");
635                 return 0;
636         }
637         _debug_guardpage_minorder = res;
638         pr_info("Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
639         return 0;
640 }
641 early_param("debug_guardpage_minorder", debug_guardpage_minorder_setup);
642
643 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
644                                 unsigned int order, int migratetype)
645 {
646         struct page_ext *page_ext;
647
648         if (!debug_guardpage_enabled())
649                 return false;
650
651         if (order >= debug_guardpage_minorder())
652                 return false;
653
654         page_ext = lookup_page_ext(page);
655         if (unlikely(!page_ext))
656                 return false;
657
658         __set_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
659
660         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
661         set_page_private(page, order);
662         /* Guard pages are not available for any usage */
663         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order), migratetype);
664
665         return true;
666 }
667
668 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
669                                 unsigned int order, int migratetype)
670 {
671         struct page_ext *page_ext;
672
673         if (!debug_guardpage_enabled())
674                 return;
675
676         page_ext = lookup_page_ext(page);
677         if (unlikely(!page_ext))
678                 return;
679
680         __clear_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
681
682         set_page_private(page, 0);
683         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
684                 __mod_zone_freepage_state(zone, (1 << order), migratetype);
685 }
686 #else
687 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops;
688 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
689                         unsigned int order, int migratetype) { return false; }
690 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
691                                 unsigned int order, int migratetype) {}
692 #endif
693
694 static inline void set_page_order(struct page *page, unsigned int order)
695 {
696         set_page_private(page, order);
697         __SetPageBuddy(page);
698 }
699
700 static inline void rmv_page_order(struct page *page)
701 {
702         __ClearPageBuddy(page);
703         set_page_private(page, 0);
704 }
705
706 /*
707  * This function checks whether a page is free && is the buddy
708  * we can coalesce a page and its buddy if
709  * (a) the buddy is not in a hole (check before calling!) &&
710  * (b) the buddy is in the buddy system &&
711  * (c) a page and its buddy have the same order &&
712  * (d) a page and its buddy are in the same zone.
713  *
714  * For recording whether a page is in the buddy system, we set PageBuddy.
715  * Setting, clearing, and testing PageBuddy is serialized by zone->lock.
716  *
717  * For recording page's order, we use page_private(page).
718  */
719 static inline int page_is_buddy(struct page *page, struct page *buddy,
720                                                         unsigned int order)
721 {
722         if (page_is_guard(buddy) && page_order(buddy) == order) {
723                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
724                         return 0;
725
726                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
727
728                 return 1;
729         }
730
731         if (PageBuddy(buddy) && page_order(buddy) == order) {
732                 /*
733                  * zone check is done late to avoid uselessly
734                  * calculating zone/node ids for pages that could
735                  * never merge.
736                  */
737                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
738                         return 0;
739
740                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
741
742                 return 1;
743         }
744         return 0;
745 }
746
747 /*
748  * Freeing function for a buddy system allocator.
749  *
750  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
751  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
752  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
753  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
754  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
755  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
756  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
757  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
758  * parts of the VM system.
759  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
760  * free pages of length of (1 << order) and marked with PageBuddy.
761  * Page's order is recorded in page_private(page) field.
762  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
763  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
764  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
765  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
766  * triggers coalescing into a block of larger size.
767  *
768  * -- nyc
769  */
770
771 static inline void __free_one_page(struct page *page,
772                 unsigned long pfn,
773                 struct zone *zone, unsigned int order,
774                 int migratetype)
775 {
776         unsigned long combined_pfn;
777         unsigned long uninitialized_var(buddy_pfn);
778         struct page *buddy;
779         unsigned int max_order;
780
781         max_order = min_t(unsigned int, MAX_ORDER, pageblock_order + 1);
782
783         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
784         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
785
786         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
787         if (likely(!is_migrate_isolate(migratetype)))
788                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
789
790         VM_BUG_ON_PAGE(pfn & ((1 << order) - 1), page);
791         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
792
793 continue_merging:
794         while (order < max_order - 1) {
795                 buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
796                 buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
797
798                 if (!pfn_valid_within(buddy_pfn))
799                         goto done_merging;
800                 if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
801                         goto done_merging;
802                 /*
803                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
804                  * merge with it and move up one order.
805                  */
806                 if (page_is_guard(buddy)) {
807                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
808                 } else {
809                         list_del(&buddy->lru);
810                         zone->free_area[order].nr_free--;
811                         rmv_page_order(buddy);
812                 }
813                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
814                 page = page + (combined_pfn - pfn);
815                 pfn = combined_pfn;
816                 order++;
817         }
818         if (max_order < MAX_ORDER) {
819                 /* If we are here, it means order is >= pageblock_order.
820                  * We want to prevent merge between freepages on isolate
821                  * pageblock and normal pageblock. Without this, pageblock
822                  * isolation could cause incorrect freepage or CMA accounting.
823                  *
824                  * We don't want to hit this code for the more frequent
825                  * low-order merging.
826                  */
827                 if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone))) {
828                         int buddy_mt;
829
830                         buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
831                         buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
832                         buddy_mt = get_pageblock_migratetype(buddy);
833
834                         if (migratetype != buddy_mt
835                                         && (is_migrate_isolate(migratetype) ||
836                                                 is_migrate_isolate(buddy_mt)))
837                                 goto done_merging;
838                 }
839                 max_order++;
840                 goto continue_merging;
841         }
842
843 done_merging:
844         set_page_order(page, order);
845
846         /*
847          * If this is not the largest possible page, check if the buddy
848          * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
849          * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
850          * that is happening, add the free page to the tail of the list
851          * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
852          * as a higher order page
853          */
854         if ((order < MAX_ORDER-2) && pfn_valid_within(buddy_pfn)) {
855                 struct page *higher_page, *higher_buddy;
856                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
857                 higher_page = page + (combined_pfn - pfn);
858                 buddy_pfn = __find_buddy_pfn(combined_pfn, order + 1);
859                 higher_buddy = higher_page + (buddy_pfn - combined_pfn);
860                 if (pfn_valid_within(buddy_pfn) &&
861                     page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1)) {
862                         list_add_tail(&page->lru,
863                                 &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
864                         goto out;
865                 }
866         }
867
868         list_add(&page->lru, &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
869 out:
870         zone->free_area[order].nr_free++;
871 }
872
873 /*
874  * A bad page could be due to a number of fields. Instead of multiple branches,
875  * try and check multiple fields with one check. The caller must do a detailed
876  * check if necessary.
877  */
878 static inline bool page_expected_state(struct page *page,
879                                         unsigned long check_flags)
880 {
881         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
882                 return false;
883
884         if (unlikely((unsigned long)page->mapping |
885                         page_ref_count(page) |
886 #ifdef CONFIG_MEMCG
887                         (unsigned long)page->mem_cgroup |
888 #endif
889                         (page->flags & check_flags)))
890                 return false;
891
892         return true;
893 }
894
895 static void free_pages_check_bad(struct page *page)
896 {
897         const char *bad_reason;
898         unsigned long bad_flags;
899
900         bad_reason = NULL;
901         bad_flags = 0;
902
903         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
904                 bad_reason = "nonzero mapcount";
905         if (unlikely(page->mapping != NULL))
906                 bad_reason = "non-NULL mapping";
907         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
908                 bad_reason = "nonzero _refcount";
909         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)) {
910                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
911                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE;
912         }
913 #ifdef CONFIG_MEMCG
914         if (unlikely(page->mem_cgroup))
915                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
916 #endif
917         bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
918 }
919
920 static inline int free_pages_check(struct page *page)
921 {
922         if (likely(page_expected_state(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)))
923                 return 0;
924
925         /* Something has gone sideways, find it */
926         free_pages_check_bad(page);
927         return 1;
928 }
929
930 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
931 {
932         int ret = 1;
933
934         /*
935          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
936          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
937          */
938         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
939
940         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM)) {
941                 ret = 0;
942                 goto out;
943         }
944         switch (page - head_page) {
945         case 1:
946                 /* the first tail page: ->mapping may be compound_mapcount() */
947                 if (unlikely(compound_mapcount(page))) {
948                         bad_page(page, "nonzero compound_mapcount", 0);
949                         goto out;
950                 }
951                 break;
952         case 2:
953                 /*
954                  * the second tail page: ->mapping is
955                  * deferred_list.next -- ignore value.
956                  */
957                 break;
958         default:
959                 if (page->mapping != TAIL_MAPPING) {
960                         bad_page(page, "corrupted mapping in tail page", 0);
961                         goto out;
962                 }
963                 break;
964         }
965         if (unlikely(!PageTail(page))) {
966                 bad_page(page, "PageTail not set", 0);
967                 goto out;
968         }
969         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
970                 bad_page(page, "compound_head not consistent", 0);
971                 goto out;
972         }
973         ret = 0;
974 out:
975         page->mapping = NULL;
976         clear_compound_head(page);
977         return ret;
978 }
979
980 static __always_inline bool free_pages_prepare(struct page *page,
981                                         unsigned int order, bool check_free)
982 {
983         int bad = 0;
984
985         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
986
987         trace_mm_page_free(page, order);
988
989         /*
990          * Check tail pages before head page information is cleared to
991          * avoid checking PageCompound for order-0 pages.
992          */
993         if (unlikely(order)) {
994                 bool compound = PageCompound(page);
995                 int i;
996
997                 VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
998
999                 if (compound)
1000                         ClearPageDoubleMap(page);
1001                 for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1002                         if (compound)
1003                                 bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
1004                         if (unlikely(free_pages_check(page + i))) {
1005                                 bad++;
1006                                 continue;
1007                         }
1008                         (page + i)->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1009                 }
1010         }
1011         if (PageMappingFlags(page))
1012                 page->mapping = NULL;
1013         if (memcg_kmem_enabled() && PageKmemcg(page))
1014                 memcg_kmem_uncharge(page, order);
1015         if (check_free)
1016                 bad += free_pages_check(page);
1017         if (bad)
1018                 return false;
1019
1020         page_cpupid_reset_last(page);
1021         page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1022         reset_page_owner(page, order);
1023
1024         if (!PageHighMem(page)) {
1025                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1026                                            PAGE_SIZE << order);
1027                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1028                                            PAGE_SIZE << order);
1029         }
1030         arch_free_page(page, order);
1031         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 0);
1032         kernel_map_pages(page, 1 << order, 0);
1033         kasan_free_pages(page, order);
1034
1035         return true;
1036 }
1037
1038 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1039 static inline bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1040 {
1041         return free_pages_prepare(page, 0, true);
1042 }
1043
1044 static inline bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1045 {
1046         return false;
1047 }
1048 #else
1049 static bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1050 {
1051         return free_pages_prepare(page, 0, false);
1052 }
1053
1054 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1055 {
1056         return free_pages_check(page);
1057 }
1058 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1059
1060 static inline void prefetch_buddy(struct page *page)
1061 {
1062         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1063         unsigned long buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, 0);
1064         struct page *buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
1065
1066         prefetch(buddy);
1067 }
1068
1069 /*
1070  * Frees a number of pages from the PCP lists
1071  * Assumes all pages on list are in same zone, and of same order.
1072  * count is the number of pages to free.
1073  *
1074  * If the zone was previously in an "all pages pinned" state then look to
1075  * see if this freeing clears that state.
1076  *
1077  * And clear the zone's pages_scanned counter, to hold off the "all pages are
1078  * pinned" detection logic.
1079  */
1080 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
1081                                         struct per_cpu_pages *pcp)
1082 {
1083         int migratetype = 0;
1084         int batch_free = 0;
1085         int prefetch_nr = 0;
1086         bool isolated_pageblocks;
1087         struct page *page, *tmp;
1088         LIST_HEAD(head);
1089
1090         while (count) {
1091                 struct list_head *list;
1092
1093                 /*
1094                  * Remove pages from lists in a round-robin fashion. A
1095                  * batch_free count is maintained that is incremented when an
1096                  * empty list is encountered.  This is so more pages are freed
1097                  * off fuller lists instead of spinning excessively around empty
1098                  * lists
1099                  */
1100                 do {
1101                         batch_free++;
1102                         if (++migratetype == MIGRATE_PCPTYPES)
1103                                 migratetype = 0;
1104                         list = &pcp->lists[migratetype];
1105                 } while (list_empty(list));
1106
1107                 /* This is the only non-empty list. Free them all. */
1108                 if (batch_free == MIGRATE_PCPTYPES)
1109                         batch_free = count;
1110
1111                 do {
1112                         page = list_last_entry(list, struct page, lru);
1113                         /* must delete to avoid corrupting pcp list */
1114                         list_del(&page->lru);
1115                         pcp->count--;
1116
1117                         if (bulkfree_pcp_prepare(page))
1118                                 continue;
1119
1120                         list_add_tail(&page->lru, &head);
1121
1122                         /*
1123                          * We are going to put the page back to the global
1124                          * pool, prefetch its buddy to speed up later access
1125                          * under zone->lock. It is believed the overhead of
1126                          * an additional test and calculating buddy_pfn here
1127                          * can be offset by reduced memory latency later. To
1128                          * avoid excessive prefetching due to large count, only
1129                          * prefetch buddy for the first pcp->batch nr of pages.
1130                          */
1131                         if (prefetch_nr++ < pcp->batch)
1132                                 prefetch_buddy(page);
1133                 } while (--count && --batch_free && !list_empty(list));
1134         }
1135
1136         spin_lock(&zone->lock);
1137         isolated_pageblocks = has_isolate_pageblock(zone);
1138
1139         /*
1140          * Use safe version since after __free_one_page(),
1141          * page->lru.next will not point to original list.
1142          */
1143         list_for_each_entry_safe(page, tmp, &head, lru) {
1144                 int mt = get_pcppage_migratetype(page);
1145                 /* MIGRATE_ISOLATE page should not go to pcplists */
1146                 VM_BUG_ON_PAGE(is_migrate_isolate(mt), page);
1147                 /* Pageblock could have been isolated meanwhile */
1148                 if (unlikely(isolated_pageblocks))
1149                         mt = get_pageblock_migratetype(page);
1150
1151                 __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, 0, mt);
1152                 trace_mm_page_pcpu_drain(page, 0, mt);
1153         }
1154         spin_unlock(&zone->lock);
1155 }
1156
1157 static void free_one_page(struct zone *zone,
1158                                 struct page *page, unsigned long pfn,
1159                                 unsigned int order,
1160                                 int migratetype)
1161 {
1162         spin_lock(&zone->lock);
1163         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1164                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1165                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1166         }
1167         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype);
1168         spin_unlock(&zone->lock);
1169 }
1170
1171 static void __meminit __init_single_page(struct page *page, unsigned long pfn,
1172                                 unsigned long zone, int nid)
1173 {
1174         mm_zero_struct_page(page);
1175         set_page_links(page, zone, nid, pfn);
1176         init_page_count(page);
1177         page_mapcount_reset(page);
1178         page_cpupid_reset_last(page);
1179
1180         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1181 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
1182         /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
1183         if (!is_highmem_idx(zone))
1184                 set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
1185 #endif
1186 }
1187
1188 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1189 static void __meminit init_reserved_page(unsigned long pfn)
1190 {
1191         pg_data_t *pgdat;
1192         int nid, zid;
1193
1194         if (!early_page_uninitialised(pfn))
1195                 return;
1196
1197         nid = early_pfn_to_nid(pfn);
1198         pgdat = NODE_DATA(nid);
1199
1200         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1201                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zid];
1202
1203                 if (pfn >= zone->zone_start_pfn && pfn < zone_end_pfn(zone))
1204                         break;
1205         }
1206         __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zid, nid);
1207 }
1208 #else
1209 static inline void init_reserved_page(unsigned long pfn)
1210 {
1211 }
1212 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1213
1214 /*
1215  * Initialised pages do not have PageReserved set. This function is
1216  * called for each range allocated by the bootmem allocator and
1217  * marks the pages PageReserved. The remaining valid pages are later
1218  * sent to the buddy page allocator.
1219  */
1220 void __meminit reserve_bootmem_region(phys_addr_t start, phys_addr_t end)
1221 {
1222         unsigned long start_pfn = PFN_DOWN(start);
1223         unsigned long end_pfn = PFN_UP(end);
1224
1225         for (; start_pfn < end_pfn; start_pfn++) {
1226                 if (pfn_valid(start_pfn)) {
1227                         struct page *page = pfn_to_page(start_pfn);
1228
1229                         init_reserved_page(start_pfn);
1230
1231                         /* Avoid false-positive PageTail() */
1232                         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1233
1234                         SetPageReserved(page);
1235                 }
1236         }
1237 }
1238
1239 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order)
1240 {
1241         unsigned long flags;
1242         int migratetype;
1243         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1244
1245         if (!free_pages_prepare(page, order, true))
1246                 return;
1247
1248         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1249         local_irq_save(flags);
1250         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1251         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype);
1252         local_irq_restore(flags);
1253 }
1254
1255 static void __init __free_pages_boot_core(struct page *page, unsigned int order)
1256 {
1257         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1258         struct page *p = page;
1259         unsigned int loop;
1260
1261         prefetchw(p);
1262         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1263                 prefetchw(p + 1);
1264                 __ClearPageReserved(p);
1265                 set_page_count(p, 0);
1266         }
1267         __ClearPageReserved(p);
1268         set_page_count(p, 0);
1269
1270         page_zone(page)->managed_pages += nr_pages;
1271         set_page_refcounted(page);
1272         __free_pages(page, order);
1273 }
1274
1275 #if defined(CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID) || \
1276         defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP)
1277
1278 static struct mminit_pfnnid_cache early_pfnnid_cache __meminitdata;
1279
1280 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
1281 {
1282         static DEFINE_SPINLOCK(early_pfn_lock);
1283         int nid;
1284
1285         spin_lock(&early_pfn_lock);
1286         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1287         if (nid < 0)
1288                 nid = first_online_node;
1289         spin_unlock(&early_pfn_lock);
1290
1291         return nid;
1292 }
1293 #endif
1294
1295 #ifdef CONFIG_NODES_SPAN_OTHER_NODES
1296 static inline bool __meminit __maybe_unused
1297 meminit_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node,
1298                    struct mminit_pfnnid_cache *state)
1299 {
1300         int nid;
1301
1302         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, state);
1303         if (nid >= 0 && nid != node)
1304                 return false;
1305         return true;
1306 }
1307
1308 /* Only safe to use early in boot when initialisation is single-threaded */
1309 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1310 {
1311         return meminit_pfn_in_nid(pfn, node, &early_pfnnid_cache);
1312 }
1313
1314 #else
1315
1316 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1317 {
1318         return true;
1319 }
1320 static inline bool __meminit  __maybe_unused
1321 meminit_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node,
1322                    struct mminit_pfnnid_cache *state)
1323 {
1324         return true;
1325 }
1326 #endif
1327
1328
1329 void __init __free_pages_bootmem(struct page *page, unsigned long pfn,
1330                                                         unsigned int order)
1331 {
1332         if (early_page_uninitialised(pfn))
1333                 return;
1334         return __free_pages_boot_core(page, order);
1335 }
1336
1337 /*
1338  * Check that the whole (or subset of) a pageblock given by the interval of
1339  * [start_pfn, end_pfn) is valid and within the same zone, before scanning it
1340  * with the migration of free compaction scanner. The scanners then need to
1341  * use only pfn_valid_within() check for arches that allow holes within
1342  * pageblocks.
1343  *
1344  * Return struct page pointer of start_pfn, or NULL if checks were not passed.
1345  *
1346  * It's possible on some configurations to have a setup like node0 node1 node0
1347  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of pages do not
1348  * belong to a single zone. We assume that a border between node0 and node1
1349  * can occur within a single pageblock, but not a node0 node1 node0
1350  * interleaving within a single pageblock. It is therefore sufficient to check
1351  * the first and last page of a pageblock and avoid checking each individual
1352  * page in a pageblock.
1353  */
1354 struct page *__pageblock_pfn_to_page(unsigned long start_pfn,
1355                                      unsigned long end_pfn, struct zone *zone)
1356 {
1357         struct page *start_page;
1358         struct page *end_page;
1359
1360         /* end_pfn is one past the range we are checking */
1361         end_pfn--;
1362
1363         if (!pfn_valid(start_pfn) || !pfn_valid(end_pfn))
1364                 return NULL;
1365
1366         start_page = pfn_to_online_page(start_pfn);
1367         if (!start_page)
1368                 return NULL;
1369
1370         if (page_zone(start_page) != zone)
1371                 return NULL;
1372
1373         end_page = pfn_to_page(end_pfn);
1374
1375         /* This gives a shorter code than deriving page_zone(end_page) */
1376         if (page_zone_id(start_page) != page_zone_id(end_page))
1377                 return NULL;
1378
1379         return start_page;
1380 }
1381
1382 void set_zone_contiguous(struct zone *zone)
1383 {
1384         unsigned long block_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
1385         unsigned long block_end_pfn;
1386
1387         block_end_pfn = ALIGN(block_start_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
1388         for (; block_start_pfn < zone_end_pfn(zone);
1389                         block_start_pfn = block_end_pfn,
1390                          block_end_pfn += pageblock_nr_pages) {
1391
1392                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, zone_end_pfn(zone));
1393
1394                 if (!__pageblock_pfn_to_page(block_start_pfn,
1395                                              block_end_pfn, zone))
1396                         return;
1397         }
1398
1399         /* We confirm that there is no hole */
1400         zone->contiguous = true;
1401 }
1402
1403 void clear_zone_contiguous(struct zone *zone)
1404 {
1405         zone->contiguous = false;
1406 }
1407
1408 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1409 static void __init deferred_free_range(unsigned long pfn,
1410                                        unsigned long nr_pages)
1411 {
1412         struct page *page;
1413         unsigned long i;
1414
1415         if (!nr_pages)
1416                 return;
1417
1418         page = pfn_to_page(pfn);
1419
1420         /* Free a large naturally-aligned chunk if possible */
1421         if (nr_pages == pageblock_nr_pages &&
1422             (pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0) {
1423                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1424                 __free_pages_boot_core(page, pageblock_order);
1425                 return;
1426         }
1427
1428         for (i = 0; i < nr_pages; i++, page++, pfn++) {
1429                 if ((pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0)
1430                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1431                 __free_pages_boot_core(page, 0);
1432         }
1433 }
1434
1435 /* Completion tracking for deferred_init_memmap() threads */
1436 static atomic_t pgdat_init_n_undone __initdata;
1437 static __initdata DECLARE_COMPLETION(pgdat_init_all_done_comp);
1438
1439 static inline void __init pgdat_init_report_one_done(void)
1440 {
1441         if (atomic_dec_and_test(&pgdat_init_n_undone))
1442                 complete(&pgdat_init_all_done_comp);
1443 }
1444
1445 /*
1446  * Returns true if page needs to be initialized or freed to buddy allocator.
1447  *
1448  * First we check if pfn is valid on architectures where it is possible to have
1449  * holes within pageblock_nr_pages. On systems where it is not possible, this
1450  * function is optimized out.
1451  *
1452  * Then, we check if a current large page is valid by only checking the validity
1453  * of the head pfn.
1454  *
1455  * Finally, meminit_pfn_in_nid is checked on systems where pfns can interleave
1456  * within a node: a pfn is between start and end of a node, but does not belong
1457  * to this memory node.
1458  */
1459 static inline bool __init
1460 deferred_pfn_valid(int nid, unsigned long pfn,
1461                    struct mminit_pfnnid_cache *nid_init_state)
1462 {
1463         if (!pfn_valid_within(pfn))
1464                 return false;
1465         if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) && !pfn_valid(pfn))
1466                 return false;
1467         if (!meminit_pfn_in_nid(pfn, nid, nid_init_state))
1468                 return false;
1469         return true;
1470 }
1471
1472 /*
1473  * Free pages to buddy allocator. Try to free aligned pages in
1474  * pageblock_nr_pages sizes.
1475  */
1476 static void __init deferred_free_pages(int nid, int zid, unsigned long pfn,
1477                                        unsigned long end_pfn)
1478 {
1479         struct mminit_pfnnid_cache nid_init_state = { };
1480         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1481         unsigned long nr_free = 0;
1482
1483         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1484                 if (!deferred_pfn_valid(nid, pfn, &nid_init_state)) {
1485                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1486                         nr_free = 0;
1487                 } else if (!(pfn & nr_pgmask)) {
1488                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1489                         nr_free = 1;
1490                         touch_nmi_watchdog();
1491                 } else {
1492                         nr_free++;
1493                 }
1494         }
1495         /* Free the last block of pages to allocator */
1496         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1497 }
1498
1499 /*
1500  * Initialize struct pages.  We minimize pfn page lookups and scheduler checks
1501  * by performing it only once every pageblock_nr_pages.
1502  * Return number of pages initialized.
1503  */
1504 static unsigned long  __init deferred_init_pages(int nid, int zid,
1505                                                  unsigned long pfn,
1506                                                  unsigned long end_pfn)
1507 {
1508         struct mminit_pfnnid_cache nid_init_state = { };
1509         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1510         unsigned long nr_pages = 0;
1511         struct page *page = NULL;
1512
1513         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1514                 if (!deferred_pfn_valid(nid, pfn, &nid_init_state)) {
1515                         page = NULL;
1516                         continue;
1517                 } else if (!page || !(pfn & nr_pgmask)) {
1518                         page = pfn_to_page(pfn);
1519                         touch_nmi_watchdog();
1520                 } else {
1521                         page++;
1522                 }
1523                 __init_single_page(page, pfn, zid, nid);
1524                 nr_pages++;
1525         }
1526         return (nr_pages);
1527 }
1528
1529 /* Initialise remaining memory on a node */
1530 static int __init deferred_init_memmap(void *data)
1531 {
1532         pg_data_t *pgdat = data;
1533         int nid = pgdat->node_id;
1534         unsigned long start = jiffies;
1535         unsigned long nr_pages = 0;
1536         unsigned long spfn, epfn, first_init_pfn, flags;
1537         phys_addr_t spa, epa;
1538         int zid;
1539         struct zone *zone;
1540         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
1541         u64 i;
1542
1543         /* Bind memory initialisation thread to a local node if possible */
1544         if (!cpumask_empty(cpumask))
1545                 set_cpus_allowed_ptr(current, cpumask);
1546
1547         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
1548         first_init_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1549         if (first_init_pfn == ULONG_MAX) {
1550                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1551                 pgdat_init_report_one_done();
1552                 return 0;
1553         }
1554
1555         /* Sanity check boundaries */
1556         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn < pgdat->node_start_pfn);
1557         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn > pgdat_end_pfn(pgdat));
1558         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
1559
1560         /* Only the highest zone is deferred so find it */
1561         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1562                 zone = pgdat->node_zones + zid;
1563                 if (first_init_pfn < zone_end_pfn(zone))
1564                         break;
1565         }
1566         first_init_pfn = max(zone->zone_start_pfn, first_init_pfn);
1567
1568         /*
1569          * Initialize and free pages. We do it in two loops: first we initialize
1570          * struct page, than free to buddy allocator, because while we are
1571          * freeing pages we can access pages that are ahead (computing buddy
1572          * page in __free_one_page()).
1573          */
1574         for_each_free_mem_range(i, nid, MEMBLOCK_NONE, &spa, &epa, NULL) {
1575                 spfn = max_t(unsigned long, first_init_pfn, PFN_UP(spa));
1576                 epfn = min_t(unsigned long, zone_end_pfn(zone), PFN_DOWN(epa));
1577                 nr_pages += deferred_init_pages(nid, zid, spfn, epfn);
1578         }
1579         for_each_free_mem_range(i, nid, MEMBLOCK_NONE, &spa, &epa, NULL) {
1580                 spfn = max_t(unsigned long, first_init_pfn, PFN_UP(spa));
1581                 epfn = min_t(unsigned long, zone_end_pfn(zone), PFN_DOWN(epa));
1582                 deferred_free_pages(nid, zid, spfn, epfn);
1583         }
1584         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1585
1586         /* Sanity check that the next zone really is unpopulated */
1587         WARN_ON(++zid < MAX_NR_ZONES && populated_zone(++zone));
1588
1589         pr_info("node %d initialised, %lu pages in %ums\n", nid, nr_pages,
1590                                         jiffies_to_msecs(jiffies - start));
1591
1592         pgdat_init_report_one_done();
1593         return 0;
1594 }
1595
1596 /*
1597  * During boot we initialize deferred pages on-demand, as needed, but once
1598  * page_alloc_init_late() has finished, the deferred pages are all initialized,
1599  * and we can permanently disable that path.
1600  */
1601 static DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(deferred_pages);
1602
1603 /*
1604  * If this zone has deferred pages, try to grow it by initializing enough
1605  * deferred pages to satisfy the allocation specified by order, rounded up to
1606  * the nearest PAGES_PER_SECTION boundary.  So we're adding memory in increments
1607  * of SECTION_SIZE bytes by initializing struct pages in increments of
1608  * PAGES_PER_SECTION * sizeof(struct page) bytes.
1609  *
1610  * Return true when zone was grown, otherwise return false. We return true even
1611  * when we grow less than requested, to let the caller decide if there are
1612  * enough pages to satisfy the allocation.
1613  *
1614  * Note: We use noinline because this function is needed only during boot, and
1615  * it is called from a __ref function _deferred_grow_zone. This way we are
1616  * making sure that it is not inlined into permanent text section.
1617  */
1618 static noinline bool __init
1619 deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
1620 {
1621         int zid = zone_idx(zone);
1622         int nid = zone_to_nid(zone);
1623         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
1624         unsigned long nr_pages_needed = ALIGN(1 << order, PAGES_PER_SECTION);
1625         unsigned long nr_pages = 0;
1626         unsigned long first_init_pfn, spfn, epfn, t, flags;
1627         unsigned long first_deferred_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1628         phys_addr_t spa, epa;
1629         u64 i;
1630
1631         /* Only the last zone may have deferred pages */
1632         if (zone_end_pfn(zone) != pgdat_end_pfn(pgdat))
1633                 return false;
1634
1635         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
1636
1637         /*
1638          * If deferred pages have been initialized while we were waiting for
1639          * the lock, return true, as the zone was grown.  The caller will retry
1640          * this zone.  We won't return to this function since the caller also
1641          * has this static branch.
1642          */
1643         if (!static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
1644                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1645                 return true;
1646         }
1647
1648         /*
1649          * If someone grew this zone while we were waiting for spinlock, return
1650          * true, as there might be enough pages already.
1651          */
1652         if (first_deferred_pfn != pgdat->first_deferred_pfn) {
1653                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1654                 return true;
1655         }
1656
1657         first_init_pfn = max(zone->zone_start_pfn, first_deferred_pfn);
1658
1659         if (first_init_pfn >= pgdat_end_pfn(pgdat)) {
1660                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1661                 return false;
1662         }
1663
1664         for_each_free_mem_range(i, nid, MEMBLOCK_NONE, &spa, &epa, NULL) {
1665                 spfn = max_t(unsigned long, first_init_pfn, PFN_UP(spa));
1666                 epfn = min_t(unsigned long, zone_end_pfn(zone), PFN_DOWN(epa));
1667
1668                 while (spfn < epfn && nr_pages < nr_pages_needed) {
1669                         t = ALIGN(spfn + PAGES_PER_SECTION, PAGES_PER_SECTION);
1670                         first_deferred_pfn = min(t, epfn);
1671                         nr_pages += deferred_init_pages(nid, zid, spfn,
1672                                                         first_deferred_pfn);
1673                         spfn = first_deferred_pfn;
1674                 }
1675
1676                 if (nr_pages >= nr_pages_needed)
1677                         break;
1678         }
1679
1680         for_each_free_mem_range(i, nid, MEMBLOCK_NONE, &spa, &epa, NULL) {
1681                 spfn = max_t(unsigned long, first_init_pfn, PFN_UP(spa));
1682                 epfn = min_t(unsigned long, first_deferred_pfn, PFN_DOWN(epa));
1683                 deferred_free_pages(nid, zid, spfn, epfn);
1684
1685                 if (first_deferred_pfn == epfn)
1686                         break;
1687         }
1688         pgdat->first_deferred_pfn = first_deferred_pfn;
1689         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1690
1691         return nr_pages > 0;
1692 }
1693
1694 /*
1695  * deferred_grow_zone() is __init, but it is called from
1696  * get_page_from_freelist() during early boot until deferred_pages permanently
1697  * disables this call. This is why we have refdata wrapper to avoid warning,
1698  * and to ensure that the function body gets unloaded.
1699  */
1700 static bool __ref
1701 _deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
1702 {
1703         return deferred_grow_zone(zone, order);
1704 }
1705
1706 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1707
1708 void __init page_alloc_init_late(void)
1709 {
1710         struct zone *zone;
1711
1712 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1713         int nid;
1714
1715         /* There will be num_node_state(N_MEMORY) threads */
1716         atomic_set(&pgdat_init_n_undone, num_node_state(N_MEMORY));
1717         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
1718                 kthread_run(deferred_init_memmap, NODE_DATA(nid), "pgdatinit%d", nid);
1719         }
1720
1721         /* Block until all are initialised */
1722         wait_for_completion(&pgdat_init_all_done_comp);
1723
1724         /*
1725          * We initialized the rest of the deferred pages.  Permanently disable
1726          * on-demand struct page initialization.
1727          */
1728         static_branch_disable(&deferred_pages);
1729
1730         /* Reinit limits that are based on free pages after the kernel is up */
1731         files_maxfiles_init();
1732 #endif
1733 #ifdef CONFIG_ARCH_DISCARD_MEMBLOCK
1734         /* Discard memblock private memory */
1735         memblock_discard();
1736 #endif
1737
1738         for_each_populated_zone(zone)
1739                 set_zone_contiguous(zone);
1740 }
1741
1742 #ifdef CONFIG_CMA
1743 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
1744 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
1745 {
1746         unsigned i = pageblock_nr_pages;
1747         struct page *p = page;
1748
1749         do {
1750                 __ClearPageReserved(p);
1751                 set_page_count(p, 0);
1752         } while (++p, --i);
1753
1754         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
1755
1756         if (pageblock_order >= MAX_ORDER) {
1757                 i = pageblock_nr_pages;
1758                 p = page;
1759                 do {
1760                         set_page_refcounted(p);
1761                         __free_pages(p, MAX_ORDER - 1);
1762                         p += MAX_ORDER_NR_PAGES;
1763                 } while (i -= MAX_ORDER_NR_PAGES);
1764         } else {
1765                 set_page_refcounted(page);
1766                 __free_pages(page, pageblock_order);
1767         }
1768
1769         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
1770 }
1771 #endif
1772
1773 /*
1774  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
1775  * Please do not alter this order without good reasons and regression
1776  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
1777  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
1778  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
1779  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
1780  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
1781  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
1782  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
1783  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
1784  *
1785  * -- nyc
1786  */
1787 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
1788         int low, int high, struct free_area *area,
1789         int migratetype)
1790 {
1791         unsigned long size = 1 << high;
1792
1793         while (high > low) {
1794                 area--;
1795                 high--;
1796                 size >>= 1;
1797                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
1798
1799                 /*
1800                  * Mark as guard pages (or page), that will allow to
1801                  * merge back to allocator when buddy will be freed.
1802                  * Corresponding page table entries will not be touched,
1803                  * pages will stay not present in virtual address space
1804                  */
1805                 if (set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype))
1806                         continue;
1807
1808                 list_add(&page[size].lru, &area->free_list[migratetype]);
1809                 area->nr_free++;
1810                 set_page_order(&page[size], high);
1811         }
1812 }
1813
1814 static void check_new_page_bad(struct page *page)
1815 {
1816         const char *bad_reason = NULL;
1817         unsigned long bad_flags = 0;
1818
1819         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1820                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1821         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1822                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1823         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
1824                 bad_reason = "nonzero _count";
1825         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
1826                 bad_reason = "HWPoisoned (hardware-corrupted)";
1827                 bad_flags = __PG_HWPOISON;
1828                 /* Don't complain about hwpoisoned pages */
1829                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
1830                 return;
1831         }
1832         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)) {
1833                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag set";
1834                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1835         }
1836 #ifdef CONFIG_MEMCG
1837         if (unlikely(page->mem_cgroup))
1838                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
1839 #endif
1840         bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
1841 }
1842
1843 /*
1844  * This page is about to be returned from the page allocator
1845  */
1846 static inline int check_new_page(struct page *page)
1847 {
1848         if (likely(page_expected_state(page,
1849                                 PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP|__PG_HWPOISON)))
1850                 return 0;
1851
1852         check_new_page_bad(page);
1853         return 1;
1854 }
1855
1856 static inline bool free_pages_prezeroed(void)
1857 {
1858         return IS_ENABLED(CONFIG_PAGE_POISONING_ZERO) &&
1859                 page_poisoning_enabled();
1860 }
1861
1862 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1863 static bool check_pcp_refill(struct page *page)
1864 {
1865         return false;
1866 }
1867
1868 static bool check_new_pcp(struct page *page)
1869 {
1870         return check_new_page(page);
1871 }
1872 #else
1873 static bool check_pcp_refill(struct page *page)
1874 {
1875         return check_new_page(page);
1876 }
1877 static bool check_new_pcp(struct page *page)
1878 {
1879         return false;
1880 }
1881 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1882
1883 static bool check_new_pages(struct page *page, unsigned int order)
1884 {
1885         int i;
1886         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
1887                 struct page *p = page + i;
1888
1889                 if (unlikely(check_new_page(p)))
1890                         return true;
1891         }
1892
1893         return false;
1894 }
1895
1896 inline void post_alloc_hook(struct page *page, unsigned int order,
1897                                 gfp_t gfp_flags)
1898 {
1899         set_page_private(page, 0);
1900         set_page_refcounted(page);
1901
1902         arch_alloc_page(page, order);
1903         kernel_map_pages(page, 1 << order, 1);
1904         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 1);
1905         kasan_alloc_pages(page, order);
1906         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
1907 }
1908
1909 static void prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
1910                                                         unsigned int alloc_flags)
1911 {
1912         int i;
1913
1914         post_alloc_hook(page, order, gfp_flags);
1915
1916         if (!free_pages_prezeroed() && (gfp_flags & __GFP_ZERO))
1917                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
1918                         clear_highpage(page + i);
1919
1920         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
1921                 prep_compound_page(page, order);
1922
1923         /*
1924          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
1925          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
1926          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
1927          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
1928          */
1929         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
1930                 set_page_pfmemalloc(page);
1931         else
1932                 clear_page_pfmemalloc(page);
1933 }
1934
1935 /*
1936  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
1937  * the smallest available page from the freelists
1938  */
1939 static __always_inline
1940 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
1941                                                 int migratetype)
1942 {
1943         unsigned int current_order;
1944         struct free_area *area;
1945         struct page *page;
1946
1947         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
1948         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
1949                 area = &(zone->free_area[current_order]);
1950                 page = list_first_entry_or_null(&area->free_list[migratetype],
1951                                                         struct page, lru);
1952                 if (!page)
1953                         continue;
1954                 list_del(&page->lru);
1955                 rmv_page_order(page);
1956                 area->nr_free--;
1957                 expand(zone, page, order, current_order, area, migratetype);
1958                 set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
1959                 return page;
1960         }
1961
1962         return NULL;
1963 }
1964
1965
1966 /*
1967  * This array describes the order lists are fallen back to when
1968  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
1969  */
1970 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][4] = {
1971         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
1972         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
1973         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_TYPES },
1974 #ifdef CONFIG_CMA
1975         [MIGRATE_CMA]         = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
1976 #endif
1977 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
1978         [MIGRATE_ISOLATE]     = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
1979 #endif
1980 };
1981
1982 #ifdef CONFIG_CMA
1983 static __always_inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1984                                         unsigned int order)
1985 {
1986         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
1987 }
1988 #else
1989 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1990                                         unsigned int order) { return NULL; }
1991 #endif
1992
1993 /*
1994  * Move the free pages in a range to the free lists of the requested type.
1995  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
1996  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
1997  */
1998 static int move_freepages(struct zone *zone,
1999                           struct page *start_page, struct page *end_page,
2000                           int migratetype, int *num_movable)
2001 {
2002         struct page *page;
2003         unsigned int order;
2004         int pages_moved = 0;
2005
2006 #ifndef CONFIG_HOLES_IN_ZONE
2007         /*
2008          * page_zone is not safe to call in this context when
2009          * CONFIG_HOLES_IN_ZONE is set. This bug check is probably redundant
2010          * anyway as we check zone boundaries in move_freepages_block().
2011          * Remove at a later date when no bug reports exist related to
2012          * grouping pages by mobility
2013          */
2014         VM_BUG_ON(pfn_valid(page_to_pfn(start_page)) &&
2015                   pfn_valid(page_to_pfn(end_page)) &&
2016                   page_zone(start_page) != page_zone(end_page));
2017 #endif
2018
2019         if (num_movable)
2020                 *num_movable = 0;
2021
2022         for (page = start_page; page <= end_page;) {
2023                 if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page))) {
2024                         page++;
2025                         continue;
2026                 }
2027
2028                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
2029                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
2030
2031                 if (!PageBuddy(page)) {
2032                         /*
2033                          * We assume that pages that could be isolated for
2034                          * migration are movable. But we don't actually try
2035                          * isolating, as that would be expensive.
2036                          */
2037                         if (num_movable &&
2038                                         (PageLRU(page) || __PageMovable(page)))
2039                                 (*num_movable)++;
2040
2041                         page++;
2042                         continue;
2043                 }
2044
2045                 order = page_order(page);
2046                 list_move(&page->lru,
2047                           &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
2048                 page += 1 << order;
2049                 pages_moved += 1 << order;
2050         }
2051
2052         return pages_moved;
2053 }
2054
2055 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
2056                                 int migratetype, int *num_movable)
2057 {
2058         unsigned long start_pfn, end_pfn;
2059         struct page *start_page, *end_page;
2060
2061         start_pfn = page_to_pfn(page);
2062         start_pfn = start_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
2063         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
2064         end_page = start_page + pageblock_nr_pages - 1;
2065         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
2066
2067         /* Do not cross zone boundaries */
2068         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
2069                 start_page = page;
2070         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
2071                 return 0;
2072
2073         return move_freepages(zone, start_page, end_page, migratetype,
2074                                                                 num_movable);
2075 }
2076
2077 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
2078                                         int start_order, int migratetype)
2079 {
2080         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
2081
2082         while (nr_pageblocks--) {
2083                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
2084                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
2085         }
2086 }
2087
2088 /*
2089  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
2090  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
2091  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
2092  *
2093  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
2094  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
2095  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
2096  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
2097  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
2098  * pageblocks.
2099  */
2100 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
2101 {
2102         /*
2103          * Leaving this order check is intended, although there is
2104          * relaxed order check in next check. The reason is that
2105          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
2106          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
2107          * so could be changed anytime.
2108          */
2109         if (order >= pageblock_order)
2110                 return true;
2111
2112         if (order >= pageblock_order / 2 ||
2113                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
2114                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
2115                 page_group_by_mobility_disabled)
2116                 return true;
2117
2118         return false;
2119 }
2120
2121 /*
2122  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
2123  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
2124  * pageblock to our migratetype and determine how many already-allocated pages
2125  * are there in the pageblock with a compatible migratetype. If at least half
2126  * of pages are free or compatible, we can change migratetype of the pageblock
2127  * itself, so pages freed in the future will be put on the correct free list.
2128  */
2129 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
2130                                         int start_type, bool whole_block)
2131 {
2132         unsigned int current_order = page_order(page);
2133         struct free_area *area;
2134         int free_pages, movable_pages, alike_pages;
2135         int old_block_type;
2136
2137         old_block_type = get_pageblock_migratetype(page);
2138
2139         /*
2140          * This can happen due to races and we want to prevent broken
2141          * highatomic accounting.
2142          */
2143         if (is_migrate_highatomic(old_block_type))
2144                 goto single_page;
2145
2146         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
2147         if (current_order >= pageblock_order) {
2148                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
2149                 goto single_page;
2150         }
2151
2152         /* We are not allowed to try stealing from the whole block */
2153         if (!whole_block)
2154                 goto single_page;
2155
2156         free_pages = move_freepages_block(zone, page, start_type,
2157                                                 &movable_pages);
2158         /*
2159          * Determine how many pages are compatible with our allocation.
2160          * For movable allocation, it's the number of movable pages which
2161          * we just obtained. For other types it's a bit more tricky.
2162          */
2163         if (start_type == MIGRATE_MOVABLE) {
2164                 alike_pages = movable_pages;
2165         } else {
2166                 /*
2167                  * If we are falling back a RECLAIMABLE or UNMOVABLE allocation
2168                  * to MOVABLE pageblock, consider all non-movable pages as
2169                  * compatible. If it's UNMOVABLE falling back to RECLAIMABLE or
2170                  * vice versa, be conservative since we can't distinguish the
2171                  * exact migratetype of non-movable pages.
2172                  */
2173                 if (old_block_type == MIGRATE_MOVABLE)
2174                         alike_pages = pageblock_nr_pages
2175                                                 - (free_pages + movable_pages);
2176                 else
2177                         alike_pages = 0;
2178         }
2179
2180         /* moving whole block can fail due to zone boundary conditions */
2181         if (!free_pages)
2182                 goto single_page;
2183
2184         /*
2185          * If a sufficient number of pages in the block are either free or of
2186          * comparable migratability as our allocation, claim the whole block.
2187          */
2188         if (free_pages + alike_pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
2189                         page_group_by_mobility_disabled)
2190                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
2191
2192         return;
2193
2194 single_page:
2195         area = &zone->free_area[current_order];
2196         list_move(&page->lru, &area->free_list[start_type]);
2197 }
2198
2199 /*
2200  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
2201  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
2202  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
2203  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
2204  */
2205 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
2206                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
2207 {
2208         int i;
2209         int fallback_mt;
2210
2211         if (area->nr_free == 0)
2212                 return -1;
2213
2214         *can_steal = false;
2215         for (i = 0;; i++) {
2216                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
2217                 if (fallback_mt == MIGRATE_TYPES)
2218                         break;
2219
2220                 if (list_empty(&area->free_list[fallback_mt]))
2221                         continue;
2222
2223                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
2224                         *can_steal = true;
2225
2226                 if (!only_stealable)
2227                         return fallback_mt;
2228
2229                 if (*can_steal)
2230                         return fallback_mt;
2231         }
2232
2233         return -1;
2234 }
2235
2236 /*
2237  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
2238  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
2239  */
2240 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone,
2241                                 unsigned int alloc_order)
2242 {
2243         int mt;
2244         unsigned long max_managed, flags;
2245
2246         /*
2247          * Limit the number reserved to 1 pageblock or roughly 1% of a zone.
2248          * Check is race-prone but harmless.
2249          */
2250         max_managed = (zone->managed_pages / 100) + pageblock_nr_pages;
2251         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2252                 return;
2253
2254         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2255
2256         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
2257         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2258                 goto out_unlock;
2259
2260         /* Yoink! */
2261         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2262         if (!is_migrate_highatomic(mt) && !is_migrate_isolate(mt)
2263             && !is_migrate_cma(mt)) {
2264                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
2265                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2266                 move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_HIGHATOMIC, NULL);
2267         }
2268
2269 out_unlock:
2270         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2271 }
2272
2273 /*
2274  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
2275  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
2276  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
2277  * to recover from than an OOM.
2278  *
2279  * If @force is true, try to unreserve a pageblock even though highatomic
2280  * pageblock is exhausted.
2281  */
2282 static bool unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac,
2283                                                 bool force)
2284 {
2285         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2286         unsigned long flags;
2287         struct zoneref *z;
2288         struct zone *zone;
2289         struct page *page;
2290         int order;
2291         bool ret;
2292
2293         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->high_zoneidx,
2294                                                                 ac->nodemask) {
2295                 /*
2296                  * Preserve at least one pageblock unless memory pressure
2297                  * is really high.
2298                  */
2299                 if (!force && zone->nr_reserved_highatomic <=
2300                                         pageblock_nr_pages)
2301                         continue;
2302
2303                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2304                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
2305                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
2306
2307                         page = list_first_entry_or_null(
2308                                         &area->free_list[MIGRATE_HIGHATOMIC],
2309                                         struct page, lru);
2310                         if (!page)
2311                                 continue;
2312
2313                         /*
2314                          * In page freeing path, migratetype change is racy so
2315                          * we can counter several free pages in a pageblock
2316                          * in this loop althoug we changed the pageblock type
2317                          * from highatomic to ac->migratetype. So we should
2318                          * adjust the count once.
2319                          */
2320                         if (is_migrate_highatomic_page(page)) {
2321                                 /*
2322                                  * It should never happen but changes to
2323                                  * locking could inadvertently allow a per-cpu
2324                                  * drain to add pages to MIGRATE_HIGHATOMIC
2325                                  * while unreserving so be safe and watch for
2326                                  * underflows.
2327                                  */
2328                                 zone->nr_reserved_highatomic -= min(
2329                                                 pageblock_nr_pages,
2330                                                 zone->nr_reserved_highatomic);
2331                         }
2332
2333                         /*
2334                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
2335                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
2336                          * is doing the work and needs the pages. More
2337                          * importantly, if the block was always converted to
2338                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
2339                          * of pageblocks that cannot be completely freed
2340                          * may increase.
2341                          */
2342                         set_pageblock_migratetype(page, ac->migratetype);
2343                         ret = move_freepages_block(zone, page, ac->migratetype,
2344                                                                         NULL);
2345                         if (ret) {
2346                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2347                                 return ret;
2348                         }
2349                 }
2350                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2351         }
2352
2353         return false;
2354 }
2355
2356 /*
2357  * Try finding a free buddy page on the fallback list and put it on the free
2358  * list of requested migratetype, possibly along with other pages from the same
2359  * block, depending on fragmentation avoidance heuristics. Returns true if
2360  * fallback was found so that __rmqueue_smallest() can grab it.
2361  *
2362  * The use of signed ints for order and current_order is a deliberate
2363  * deviation from the rest of this file, to make the for loop
2364  * condition simpler.
2365  */
2366 static __always_inline bool
2367 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, int order, int start_migratetype)
2368 {
2369         struct free_area *area;
2370         int current_order;
2371         struct page *page;
2372         int fallback_mt;
2373         bool can_steal;
2374
2375         /*
2376          * Find the largest available free page in the other list. This roughly
2377          * approximates finding the pageblock with the most free pages, which
2378          * would be too costly to do exactly.
2379          */
2380         for (current_order = MAX_ORDER - 1; current_order >= order;
2381                                 --current_order) {
2382                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2383                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2384                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2385                 if (fallback_mt == -1)
2386                         continue;
2387
2388                 /*
2389                  * We cannot steal all free pages from the pageblock and the
2390                  * requested migratetype is movable. In that case it's better to
2391                  * steal and split the smallest available page instead of the
2392                  * largest available page, because even if the next movable
2393                  * allocation falls back into a different pageblock than this
2394                  * one, it won't cause permanent fragmentation.
2395                  */
2396                 if (!can_steal && start_migratetype == MIGRATE_MOVABLE
2397                                         && current_order > order)
2398                         goto find_smallest;
2399
2400                 goto do_steal;
2401         }
2402
2403         return false;
2404
2405 find_smallest:
2406         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER;
2407                                                         current_order++) {
2408                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2409                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2410                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2411                 if (fallback_mt != -1)
2412                         break;
2413         }
2414
2415         /*
2416          * This should not happen - we already found a suitable fallback
2417          * when looking for the largest page.
2418          */
2419         VM_BUG_ON(current_order == MAX_ORDER);
2420
2421 do_steal:
2422         page = list_first_entry(&area->free_list[fallback_mt],
2423                                                         struct page, lru);
2424
2425         steal_suitable_fallback(zone, page, start_migratetype, can_steal);
2426
2427         trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
2428                 start_migratetype, fallback_mt);
2429
2430         return true;
2431
2432 }
2433
2434 /*
2435  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
2436  * Call me with the zone->lock already held.
2437  */
2438 static __always_inline struct page *
2439 __rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order, int migratetype)
2440 {
2441         struct page *page;
2442
2443 retry:
2444         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
2445         if (unlikely(!page)) {
2446                 if (migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
2447                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2448
2449                 if (!page && __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype))
2450                         goto retry;
2451         }
2452
2453         trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
2454         return page;
2455 }
2456
2457 /*
2458  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
2459  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
2460  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
2461  */
2462 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
2463                         unsigned long count, struct list_head *list,
2464                         int migratetype)
2465 {
2466         int i, alloced = 0;
2467
2468         spin_lock(&zone->lock);
2469         for (i = 0; i < count; ++i) {
2470                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
2471                 if (unlikely(page == NULL))
2472                         break;
2473
2474                 if (unlikely(check_pcp_refill(page)))
2475                         continue;
2476
2477                 /*
2478                  * Split buddy pages returned by expand() are received here in
2479                  * physical page order. The page is added to the tail of
2480                  * caller's list. From the callers perspective, the linked list
2481                  * is ordered by page number under some conditions. This is
2482                  * useful for IO devices that can forward direction from the
2483                  * head, thus also in the physical page order. This is useful
2484                  * for IO devices that can merge IO requests if the physical
2485                  * pages are ordered properly.
2486                  */
2487                 list_add_tail(&page->lru, list);
2488                 alloced++;
2489                 if (is_migrate_cma(get_pcppage_migratetype(page)))
2490                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
2491                                               -(1 << order));
2492         }
2493
2494         /*
2495          * i pages were removed from the buddy list even if some leak due
2496          * to check_pcp_refill failing so adjust NR_FREE_PAGES based
2497          * on i. Do not confuse with 'alloced' which is the number of
2498          * pages added to the pcp list.
2499          */
2500         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
2501         spin_unlock(&zone->lock);
2502         return alloced;
2503 }
2504
2505 #ifdef CONFIG_NUMA
2506 /*
2507  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
2508  * currently executing processor on remote nodes after they have
2509  * expired.
2510  *
2511  * Note that this function must be called with the thread pinned to
2512  * a single processor.
2513  */
2514 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
2515 {
2516         unsigned long flags;
2517         int to_drain, batch;
2518
2519         local_irq_save(flags);
2520         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2521         to_drain = min(pcp->count, batch);
2522         if (to_drain > 0)
2523                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp);
2524         local_irq_restore(flags);
2525 }
2526 #endif
2527
2528 /*
2529  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
2530  *
2531  * The processor must either be the current processor and the
2532  * thread pinned to the current processor or a processor that
2533  * is not online.
2534  */
2535 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
2536 {
2537         unsigned long flags;
2538         struct per_cpu_pageset *pset;
2539         struct per_cpu_pages *pcp;
2540
2541         local_irq_save(flags);
2542         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2543
2544         pcp = &pset->pcp;
2545         if (pcp->count)
2546                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp);
2547         local_irq_restore(flags);
2548 }
2549
2550 /*
2551  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
2552  *
2553  * The processor must either be the current processor and the
2554  * thread pinned to the current processor or a processor that
2555  * is not online.
2556  */
2557 static void drain_pages(unsigned int cpu)
2558 {
2559         struct zone *zone;
2560
2561         for_each_populated_zone(zone) {
2562                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2563         }
2564 }
2565
2566 /*
2567  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
2568  *
2569  * The CPU has to be pinned. When zone parameter is non-NULL, spill just
2570  * the single zone's pages.
2571  */
2572 void drain_local_pages(struct zone *zone)
2573 {
2574         int cpu = smp_processor_id();
2575
2576         if (zone)
2577                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2578         else
2579                 drain_pages(cpu);
2580 }
2581
2582 static void drain_local_pages_wq(struct work_struct *work)
2583 {
2584         /*
2585          * drain_all_pages doesn't use proper cpu hotplug protection so
2586          * we can race with cpu offline when the WQ can move this from
2587          * a cpu pinned worker to an unbound one. We can operate on a different
2588          * cpu which is allright but we also have to make sure to not move to
2589          * a different one.
2590          */
2591         preempt_disable();
2592         drain_local_pages(NULL);
2593         preempt_enable();
2594 }
2595
2596 /*
2597  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
2598  *
2599  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
2600  *
2601  * Note that this can be extremely slow as the draining happens in a workqueue.
2602  */
2603 void drain_all_pages(struct zone *zone)
2604 {
2605         int cpu;
2606
2607         /*
2608          * Allocate in the BSS so we wont require allocation in
2609          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
2610          */
2611         static cpumask_t cpus_with_pcps;
2612
2613         /*
2614          * Make sure nobody triggers this path before mm_percpu_wq is fully
2615          * initialized.
2616          */
2617         if (WARN_ON_ONCE(!mm_percpu_wq))
2618                 return;
2619
2620         /*
2621          * Do not drain if one is already in progress unless it's specific to
2622          * a zone. Such callers are primarily CMA and memory hotplug and need
2623          * the drain to be complete when the call returns.
2624          */
2625         if (unlikely(!mutex_trylock(&pcpu_drain_mutex))) {
2626                 if (!zone)
2627                         return;
2628                 mutex_lock(&pcpu_drain_mutex);
2629         }
2630
2631         /*
2632          * We don't care about racing with CPU hotplug event
2633          * as offline notification will cause the notified
2634          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
2635          * disables preemption as part of its processing
2636          */
2637         for_each_online_cpu(cpu) {
2638                 struct per_cpu_pageset *pcp;
2639                 struct zone *z;
2640                 bool has_pcps = false;
2641
2642                 if (zone) {
2643                         pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2644                         if (pcp->pcp.count)
2645                                 has_pcps = true;
2646                 } else {
2647                         for_each_populated_zone(z) {
2648                                 pcp = per_cpu_ptr(z->pageset, cpu);
2649                                 if (pcp->pcp.count) {
2650                                         has_pcps = true;
2651                                         break;
2652                                 }
2653                         }
2654                 }
2655
2656                 if (has_pcps)
2657                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2658                 else
2659                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2660         }
2661
2662         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps) {
2663                 struct work_struct *work = per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu);
2664                 INIT_WORK(work, drain_local_pages_wq);
2665                 queue_work_on(cpu, mm_percpu_wq, work);
2666         }
2667         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps)
2668                 flush_work(per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu));
2669
2670         mutex_unlock(&pcpu_drain_mutex);
2671 }
2672
2673 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
2674
2675 /*
2676  * Touch the watchdog for every WD_PAGE_COUNT pages.
2677  */
2678 #define WD_PAGE_COUNT   (128*1024)
2679
2680 void mark_free_pages(struct zone *zone)
2681 {
2682         unsigned long pfn, max_zone_pfn, page_count = WD_PAGE_COUNT;
2683         unsigned long flags;
2684         unsigned int order, t;
2685         struct page *page;
2686
2687         if (zone_is_empty(zone))
2688                 return;
2689
2690         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2691
2692         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
2693         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
2694                 if (pfn_valid(pfn)) {
2695                         page = pfn_to_page(pfn);
2696
2697                         if (!--page_count) {
2698                                 touch_nmi_watchdog();
2699                                 page_count = WD_PAGE_COUNT;
2700                         }
2701
2702                         if (page_zone(page) != zone)
2703                                 continue;
2704
2705                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
2706                                 swsusp_unset_page_free(page);
2707                 }
2708
2709         for_each_migratetype_order(order, t) {
2710                 list_for_each_entry(page,
2711                                 &zone->free_area[order].free_list[t], lru) {
2712                         unsigned long i;
2713
2714                         pfn = page_to_pfn(page);
2715                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++) {
2716                                 if (!--page_count) {
2717                                         touch_nmi_watchdog();
2718                                         page_count = WD_PAGE_COUNT;
2719                                 }
2720                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
2721                         }
2722                 }
2723         }
2724         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2725 }
2726 #endif /* CONFIG_PM */
2727
2728 static bool free_unref_page_prepare(struct page *page, unsigned long pfn)
2729 {
2730         int migratetype;
2731
2732         if (!free_pcp_prepare(page))
2733                 return false;
2734
2735         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
2736         set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2737         return true;
2738 }
2739
2740 static void free_unref_page_commit(struct page *page, unsigned long pfn)
2741 {
2742         struct zone *zone = page_zone(page);
2743         struct per_cpu_pages *pcp;
2744         int migratetype;
2745
2746         migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
2747         __count_vm_event(PGFREE);
2748
2749         /*
2750          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
2751          * Free ISOLATE pages back to the allocator because they are being
2752          * offlined but treat HIGHATOMIC as movable pages so we can get those
2753          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
2754          * excessively into the page allocator
2755          */
2756         if (migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES) {
2757                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
2758                         free_one_page(zone, page, pfn, 0, migratetype);
2759                         return;
2760                 }
2761                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
2762         }
2763
2764         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
2765         list_add(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
2766         pcp->count++;
2767         if (pcp->count >= pcp->high) {
2768                 unsigned long batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2769                 free_pcppages_bulk(zone, batch, pcp);
2770         }
2771 }
2772
2773 /*
2774  * Free a 0-order page
2775  */
2776 void free_unref_page(struct page *page)
2777 {
2778         unsigned long flags;
2779         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
2780
2781         if (!free_unref_page_prepare(page, pfn))
2782                 return;
2783
2784         local_irq_save(flags);
2785         free_unref_page_commit(page, pfn);
2786         local_irq_restore(flags);
2787 }
2788
2789 /*
2790  * Free a list of 0-order pages
2791  */
2792 void free_unref_page_list(struct list_head *list)
2793 {
2794         struct page *page, *next;
2795         unsigned long flags, pfn;
2796         int batch_count = 0;
2797
2798         /* Prepare pages for freeing */
2799         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
2800                 pfn = page_to_pfn(page);
2801                 if (!free_unref_page_prepare(page, pfn))
2802                         list_del(&page->lru);
2803                 set_page_private(page, pfn);
2804         }
2805
2806         local_irq_save(flags);
2807         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
2808                 unsigned long pfn = page_private(page);
2809
2810                 set_page_private(page, 0);
2811                 trace_mm_page_free_batched(page);
2812                 free_unref_page_commit(page, pfn);
2813
2814                 /*
2815                  * Guard against excessive IRQ disabled times when we get
2816                  * a large list of pages to free.
2817                  */
2818                 if (++batch_count == SWAP_CLUSTER_MAX) {
2819                         local_irq_restore(flags);
2820                         batch_count = 0;
2821                         local_irq_save(flags);
2822                 }
2823         }
2824         local_irq_restore(flags);
2825 }
2826
2827 /*
2828  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
2829  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
2830  * Each sub-page must be freed individually.
2831  *
2832  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
2833  * Please consult with lkml before using this in your driver.
2834  */
2835 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
2836 {
2837         int i;
2838
2839         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
2840         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
2841
2842         for (i = 1; i < (1 << order); i++)
2843                 set_page_refcounted(page + i);
2844         split_page_owner(page, order);
2845 }
2846 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
2847
2848 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
2849 {
2850         unsigned long watermark;
2851         struct zone *zone;
2852         int mt;
2853
2854         BUG_ON(!PageBuddy(page));
2855
2856         zone = page_zone(page);
2857         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2858
2859         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
2860                 /*
2861                  * Obey watermarks as if the page was being allocated. We can
2862                  * emulate a high-order watermark check with a raised order-0
2863                  * watermark, because we already know our high-order page
2864                  * exists.
2865                  */
2866                 watermark = min_wmark_pages(zone) + (1UL << order);
2867                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, ALLOC_CMA))
2868                         return 0;
2869
2870                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
2871         }
2872
2873         /* Remove page from free list */
2874         list_del(&page->lru);
2875         zone->free_area[order].nr_free--;
2876         rmv_page_order(page);
2877
2878         /*
2879          * Set the pageblock if the isolated page is at least half of a
2880          * pageblock
2881          */
2882         if (order >= pageblock_order - 1) {
2883                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
2884                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
2885                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
2886                         if (!is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt)
2887                             && !is_migrate_highatomic(mt))
2888                                 set_pageblock_migratetype(page,
2889                                                           MIGRATE_MOVABLE);
2890                 }
2891         }
2892
2893
2894         return 1UL << order;
2895 }
2896
2897 /*
2898  * Update NUMA hit/miss statistics
2899  *
2900  * Must be called with interrupts disabled.
2901  */
2902 static inline void zone_statistics(struct zone *preferred_zone, struct zone *z)
2903 {
2904 #ifdef CONFIG_NUMA
2905         enum numa_stat_item local_stat = NUMA_LOCAL;
2906
2907         /* skip numa counters update if numa stats is disabled */
2908         if (!static_branch_likely(&vm_numa_stat_key))
2909                 return;
2910
2911         if (zone_to_nid(z) != numa_node_id())
2912                 local_stat = NUMA_OTHER;
2913
2914         if (zone_to_nid(z) == zone_to_nid(preferred_zone))
2915                 __inc_numa_state(z, NUMA_HIT);
2916         else {
2917                 __inc_numa_state(z, NUMA_MISS);
2918                 __inc_numa_state(preferred_zone, NUMA_FOREIGN);
2919         }
2920         __inc_numa_state(z, local_stat);
2921 #endif
2922 }
2923
2924 /* Remove page from the per-cpu list, caller must protect the list */
2925 static struct page *__rmqueue_pcplist(struct zone *zone, int migratetype,
2926                         struct per_cpu_pages *pcp,
2927                         struct list_head *list)
2928 {
2929         struct page *page;
2930
2931         do {
2932                 if (list_empty(list)) {
2933                         pcp->count += rmqueue_bulk(zone, 0,
2934                                         pcp->batch, list,
2935                                         migratetype);
2936                         if (unlikely(list_empty(list)))
2937                                 return NULL;
2938                 }
2939
2940                 page = list_first_entry(list, struct page, lru);
2941                 list_del(&page->lru);
2942                 pcp->count--;
2943         } while (check_new_pcp(page));
2944
2945         return page;
2946 }
2947
2948 /* Lock and remove page from the per-cpu list */
2949 static struct page *rmqueue_pcplist(struct zone *preferred_zone,
2950                         struct zone *zone, unsigned int order,
2951                         gfp_t gfp_flags, int migratetype)
2952 {
2953         struct per_cpu_pages *pcp;
2954         struct list_head *list;
2955         struct page *page;
2956         unsigned long flags;
2957
2958         local_irq_save(flags);
2959         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
2960         list = &pcp->lists[migratetype];
2961         page = __rmqueue_pcplist(zone,  migratetype, pcp, list);
2962         if (page) {
2963                 __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
2964                 zone_statistics(preferred_zone, zone);
2965         }
2966         local_irq_restore(flags);
2967         return page;
2968 }
2969
2970 /*
2971  * Allocate a page from the given zone. Use pcplists for order-0 allocations.
2972  */
2973 static inline
2974 struct page *rmqueue(struct zone *preferred_zone,
2975                         struct zone *zone, unsigned int order,
2976                         gfp_t gfp_flags, unsigned int alloc_flags,
2977                         int migratetype)
2978 {
2979         unsigned long flags;
2980         struct page *page;
2981
2982         if (likely(order == 0)) {
2983                 page = rmqueue_pcplist(preferred_zone, zone, order,
2984                                 gfp_flags, migratetype);
2985                 goto out;
2986         }
2987
2988         /*
2989          * We most definitely don't want callers attempting to
2990          * allocate greater than order-1 page units with __GFP_NOFAIL.
2991          */
2992         WARN_ON_ONCE((gfp_flags & __GFP_NOFAIL) && (order > 1));
2993         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2994
2995         do {
2996                 page = NULL;
2997                 if (alloc_flags & ALLOC_HARDER) {
2998                         page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2999                         if (page)
3000                                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
3001                 }
3002                 if (!page)
3003                         page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
3004         } while (page && check_new_pages(page, order));
3005         spin_unlock(&zone->lock);
3006         if (!page)
3007                 goto failed;
3008         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
3009                                   get_pcppage_migratetype(page));
3010
3011         __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
3012         zone_statistics(preferred_zone, zone);
3013         local_irq_restore(flags);
3014
3015 out:
3016         VM_BUG_ON_PAGE(page && bad_range(zone, page), page);
3017         return page;
3018
3019 failed:
3020         local_irq_restore(flags);
3021         return NULL;
3022 }
3023
3024 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
3025
3026 static struct {
3027         struct fault_attr attr;
3028
3029         bool ignore_gfp_highmem;
3030         bool ignore_gfp_reclaim;
3031         u32 min_order;
3032 } fail_page_alloc = {
3033         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
3034         .ignore_gfp_reclaim = true,
3035         .ignore_gfp_highmem = true,
3036         .min_order = 1,
3037 };
3038
3039 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
3040 {
3041         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
3042 }
3043 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
3044
3045 static bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3046 {
3047         if (order < fail_page_alloc.min_order)
3048                 return false;
3049         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3050                 return false;
3051         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
3052                 return false;
3053         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim &&
3054                         (gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3055                 return false;
3056
3057         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
3058 }
3059
3060 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
3061
3062 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
3063 {
3064         umode_t mode = S_IFREG | 0600;
3065         struct dentry *dir;
3066
3067         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
3068                                         &fail_page_alloc.attr);
3069         if (IS_ERR(dir))
3070                 return PTR_ERR(dir);
3071
3072         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
3073                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim))
3074                 goto fail;
3075         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
3076                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem))
3077                 goto fail;
3078         if (!debugfs_create_u32("min-order", mode, dir,
3079                                 &fail_page_alloc.min_order))
3080                 goto fail;
3081
3082         return 0;
3083 fail:
3084         debugfs_remove_recursive(dir);
3085
3086         return -ENOMEM;
3087 }
3088
3089 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
3090
3091 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
3092
3093 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3094
3095 static inline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3096 {
3097         return false;
3098 }
3099
3100 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3101
3102 /*
3103  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
3104  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
3105  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
3106  * to check in the allocation paths if no pages are free.
3107  */
3108 bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3109                          int classzone_idx, unsigned int alloc_flags,
3110                          long free_pages)
3111 {
3112         long min = mark;
3113         int o;
3114         const bool alloc_harder = (alloc_flags & (ALLOC_HARDER|ALLOC_OOM));
3115
3116         /* free_pages may go negative - that's OK */
3117         free_pages -= (1 << order) - 1;
3118
3119         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
3120                 min -= min / 2;
3121
3122         /*
3123          * If the caller does not have rights to ALLOC_HARDER then subtract
3124          * the high-atomic reserves. This will over-estimate the size of the
3125          * atomic reserve but it avoids a search.
3126          */
3127         if (likely(!alloc_harder)) {
3128                 free_pages -= z->nr_reserved_highatomic;
3129         } else {
3130                 /*
3131                  * OOM victims can try even harder than normal ALLOC_HARDER
3132                  * users on the grounds that it's definitely going to be in
3133                  * the exit path shortly and free memory. Any allocation it
3134                  * makes during the free path will be small and short-lived.
3135                  */
3136                 if (alloc_flags & ALLOC_OOM)
3137                         min -= min / 2;
3138                 else
3139                         min -= min / 4;
3140         }
3141
3142
3143 #ifdef CONFIG_CMA
3144         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
3145         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
3146                 free_pages -= zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
3147 #endif
3148
3149         /*
3150          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
3151          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
3152          * even if a suitable page happened to be free.
3153          */
3154         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
3155                 return false;
3156
3157         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
3158         if (!order)
3159                 return true;
3160
3161         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
3162         for (o = order; o < MAX_ORDER; o++) {
3163                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
3164                 int mt;
3165
3166                 if (!area->nr_free)
3167                         continue;
3168
3169                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
3170                         if (!list_empty(&area->free_list[mt]))
3171                                 return true;
3172                 }
3173
3174 #ifdef CONFIG_CMA
3175                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
3176                     !list_empty(&area->free_list[MIGRATE_CMA])) {
3177                         return true;
3178                 }
3179 #endif
3180                 if (alloc_harder &&
3181                         !list_empty(&area->free_list[MIGRATE_HIGHATOMIC]))
3182                         return true;
3183         }
3184         return false;
3185 }
3186
3187 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3188                       int classzone_idx, unsigned int alloc_flags)
3189 {
3190         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
3191                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
3192 }
3193
3194 static inline bool zone_watermark_fast(struct zone *z, unsigned int order,
3195                 unsigned long mark, int classzone_idx, unsigned int alloc_flags)
3196 {
3197         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3198         long cma_pages = 0;
3199
3200 #ifdef CONFIG_CMA
3201         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
3202         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
3203                 cma_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
3204 #endif
3205
3206         /*
3207          * Fast check for order-0 only. If this fails then the reserves
3208          * need to be calculated. There is a corner case where the check
3209          * passes but only the high-order atomic reserve are free. If
3210          * the caller is !atomic then it'll uselessly search the free
3211          * list. That corner case is then slower but it is harmless.
3212          */
3213         if (!order && (free_pages - cma_pages) > mark + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
3214                 return true;
3215
3216         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
3217                                         free_pages);
3218 }
3219
3220 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
3221                         unsigned long mark, int classzone_idx)
3222 {
3223         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3224
3225         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
3226                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
3227
3228         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, 0,
3229                                                                 free_pages);
3230 }
3231
3232 #ifdef CONFIG_NUMA
3233 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3234 {
3235         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <=
3236                                 RECLAIM_DISTANCE;
3237 }
3238 #else   /* CONFIG_NUMA */
3239 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3240 {
3241         return true;
3242 }
3243 #endif  /* CONFIG_NUMA */
3244
3245 /*
3246  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
3247  * a page.
3248  */
3249 static struct page *
3250 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
3251                                                 const struct alloc_context *ac)
3252 {
3253         struct zoneref *z = ac->preferred_zoneref;
3254         struct zone *zone;
3255         struct pglist_data *last_pgdat_dirty_limit = NULL;
3256
3257         /*
3258          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
3259          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
3260          */
3261         for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
3262                                                                 ac->nodemask) {
3263                 struct page *page;
3264                 unsigned long mark;
3265
3266                 if (cpusets_enabled() &&
3267                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
3268                         !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
3269                                 continue;
3270                 /*
3271                  * When allocating a page cache page for writing, we
3272                  * want to get it from a node that is within its dirty
3273                  * limit, such that no single node holds more than its
3274                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
3275                  * The dirty limits take into account the node's
3276                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
3277                  * should be able to balance it without having to
3278                  * write pages from its LRU list.
3279                  *
3280                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
3281                  * exceed the per-node dirty limit in the slowpath
3282                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
3283                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
3284                  * nodes are together not big enough to reach the
3285                  * global limit.  The proper fix for these situations
3286                  * will require awareness of nodes in the
3287                  * dirty-throttling and the flusher threads.
3288                  */
3289                 if (ac->spread_dirty_pages) {
3290                         if (last_pgdat_dirty_limit == zone->zone_pgdat)
3291                                 continue;
3292
3293                         if (!node_dirty_ok(zone->zone_pgdat)) {
3294                                 last_pgdat_dirty_limit = zone->zone_pgdat;
3295                                 continue;
3296                         }
3297                 }
3298
3299                 mark = zone->watermark[alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK];
3300                 if (!zone_watermark_fast(zone, order, mark,
3301                                        ac_classzone_idx(ac), alloc_flags)) {
3302                         int ret;
3303
3304 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
3305                         /*
3306                          * Watermark failed for this zone, but see if we can
3307                          * grow this zone if it contains deferred pages.
3308                          */
3309                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
3310                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
3311                                         goto try_this_zone;
3312                         }
3313 #endif
3314                         /* Checked here to keep the fast path fast */
3315                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
3316                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
3317                                 goto try_this_zone;
3318
3319                         if (node_reclaim_mode == 0 ||
3320                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zoneref->zone, zone))
3321                                 continue;
3322
3323                         ret = node_reclaim(zone->zone_pgdat, gfp_mask, order);
3324                         switch (ret) {
3325                         case NODE_RECLAIM_NOSCAN:
3326                                 /* did not scan */
3327                                 continue;
3328                         case NODE_RECLAIM_FULL:
3329                                 /* scanned but unreclaimable */
3330                                 continue;
3331                         default:
3332                                 /* did we reclaim enough */
3333                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
3334                                                 ac_classzone_idx(ac), alloc_flags))
3335                                         goto try_this_zone;
3336
3337                                 continue;
3338                         }
3339                 }
3340
3341 try_this_zone:
3342                 page = rmqueue(ac->preferred_zoneref->zone, zone, order,
3343                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
3344                 if (page) {
3345                         prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
3346
3347                         /*
3348                          * If this is a high-order atomic allocation then check
3349                          * if the pageblock should be reserved for the future
3350                          */
3351                         if (unlikely(order && (alloc_flags & ALLOC_HARDER)))
3352                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone, order);
3353
3354                         return page;
3355                 } else {
3356 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
3357                         /* Try again if zone has deferred pages */
3358                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
3359                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
3360                                         goto try_this_zone;
3361                         }
3362 #endif
3363                 }
3364         }
3365
3366         return NULL;
3367 }
3368
3369 /*
3370  * Large machines with many possible nodes should not always dump per-node
3371  * meminfo in irq context.
3372  */
3373 static inline bool should_suppress_show_mem(void)
3374 {
3375         bool ret = false;
3376
3377 #if NODES_SHIFT > 8
3378         ret = in_interrupt();
3379 #endif
3380         return ret;
3381 }
3382
3383 static void warn_alloc_show_mem(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
3384 {
3385         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3386         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(show_mem_rs, HZ, 1);
3387
3388         if (should_suppress_show_mem() || !__ratelimit(&show_mem_rs))
3389                 return;
3390
3391         /*
3392          * This documents exceptions given to allocations in certain
3393          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
3394          * of allowed nodes.
3395          */
3396         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3397                 if (tsk_is_oom_victim(current) ||
3398                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
3399                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3400         if (in_interrupt() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3401                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3402
3403         show_mem(filter, nodemask);
3404 }
3405
3406 void warn_alloc(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask, const char *fmt, ...)
3407 {
3408         struct va_format vaf;
3409         va_list args;
3410         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs, DEFAULT_RATELIMIT_INTERVAL,
3411                                       DEFAULT_RATELIMIT_BURST);
3412
3413         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) || !__ratelimit(&nopage_rs))
3414                 return;
3415
3416         va_start(args, fmt);
3417         vaf.fmt = fmt;
3418         vaf.va = &args;
3419         pr_warn("%s: %pV, mode:%#x(%pGg), nodemask=%*pbl\n",
3420                         current->comm, &vaf, gfp_mask, &gfp_mask,
3421                         nodemask_pr_args(nodemask));
3422         va_end(args);
3423
3424         cpuset_print_current_mems_allowed();
3425
3426         dump_stack();
3427         warn_alloc_show_mem(gfp_mask, nodemask);
3428 }
3429
3430 static inline struct page *
3431 __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3432                               unsigned int alloc_flags,
3433                               const struct alloc_context *ac)
3434 {
3435         struct page *page;
3436
3437         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3438                         alloc_flags|ALLOC_CPUSET, ac);
3439         /*
3440          * fallback to ignore cpuset restriction if our nodes
3441          * are depleted
3442          */
3443         if (!page)
3444                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3445                                 alloc_flags, ac);
3446
3447         return page;
3448 }
3449
3450 static inline struct page *
3451 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3452         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
3453 {
3454         struct oom_control oc = {
3455                 .zonelist = ac->zonelist,
3456                 .nodemask = ac->nodemask,
3457                 .memcg = NULL,
3458                 .gfp_mask = gfp_mask,
3459                 .order = order,
3460         };
3461         struct page *page;
3462
3463         *did_some_progress = 0;
3464
3465         /*
3466          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
3467          * making progress for us.
3468          */
3469         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
3470                 *did_some_progress = 1;
3471                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
3472                 return NULL;
3473         }
3474
3475         /*
3476          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
3477          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
3478          * we're still under heavy pressure. But make sure that this reclaim
3479          * attempt shall not depend on __GFP_DIRECT_RECLAIM && !__GFP_NORETRY
3480          * allocation which will never fail due to oom_lock already held.
3481          */
3482         page = get_page_from_freelist((gfp_mask | __GFP_HARDWALL) &
3483                                       ~__GFP_DIRECT_RECLAIM, order,
3484                                       ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
3485         if (page)
3486                 goto out;
3487
3488         /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
3489         if (current->flags & PF_DUMPCORE)
3490                 goto out;
3491         /* The OOM killer will not help higher order allocs */
3492         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3493                 goto out;
3494         /*
3495          * We have already exhausted all our reclaim opportunities without any
3496          * success so it is time to admit defeat. We will skip the OOM killer
3497          * because it is very likely that the caller has a more reasonable
3498          * fallback than shooting a random task.
3499          */
3500         if (gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL)
3501                 goto out;
3502         /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
3503         if (ac->high_zoneidx < ZONE_NORMAL)
3504                 goto out;
3505         if (pm_suspended_storage())
3506                 goto out;
3507         /*
3508          * XXX: GFP_NOFS allocations should rather fail than rely on
3509          * other request to make a forward progress.
3510          * We are in an unfortunate situation where out_of_memory cannot
3511          * do much for this context but let's try it to at least get
3512          * access to memory reserved if the current task is killed (see
3513          * out_of_memory). Once filesystems are ready to handle allocation
3514          * failures more gracefully we should just bail out here.
3515          */
3516
3517         /* The OOM killer may not free memory on a specific node */
3518         if (gfp_mask & __GFP_THISNODE)
3519                 goto out;
3520
3521         /* Exhausted what can be done so it's blame time */
3522         if (out_of_memory(&oc) || WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
3523                 *did_some_progress = 1;
3524
3525                 /*
3526                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
3527                  * reserves
3528                  */
3529                 if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3530                         page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order,
3531                                         ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3532         }
3533 out:
3534         mutex_unlock(&oom_lock);
3535         return page;
3536 }
3537
3538 /*
3539  * Maximum number of compaction retries wit a progress before OOM
3540  * killer is consider as the only way to move forward.
3541  */
3542 #define MAX_COMPACT_RETRIES 16
3543
3544 #ifdef CONFIG_COMPACTION
3545 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
3546 static struct page *
3547 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3548                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3549                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
3550 {
3551         struct page *page;
3552         unsigned int noreclaim_flag;
3553
3554         if (!order)
3555                 return NULL;
3556
3557         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
3558         *compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3559                                                                         prio);
3560         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
3561
3562         if (*compact_result <= COMPACT_INACTIVE)
3563                 return NULL;
3564
3565         /*
3566          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
3567          * count a compaction stall
3568          */
3569         count_vm_event(COMPACTSTALL);
3570
3571         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3572
3573         if (page) {
3574                 struct zone *zone = page_zone(page);
3575
3576                 zone->compact_blockskip_flush = false;
3577                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
3578                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
3579                 return page;
3580         }
3581
3582         /*
3583          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
3584          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
3585          */
3586         count_vm_event(COMPACTFAIL);
3587
3588         cond_resched();
3589
3590         return NULL;
3591 }
3592
3593 static inline bool
3594 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, int order, int alloc_flags,
3595                      enum compact_result compact_result,
3596                      enum compact_priority *compact_priority,
3597                      int *compaction_retries)
3598 {
3599         int max_retries = MAX_COMPACT_RETRIES;
3600         int min_priority;
3601         bool ret = false;
3602         int retries = *compaction_retries;
3603         enum compact_priority priority = *compact_priority;
3604
3605         if (!order)
3606                 return false;
3607
3608         if (compaction_made_progress(compact_result))
3609                 (*compaction_retries)++;
3610
3611         /*
3612          * compaction considers all the zone as desperately out of memory
3613          * so it doesn't really make much sense to retry except when the
3614          * failure could be caused by insufficient priority
3615          */
3616         if (compaction_failed(compact_result))
3617                 goto check_priority;
3618
3619         /*
3620          * make sure the compaction wasn't deferred or didn't bail out early
3621          * due to locks contention before we declare that we should give up.
3622          * But do not retry if the given zonelist is not suitable for
3623          * compaction.
3624          */
3625         if (compaction_withdrawn(compact_result)) {
3626                 ret = compaction_zonelist_suitable(ac, order, alloc_flags);
3627                 goto out;
3628         }
3629
3630         /*
3631          * !costly requests are much more important than __GFP_RETRY_MAYFAIL
3632          * costly ones because they are de facto nofail and invoke OOM
3633          * killer to move on while costly can fail and users are ready
3634          * to cope with that. 1/4 retries is rather arbitrary but we
3635          * would need much more detailed feedback from compaction to
3636          * make a better decision.
3637          */
3638         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3639                 max_retries /= 4;
3640         if (*compaction_retries <= max_retries) {
3641                 ret = true;
3642                 goto out;
3643         }
3644
3645         /*
3646          * Make sure there are attempts at the highest priority if we exhausted
3647          * all retries or failed at the lower priorities.
3648          */
3649 check_priority:
3650         min_priority = (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) ?
3651                         MIN_COMPACT_COSTLY_PRIORITY : MIN_COMPACT_PRIORITY;
3652
3653         if (*compact_priority > min_priority) {
3654                 (*compact_priority)--;
3655                 *compaction_retries = 0;
3656                 ret = true;
3657         }
3658 out:
3659         trace_compact_retry(order, priority, compact_result, retries, max_retries, ret);
3660         return ret;
3661 }
3662 #else
3663 static inline struct page *
3664 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3665                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3666                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
3667 {
3668         *compact_result = COMPACT_SKIPPED;
3669         return NULL;
3670 }
3671
3672 static inline bool
3673 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, unsigned int order, int alloc_flags,
3674                      enum compact_result compact_result,
3675                      enum compact_priority *compact_priority,
3676                      int *compaction_retries)
3677 {
3678         struct zone *zone;
3679         struct zoneref *z;
3680
3681         if (!order || order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3682                 return false;
3683
3684         /*
3685          * There are setups with compaction disabled which would prefer to loop
3686          * inside the allocator rather than hit the oom killer prematurely.
3687          * Let's give them a good hope and keep retrying while the order-0
3688          * watermarks are OK.
3689          */
3690         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
3691                                         ac->nodemask) {
3692                 if (zone_watermark_ok(zone, 0, min_wmark_pages(zone),
3693                                         ac_classzone_idx(ac), alloc_flags))
3694                         return true;
3695         }
3696         return false;
3697 }
3698 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
3699
3700 #ifdef CONFIG_LOCKDEP
3701 static struct lockdep_map __fs_reclaim_map =
3702         STATIC_LOCKDEP_MAP_INIT("fs_reclaim", &__fs_reclaim_map);
3703
3704 static bool __need_fs_reclaim(gfp_t gfp_mask)
3705 {
3706         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
3707
3708         /* no reclaim without waiting on it */
3709         if (!(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3710                 return false;
3711
3712         /* this guy won't enter reclaim */
3713         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
3714                 return false;
3715
3716         /* We're only interested __GFP_FS allocations for now */
3717         if (!(gfp_mask & __GFP_FS))
3718                 return false;
3719
3720         if (gfp_mask & __GFP_NOLOCKDEP)
3721                 return false;
3722
3723         return true;
3724 }
3725
3726 void __fs_reclaim_acquire(void)
3727 {
3728         lock_map_acquire(&__fs_reclaim_map);
3729 }
3730
3731 void __fs_reclaim_release(void)
3732 {
3733         lock_map_release(&__fs_reclaim_map);
3734 }
3735
3736 void fs_reclaim_acquire(gfp_t gfp_mask)
3737 {
3738         if (__need_fs_reclaim(gfp_mask))
3739                 __fs_reclaim_acquire();
3740 }
3741 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_acquire);
3742
3743 void fs_reclaim_release(gfp_t gfp_mask)
3744 {
3745         if (__need_fs_reclaim(gfp_mask))
3746                 __fs_reclaim_release();
3747 }
3748 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_release);
3749 #endif
3750
3751 /* Perform direct synchronous page reclaim */
3752 static int
3753 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3754                                         const struct alloc_context *ac)
3755 {
3756         struct reclaim_state reclaim_state;
3757         int progress;
3758         unsigned int noreclaim_flag;
3759
3760         cond_resched();
3761
3762         /* We now go into synchronous reclaim */
3763         cpuset_memory_pressure_bump();
3764         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
3765         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
3766         reclaim_state.reclaimed_slab = 0;
3767         current->reclaim_state = &reclaim_state;
3768
3769         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
3770                                                                 ac->nodemask);
3771
3772         current->reclaim_state = NULL;
3773         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
3774         fs_reclaim_release(gfp_mask);
3775
3776         cond_resched();
3777
3778         return progress;
3779 }
3780
3781 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
3782 static inline struct page *
3783 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3784                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3785                 unsigned long *did_some_progress)
3786 {
3787         struct page *page = NULL;
3788         bool drained = false;
3789
3790         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
3791         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
3792                 return NULL;
3793
3794 retry:
3795         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3796
3797         /*
3798          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
3799          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
3800          * Shrink them them and try again
3801          */
3802         if (!page && !drained) {
3803                 unreserve_highatomic_pageblock(ac, false);
3804                 drain_all_pages(NULL);
3805                 drained = true;
3806                 goto retry;
3807         }
3808
3809         return page;
3810 }
3811
3812 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, gfp_t gfp_mask,
3813                              const struct alloc_context *ac)
3814 {
3815         struct zoneref *z;
3816         struct zone *zone;
3817         pg_data_t *last_pgdat = NULL;
3818         enum zone_type high_zoneidx = ac->high_zoneidx;
3819
3820         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, high_zoneidx,
3821                                         ac->nodemask) {
3822                 if (last_pgdat != zone->zone_pgdat)
3823                         wakeup_kswapd(zone, gfp_mask, order, high_zoneidx);
3824                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
3825         }
3826 }
3827
3828 static inline unsigned int
3829 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
3830 {
3831         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
3832
3833         /* __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH to save a branch. */
3834         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
3835
3836         /*
3837          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
3838          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
3839          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
3840          * set both ALLOC_HARDER (__GFP_ATOMIC) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
3841          */
3842         alloc_flags |= (__force int) (gfp_mask & __GFP_HIGH);
3843
3844         if (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) {
3845                 /*
3846                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
3847                  * if it can't schedule.
3848                  */
3849                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3850                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
3851                 /*
3852                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
3853                  * comment for __cpuset_node_allowed().
3854                  */
3855                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
3856         } else if (unlikely(rt_task(current)) && !in_interrupt())
3857                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
3858
3859 #ifdef CONFIG_CMA
3860         if (gfpflags_to_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
3861                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3862 #endif
3863         return alloc_flags;
3864 }
3865
3866 static bool oom_reserves_allowed(struct task_struct *tsk)
3867 {
3868         if (!tsk_is_oom_victim(tsk))
3869                 return false;
3870
3871         /*
3872          * !MMU doesn't have oom reaper so give access to memory reserves
3873          * only to the thread with TIF_MEMDIE set
3874          */
3875         if (!IS_ENABLED(CONFIG_MMU) && !test_thread_flag(TIF_MEMDIE))
3876                 return false;
3877
3878         return true;
3879 }
3880
3881 /*
3882  * Distinguish requests which really need access to full memory
3883  * reserves from oom victims which can live with a portion of it
3884  */
3885 static inline int __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_t gfp_mask)
3886 {
3887         if (unlikely(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3888                 return 0;
3889         if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
3890                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
3891         if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
3892                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
3893         if (!in_interrupt()) {
3894                 if (current->flags & PF_MEMALLOC)
3895                         return ALLOC_NO_WATERMARKS;
3896                 else if (oom_reserves_allowed(current))
3897                         return ALLOC_OOM;
3898         }
3899
3900         return 0;
3901 }
3902
3903 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
3904 {
3905         return !!__gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
3906 }
3907
3908 /*
3909  * Checks whether it makes sense to retry the reclaim to make a forward progress
3910  * for the given allocation request.
3911  *
3912  * We give up when we either have tried MAX_RECLAIM_RETRIES in a row
3913  * without success, or when we couldn't even meet the watermark if we
3914  * reclaimed all remaining pages on the LRU lists.
3915  *
3916  * Returns true if a retry is viable or false to enter the oom path.
3917  */
3918 static inline bool
3919 should_reclaim_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned order,
3920                      struct alloc_context *ac, int alloc_flags,
3921                      bool did_some_progress, int *no_progress_loops)
3922 {
3923         struct zone *zone;
3924         struct zoneref *z;
3925
3926         /*
3927          * Costly allocations might have made a progress but this doesn't mean
3928          * their order will become available due to high fragmentation so
3929          * always increment the no progress counter for them
3930          */
3931         if (did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3932                 *no_progress_loops = 0;
3933         else
3934                 (*no_progress_loops)++;
3935
3936         /*
3937          * Make sure we converge to OOM if we cannot make any progress
3938          * several times in the row.
3939          */
3940         if (*no_progress_loops > MAX_RECLAIM_RETRIES) {
3941                 /* Before OOM, exhaust highatomic_reserve */
3942                 return unreserve_highatomic_pageblock(ac, true);
3943         }
3944
3945         /*
3946          * Keep reclaiming pages while there is a chance this will lead
3947          * somewhere.  If none of the target zones can satisfy our allocation
3948          * request even if all reclaimable pages are considered then we are
3949          * screwed and have to go OOM.
3950          */
3951         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
3952                                         ac->nodemask) {
3953                 unsigned long available;
3954                 unsigned long reclaimable;
3955                 unsigned long min_wmark = min_wmark_pages(zone);
3956                 bool wmark;
3957
3958                 available = reclaimable = zone_reclaimable_pages(zone);
3959                 available += zone_page_state_snapshot(zone, NR_FREE_PAGES);
3960
3961                 /*
3962                  * Would the allocation succeed if we reclaimed all
3963                  * reclaimable pages?
3964                  */
3965                 wmark = __zone_watermark_ok(zone, order, min_wmark,
3966                                 ac_classzone_idx(ac), alloc_flags, available);
3967                 trace_reclaim_retry_zone(z, order, reclaimable,
3968                                 available, min_wmark, *no_progress_loops, wmark);
3969                 if (wmark) {
3970                         /*
3971                          * If we didn't make any progress and have a lot of
3972                          * dirty + writeback pages then we should wait for
3973                          * an IO to complete to slow down the reclaim and
3974                          * prevent from pre mature OOM
3975                          */
3976                         if (!did_some_progress) {
3977                                 unsigned long write_pending;
3978
3979                                 write_pending = zone_page_state_snapshot(zone,
3980                                                         NR_ZONE_WRITE_PENDING);
3981
3982                                 if (2 * write_pending > reclaimable) {
3983                                         congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
3984                                         return true;
3985                                 }
3986                         }
3987
3988                         /*
3989                          * Memory allocation/reclaim might be called from a WQ
3990                          * context and the current implementation of the WQ
3991                          * concurrency control doesn't recognize that
3992                          * a particular WQ is congested if the worker thread is
3993                          * looping without ever sleeping. Therefore we have to
3994                          * do a short sleep here rather than calling
3995                          * cond_resched().
3996                          */
3997                         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
3998                                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
3999                         else
4000                                 cond_resched();
4001
4002                         return true;
4003                 }
4004         }
4005
4006         return false;
4007 }
4008
4009 static inline bool
4010 check_retry_cpuset(int cpuset_mems_cookie, struct alloc_context *ac)
4011 {
4012         /*
4013          * It's possible that cpuset's mems_allowed and the nodemask from
4014          * mempolicy don't intersect. This should be normally dealt with by
4015          * policy_nodemask(), but it's possible to race with cpuset update in
4016          * such a way the check therein was true, and then it became false
4017          * before we got our cpuset_mems_cookie here.
4018          * This assumes that for all allocations, ac->nodemask can come only
4019          * from MPOL_BIND mempolicy (whose documented semantics is to be ignored
4020          * when it does not intersect with the cpuset restrictions) or the
4021          * caller can deal with a violated nodemask.
4022          */
4023         if (cpusets_enabled() && ac->nodemask &&
4024                         !cpuset_nodemask_valid_mems_allowed(ac->nodemask)) {
4025                 ac->nodemask = NULL;
4026                 return true;
4027         }
4028
4029         /*
4030          * When updating a task's mems_allowed or mempolicy nodemask, it is
4031          * possible to race with parallel threads in such a way that our
4032          * allocation can fail while the mask is being updated. If we are about
4033          * to fail, check if the cpuset changed during allocation and if so,
4034          * retry.
4035          */
4036         if (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))
4037                 return true;
4038
4039         return false;
4040 }
4041
4042 static inline struct page *
4043 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4044                                                 struct alloc_context *ac)
4045 {
4046         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
4047         const bool costly_order = order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER;
4048         struct page *page = NULL;
4049         unsigned int alloc_flags;
4050         unsigned long did_some_progress;
4051         enum compact_priority compact_priority;
4052         enum compact_result compact_result;
4053         int compaction_retries;
4054         int no_progress_loops;
4055         unsigned int cpuset_mems_cookie;
4056         int reserve_flags;
4057
4058         /*
4059          * In the slowpath, we sanity check order to avoid ever trying to
4060          * reclaim >= MAX_ORDER areas which will never succeed. Callers may
4061          * be using allocators in order of preference for an area that is
4062          * too large.
4063          */
4064         if (order >= MAX_ORDER) {
4065                 WARN_ON_ONCE(!(gfp_mask & __GFP_NOWARN));
4066                 return NULL;
4067         }
4068
4069         /*
4070          * We also sanity check to catch abuse of atomic reserves being used by
4071          * callers that are not in atomic context.
4072          */
4073         if (WARN_ON_ONCE((gfp_mask & (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)) ==
4074                                 (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)))
4075                 gfp_mask &= ~__GFP_ATOMIC;
4076
4077 retry_cpuset:
4078         compaction_retries = 0;
4079         no_progress_loops = 0;
4080         compact_priority = DEF_COMPACT_PRIORITY;
4081         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
4082
4083         /*
4084          * The fast path uses conservative alloc_flags to succeed only until
4085          * kswapd needs to be woken up, and to avoid the cost of setting up
4086          * alloc_flags precisely. So we do that now.
4087          */
4088         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
4089
4090         /*
4091          * We need to recalculate the starting point for the zonelist iterator
4092          * because we might have used different nodemask in the fast path, or
4093          * there was a cpuset modification and we are retrying - otherwise we
4094          * could end up iterating over non-eligible zones endlessly.
4095          */
4096         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4097                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
4098         if (!ac->preferred_zoneref->zone)
4099                 goto nopage;
4100
4101         if (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM)
4102                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4103
4104         /*
4105          * The adjusted alloc_flags might result in immediate success, so try
4106          * that first
4107          */
4108         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4109         if (page)
4110                 goto got_pg;
4111
4112         /*
4113          * For costly allocations, try direct compaction first, as it's likely
4114          * that we have enough base pages and don't need to reclaim. For non-
4115          * movable high-order allocations, do that as well, as compaction will
4116          * try prevent permanent fragmentation by migrating from blocks of the
4117          * same migratetype.
4118          * Don't try this for allocations that are allowed to ignore
4119          * watermarks, as the ALLOC_NO_WATERMARKS attempt didn't yet happen.
4120          */
4121         if (can_direct_reclaim &&
4122                         (costly_order ||
4123                            (order > 0 && ac->migratetype != MIGRATE_MOVABLE))
4124                         && !gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_mask)) {
4125                 page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order,
4126                                                 alloc_flags, ac,
4127                                                 INIT_COMPACT_PRIORITY,
4128                                                 &compact_result);
4129                 if (page)
4130                         goto got_pg;
4131
4132                 /*
4133                  * Checks for costly allocations with __GFP_NORETRY, which
4134                  * includes THP page fault allocations
4135                  */
4136                 if (costly_order && (gfp_mask & __GFP_NORETRY)) {
4137                         /*
4138                          * If compaction is deferred for high-order allocations,
4139                          * it is because sync compaction recently failed. If
4140                          * this is the case and the caller requested a THP
4141                          * allocation, we do not want to heavily disrupt the
4142                          * system, so we fail the allocation instead of entering
4143                          * direct reclaim.
4144                          */
4145                         if (compact_result == COMPACT_DEFERRED)
4146                                 goto nopage;
4147
4148                         /*
4149                          * Looks like reclaim/compaction is worth trying, but
4150                          * sync compaction could be very expensive, so keep
4151                          * using async compaction.
4152                          */
4153                         compact_priority = INIT_COMPACT_PRIORITY;
4154                 }
4155         }
4156
4157 retry:
4158         /* Ensure kswapd doesn't accidentally go to sleep as long as we loop */
4159         if (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM)
4160                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4161
4162         reserve_flags = __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4163         if (reserve_flags)
4164                 alloc_flags = reserve_flags;
4165
4166         /*
4167          * Reset the nodemask and zonelist iterators if memory policies can be
4168          * ignored. These allocations are high priority and system rather than
4169          * user oriented.
4170          */
4171         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) || reserve_flags) {
4172                 ac->nodemask = NULL;
4173                 ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4174                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
4175         }
4176
4177         /* Attempt with potentially adjusted zonelist and alloc_flags */
4178         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4179         if (page)
4180                 goto got_pg;
4181
4182         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
4183         if (!can_direct_reclaim)
4184                 goto nopage;
4185
4186         /* Avoid recursion of direct reclaim */
4187         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4188                 goto nopage;
4189
4190         /* Try direct reclaim and then allocating */
4191         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4192                                                         &did_some_progress);
4193         if (page)
4194                 goto got_pg;
4195
4196         /* Try direct compaction and then allocating */
4197         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4198                                         compact_priority, &compact_result);
4199         if (page)
4200                 goto got_pg;
4201
4202         /* Do not loop if specifically requested */
4203         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
4204                 goto nopage;
4205
4206         /*
4207          * Do not retry costly high order allocations unless they are
4208          * __GFP_RETRY_MAYFAIL
4209          */
4210         if (costly_order && !(gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL))
4211                 goto nopage;
4212
4213         if (should_reclaim_retry(gfp_mask, order, ac, alloc_flags,
4214                                  did_some_progress > 0, &no_progress_loops))
4215                 goto retry;
4216
4217         /*
4218          * It doesn't make any sense to retry for the compaction if the order-0
4219          * reclaim is not able to make any progress because the current
4220          * implementation of the compaction depends on the sufficient amount
4221          * of free memory (see __compaction_suitable)
4222          */
4223         if (did_some_progress > 0 &&
4224                         should_compact_retry(ac, order, alloc_flags,
4225                                 compact_result, &compact_priority,
4226                                 &compaction_retries))
4227                 goto retry;
4228
4229
4230         /* Deal with possible cpuset update races before we start OOM killing */
4231         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
4232                 goto retry_cpuset;
4233
4234         /* Reclaim has failed us, start killing things */
4235         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
4236         if (page)
4237                 goto got_pg;
4238
4239         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
4240         if (tsk_is_oom_victim(current) &&
4241             (alloc_flags == ALLOC_OOM ||
4242              (gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC)))
4243                 goto nopage;
4244
4245         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
4246         if (did_some_progress) {
4247                 no_progress_loops = 0;
4248                 goto retry;
4249         }
4250
4251 nopage:
4252         /* Deal with possible cpuset update races before we fail */
4253         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
4254                 goto retry_cpuset;
4255
4256         /*
4257          * Make sure that __GFP_NOFAIL request doesn't leak out and make sure
4258          * we always retry
4259          */
4260         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL) {
4261                 /*
4262                  * All existing users of the __GFP_NOFAIL are blockable, so warn
4263                  * of any new users that actually require GFP_NOWAIT
4264                  */
4265                 if (WARN_ON_ONCE(!can_direct_reclaim))
4266                         goto fail;
4267
4268                 /*
4269                  * PF_MEMALLOC request from this context is rather bizarre
4270                  * because we cannot reclaim anything and only can loop waiting
4271                  * for somebody to do a work for us
4272                  */
4273                 WARN_ON_ONCE(current->flags & PF_MEMALLOC);
4274
4275                 /*
4276                  * non failing costly orders are a hard requirement which we
4277                  * are not prepared for much so let's warn about these users
4278                  * so that we can identify them and convert them to something
4279                  * else.
4280                  */
4281                 WARN_ON_ONCE(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
4282
4283                 /*
4284                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
4285                  * reserves but do not use ALLOC_NO_WATERMARKS because this
4286                  * could deplete whole memory reserves which would just make
4287                  * the situation worse
4288                  */
4289                 page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order, ALLOC_HARDER, ac);
4290                 if (page)
4291                         goto got_pg;
4292
4293                 cond_resched();
4294                 goto retry;
4295         }
4296 fail:
4297         warn_alloc(gfp_mask, ac->nodemask,
4298                         "page allocation failure: order:%u", order);
4299 got_pg:
4300         return page;
4301 }
4302
4303 static inline bool prepare_alloc_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4304                 int preferred_nid, nodemask_t *nodemask,
4305                 struct alloc_context *ac, gfp_t *alloc_mask,
4306                 unsigned int *alloc_flags)
4307 {
4308         ac->high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
4309         ac->zonelist = node_zonelist(preferred_nid, gfp_mask);
4310         ac->nodemask = nodemask;
4311         ac->migratetype = gfpflags_to_migratetype(gfp_mask);
4312
4313         if (cpusets_enabled()) {
4314                 *alloc_mask |= __GFP_HARDWALL;
4315                 if (!ac->nodemask)
4316                         ac->nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
4317                 else
4318                         *alloc_flags |= ALLOC_CPUSET;
4319         }
4320
4321         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
4322         fs_reclaim_release(gfp_mask);
4323
4324         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM);
4325
4326         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
4327                 return false;
4328
4329         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA) && ac->migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
4330                 *alloc_flags |= ALLOC_CMA;
4331
4332         return true;
4333 }
4334
4335 /* Determine whether to spread dirty pages and what the first usable zone */
4336 static inline void finalise_ac(gfp_t gfp_mask, struct alloc_context *ac)
4337 {
4338         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
4339         ac->spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
4340
4341         /*
4342          * The preferred zone is used for statistics but crucially it is
4343          * also used as the starting point for the zonelist iterator. It
4344          * may get reset for allocations that ignore memory policies.
4345          */
4346         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4347                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
4348 }
4349
4350 /*
4351  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
4352  */
4353 struct page *
4354 __alloc_pages_nodemask(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int preferred_nid,
4355                                                         nodemask_t *nodemask)
4356 {
4357         struct page *page;
4358         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
4359         gfp_t alloc_mask; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
4360         struct alloc_context ac = { };
4361
4362         gfp_mask &= gfp_allowed_mask;
4363         alloc_mask = gfp_mask;
4364         if (!prepare_alloc_pages(gfp_mask, order, preferred_nid, nodemask, &ac, &alloc_mask, &alloc_flags))
4365                 return NULL;
4366
4367         finalise_ac(gfp_mask, &ac);
4368
4369         /* First allocation attempt */
4370         page = get_page_from_freelist(alloc_mask, order, alloc_flags, &ac);
4371         if (likely(page))
4372                 goto out;
4373
4374         /*
4375          * Apply scoped allocation constraints. This is mainly about GFP_NOFS
4376          * resp. GFP_NOIO which has to be inherited for all allocation requests
4377          * from a particular context which has been marked by
4378          * memalloc_no{fs,io}_{save,restore}.
4379          */
4380         alloc_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4381         ac.spread_dirty_pages = false;
4382
4383         /*
4384          * Restore the original nodemask if it was potentially replaced with
4385          * &cpuset_current_mems_allowed to optimize the fast-path attempt.
4386          */
4387         if (unlikely(ac.nodemask != nodemask))
4388                 ac.nodemask = nodemask;
4389
4390         page = __alloc_pages_slowpath(alloc_mask, order, &ac);
4391
4392 out:
4393         if (memcg_kmem_enabled() && (gfp_mask & __GFP_ACCOUNT) && page &&
4394             unlikely(memcg_kmem_charge(page, gfp_mask, order) != 0)) {
4395                 __free_pages(page, order);
4396                 page = NULL;
4397         }
4398
4399         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_mask, ac.migratetype);
4400
4401         return page;
4402 }
4403 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages_nodemask);
4404
4405 /*
4406  * Common helper functions. Never use with __GFP_HIGHMEM because the returned
4407  * address cannot represent highmem pages. Use alloc_pages and then kmap if
4408  * you need to access high mem.
4409  */
4410 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
4411 {
4412         struct page *page;
4413
4414         page = alloc_pages(gfp_mask & ~__GFP_HIGHMEM, order);
4415         if (!page)
4416                 return 0;
4417         return (unsigned long) page_address(page);
4418 }
4419 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
4420
4421 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
4422 {
4423         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
4424 }
4425 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
4426
4427 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
4428 {
4429         if (put_page_testzero(page)) {
4430                 if (order == 0)
4431                         free_unref_page(page);
4432                 else
4433                         __free_pages_ok(page, order);
4434         }
4435 }
4436
4437 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
4438
4439 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
4440 {
4441         if (addr != 0) {
4442                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
4443                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
4444         }
4445 }
4446
4447 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
4448
4449 /*
4450  * Page Fragment:
4451  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
4452  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
4453  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
4454  *
4455  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
4456  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
4457  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
4458  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
4459  */
4460 static struct page *__page_frag_cache_refill(struct page_frag_cache *nc,
4461                                              gfp_t gfp_mask)
4462 {
4463         struct page *page = NULL;
4464         gfp_t gfp = gfp_mask;
4465
4466 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4467         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
4468                     __GFP_NOMEMALLOC;
4469         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
4470                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
4471         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
4472 #endif
4473         if (unlikely(!page))
4474                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
4475
4476         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
4477
4478         return page;
4479 }
4480
4481 void __page_frag_cache_drain(struct page *page, unsigned int count)
4482 {
4483         VM_BUG_ON_PAGE(page_ref_count(page) == 0, page);
4484
4485         if (page_ref_sub_and_test(page, count)) {
4486                 unsigned int order = compound_order(page);
4487
4488                 if (order == 0)
4489                         free_unref_page(page);
4490                 else
4491                         __free_pages_ok(page, order);
4492         }
4493 }
4494 EXPORT_SYMBOL(__page_frag_cache_drain);
4495
4496 void *page_frag_alloc(struct page_frag_cache *nc,
4497                       unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask)
4498 {
4499         unsigned int size = PAGE_SIZE;
4500         struct page *page;
4501         int offset;
4502
4503         if (unlikely(!nc->va)) {
4504 refill:
4505                 page = __page_frag_cache_refill(nc, gfp_mask);
4506                 if (!page)
4507                         return NULL;
4508
4509 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4510                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
4511                 size = nc->size;
4512 #endif
4513                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
4514                  * This would break get_page_unless_zero() users.
4515                  */
4516                 page_ref_add(page, size - 1);
4517
4518                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
4519                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
4520                 nc->pagecnt_bias = size;
4521                 nc->offset = size;
4522         }
4523
4524         offset = nc->offset - fragsz;
4525         if (unlikely(offset < 0)) {
4526                 page = virt_to_page(nc->va);
4527
4528                 if (!page_ref_sub_and_test(page, nc->pagecnt_bias))
4529                         goto refill;
4530
4531 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4532                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
4533                 size = nc->size;
4534 #endif
4535                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
4536                 set_page_count(page, size);
4537
4538                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
4539                 nc->pagecnt_bias = size;
4540                 offset = size - fragsz;
4541         }
4542
4543         nc->pagecnt_bias--;
4544         nc->offset = offset;
4545
4546         return nc->va + offset;
4547 }
4548 EXPORT_SYMBOL(page_frag_alloc);
4549
4550 /*
4551  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
4552  */
4553 void page_frag_free(void *addr)
4554 {
4555         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
4556
4557         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
4558                 __free_pages_ok(page, compound_order(page));
4559 }
4560 EXPORT_SYMBOL(page_frag_free);
4561
4562 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
4563                 size_t size)
4564 {
4565         if (addr) {
4566                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
4567                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
4568
4569                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
4570                 while (used < alloc_end) {
4571                         free_page(used);
4572                         used += PAGE_SIZE;
4573                 }
4574         }
4575         return (void *)addr;
4576 }
4577
4578 /**
4579  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
4580  * @size: the number of bytes to allocate
4581  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
4582  *
4583  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
4584  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
4585  * allocate memory in power-of-two pages.
4586  *
4587  * This function is also limited by MAX_ORDER.
4588  *
4589  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
4590  */
4591 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
4592 {
4593         unsigned int order = get_order(size);
4594         unsigned long addr;
4595
4596         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
4597         return make_alloc_exact(addr, order, size);
4598 }
4599 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
4600
4601 /**
4602  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
4603  *                         pages on a node.
4604  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
4605  * @size: the number of bytes to allocate
4606  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
4607  *
4608  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
4609  * back.
4610  */
4611 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
4612 {
4613         unsigned int order = get_order(size);
4614         struct page *p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
4615         if (!p)
4616                 return NULL;
4617         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
4618 }
4619
4620 /**
4621  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
4622  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
4623  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
4624  *
4625  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
4626  */
4627 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
4628 {
4629         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
4630         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
4631
4632         while (addr < end) {
4633                 free_page(addr);
4634                 addr += PAGE_SIZE;
4635         }
4636 }
4637 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
4638
4639 /**
4640  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
4641  * @offset: The zone index of the highest zone
4642  *
4643  * nr_free_zone_pages() counts the number of counts pages which are beyond the
4644  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
4645  * zone, the number of pages is calculated as:
4646  *
4647  *     nr_free_zone_pages = managed_pages - high_pages
4648  */
4649 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
4650 {
4651         struct zoneref *z;
4652         struct zone *zone;
4653
4654         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
4655         unsigned long sum = 0;
4656
4657         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
4658
4659         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
4660                 unsigned long size = zone->managed_pages;
4661                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
4662                 if (size > high)
4663                         sum += size - high;
4664         }
4665
4666         return sum;
4667 }
4668
4669 /**
4670  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
4671  *
4672  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
4673  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
4674  */
4675 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
4676 {
4677         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
4678 }
4679 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
4680
4681 /**
4682  * nr_free_pagecache_pages - count number of pages beyond high watermark
4683  *
4684  * nr_free_pagecache_pages() counts the number of pages which are beyond the
4685  * high watermark within all zones.
4686  */
4687 unsigned long nr_free_pagecache_pages(void)
4688 {
4689         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
4690 }
4691
4692 static inline void show_node(struct zone *zone)
4693 {
4694         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
4695                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
4696 }
4697
4698 long si_mem_available(void)
4699 {
4700         long available;
4701         unsigned long pagecache;
4702         unsigned long wmark_low = 0;
4703         unsigned long pages[NR_LRU_LISTS];
4704         struct zone *zone;
4705         int lru;
4706
4707         for (lru = LRU_BASE; lru < NR_LRU_LISTS; lru++)
4708                 pages[lru] = global_node_page_state(NR_LRU_BASE + lru);
4709
4710         for_each_zone(zone)
4711                 wmark_low += zone->watermark[WMARK_LOW];
4712
4713         /*
4714          * Estimate the amount of memory available for userspace allocations,
4715          * without causing swapping.
4716          */
4717         available = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES) - totalreserve_pages;
4718
4719         /*
4720          * Not all the page cache can be freed, otherwise the system will
4721          * start swapping. Assume at least half of the page cache, or the
4722          * low watermark worth of cache, needs to stay.
4723          */
4724         pagecache = pages[LRU_ACTIVE_FILE] + pages[LRU_INACTIVE_FILE];
4725         pagecache -= min(pagecache / 2, wmark_low);
4726         available += pagecache;
4727
4728         /*
4729          * Part of the reclaimable slab consists of items that are in use,
4730          * and cannot be freed. Cap this estimate at the low watermark.
4731          */
4732         available += global_node_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE) -
4733                      min(global_node_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE) / 2,
4734                          wmark_low);
4735
4736         /*
4737          * Part of the kernel memory, which can be released under memory
4738          * pressure.
4739          */
4740         available += global_node_page_state(NR_INDIRECTLY_RECLAIMABLE_BYTES) >>
4741                 PAGE_SHIFT;
4742
4743         if (available < 0)
4744                 available = 0;
4745         return available;
4746 }
4747 EXPORT_SYMBOL_GPL(si_mem_available);
4748
4749 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
4750 {
4751         val->totalram = totalram_pages;
4752         val->sharedram = global_node_page_state(NR_SHMEM);
4753         val->freeram = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES);
4754         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
4755         val->totalhigh = totalhigh_pages;
4756         val->freehigh = nr_free_highpages();
4757         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
4758 }
4759
4760 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
4761
4762 #ifdef CONFIG_NUMA
4763 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
4764 {
4765         int zone_type;          /* needs to be signed */
4766         unsigned long managed_pages = 0;
4767         unsigned long managed_highpages = 0;
4768         unsigned long free_highpages = 0;
4769         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4770
4771         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
4772                 managed_pages += pgdat->node_zones[zone_type].managed_pages;
4773         val->totalram = managed_pages;
4774         val->sharedram = node_page_state(pgdat, NR_SHMEM);
4775         val->freeram = sum_zone_node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
4776 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
4777         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++) {
4778                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
4779
4780                 if (is_highmem(zone)) {
4781                         managed_highpages += zone->managed_pages;
4782                         free_highpages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
4783                 }
4784         }
4785         val->totalhigh = managed_highpages;
4786         val->freehigh = free_highpages;
4787 #else
4788         val->totalhigh = managed_highpages;
4789         val->freehigh = free_highpages;
4790 #endif
4791         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
4792 }
4793 #endif
4794
4795 /*
4796  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
4797  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
4798  */
4799 static bool show_mem_node_skip(unsigned int flags, int nid, nodemask_t *nodemask)
4800 {
4801         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
4802                 return false;
4803
4804         /*
4805          * no node mask - aka implicit memory numa policy. Do not bother with
4806          * the synchronization - read_mems_allowed_begin - because we do not
4807          * have to be precise here.
4808          */
4809         if (!nodemask)
4810                 nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
4811
4812         return !node_isset(nid, *nodemask);
4813 }
4814
4815 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
4816
4817 static void show_migration_types(unsigned char type)
4818 {
4819         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
4820                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
4821                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
4822                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
4823                 [MIGRATE_HIGHATOMIC]    = 'H',
4824 #ifdef CONFIG_CMA
4825                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
4826 #endif
4827 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
4828                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
4829 #endif
4830         };
4831         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
4832         char *p = tmp;
4833         int i;
4834
4835         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
4836                 if (type & (1 << i))
4837                         *p++ = types[i];
4838         }
4839
4840         *p = '\0';
4841         printk(KERN_CONT "(%s) ", tmp);
4842 }
4843
4844 /*
4845  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
4846  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
4847  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
4848  *
4849  * Bits in @filter:
4850  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
4851  *   cpuset.
4852  */
4853 void show_free_areas(unsigned int filter, nodemask_t *nodemask)
4854 {
4855         unsigned long free_pcp = 0;
4856         int cpu;
4857         struct zone *zone;
4858         pg_data_t *pgdat;
4859
4860         for_each_populated_zone(zone) {
4861                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
4862                         continue;
4863
4864                 for_each_online_cpu(cpu)
4865                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
4866         }
4867
4868         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
4869                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
4870                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu unstable:%lu\n"
4871                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
4872                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
4873                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
4874                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
4875                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
4876                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
4877                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
4878                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
4879                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
4880                 global_node_page_state(NR_UNEVICTABLE),
4881                 global_node_page_state(NR_FILE_DIRTY),
4882                 global_node_page_state(NR_WRITEBACK),
4883                 global_node_page_state(NR_UNSTABLE_NFS),
4884                 global_node_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE),
4885                 global_node_page_state(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE),
4886                 global_node_page_state(NR_FILE_MAPPED),
4887                 global_node_page_state(NR_SHMEM),
4888                 global_zone_page_state(NR_PAGETABLE),
4889                 global_zone_page_state(NR_BOUNCE),
4890                 global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES),
4891                 free_pcp,
4892                 global_zone_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
4893
4894         for_each_online_pgdat(pgdat) {
4895                 if (show_mem_node_skip(filter, pgdat->node_id, nodemask))
4896                         continue;
4897
4898                 printk("Node %d"
4899                         " active_anon:%lukB"
4900                         " inactive_anon:%lukB"
4901                         " active_file:%lukB"
4902                         " inactive_file:%lukB"
4903                         " unevictable:%lukB"
4904                         " isolated(anon):%lukB"
4905                         " isolated(file):%lukB"
4906                         " mapped:%lukB"
4907                         " dirty:%lukB"
4908                         " writeback:%lukB"
4909                         " shmem:%lukB"
4910 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
4911                         " shmem_thp: %lukB"
4912                         " shmem_pmdmapped: %lukB"
4913                         " anon_thp: %lukB"
4914 #endif
4915                         " writeback_tmp:%lukB"
4916                         " unstable:%lukB"
4917                         " all_unreclaimable? %s"
4918                         "\n",
4919                         pgdat->node_id,
4920                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_ANON)),
4921                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON)),
4922                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE)),
4923                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE)),
4924                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNEVICTABLE)),
4925                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON)),
4926                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_FILE)),
4927                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_MAPPED)),
4928                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_DIRTY)),
4929                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK)),
4930                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM)),
4931 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
4932                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
4933                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_PMDMAPPED)
4934                                         * HPAGE_PMD_NR),
4935                         K(node_page_state(pgdat, NR_ANON_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
4936 #endif
4937                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK_TEMP)),
4938                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNSTABLE_NFS)),
4939                         pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES ?
4940                                 "yes" : "no");
4941         }
4942
4943         for_each_populated_zone(zone) {
4944                 int i;
4945
4946                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
4947                         continue;
4948
4949                 free_pcp = 0;
4950                 for_each_online_cpu(cpu)
4951                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
4952
4953                 show_node(zone);
4954                 printk(KERN_CONT
4955                         "%s"
4956                         " free:%lukB"
4957                         " min:%lukB"
4958                         " low:%lukB"
4959                         " high:%lukB"
4960                         " active_anon:%lukB"
4961                         " inactive_anon:%lukB"
4962                         " active_file:%lukB"
4963                         " inactive_file:%lukB"
4964                         " unevictable:%lukB"
4965                         " writepending:%lukB"
4966                         " present:%lukB"
4967                         " managed:%lukB"
4968                         " mlocked:%lukB"
4969                         " kernel_stack:%lukB"
4970                         " pagetables:%lukB"
4971                         " bounce:%lukB"
4972                         " free_pcp:%lukB"
4973                         " local_pcp:%ukB"
4974                         " free_cma:%lukB"
4975                         "\n",
4976                         zone->name,
4977                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
4978                         K(min_wmark_pages(zone)),
4979                         K(low_wmark_pages(zone)),
4980                         K(high_wmark_pages(zone)),
4981                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_ANON)),
4982                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_ANON)),
4983                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_FILE)),
4984                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_FILE)),
4985                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_UNEVICTABLE)),
4986                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_WRITE_PENDING)),
4987                         K(zone->present_pages),
4988                         K(zone->managed_pages),
4989                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
4990                         zone_page_state(zone, NR_KERNEL_STACK_KB),
4991                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGETABLE)),
4992                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
4993                         K(free_pcp),
4994                         K(this_cpu_read(zone->pageset->pcp.count)),
4995                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)));
4996                 printk("lowmem_reserve[]:");
4997                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
4998                         printk(KERN_CONT " %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
4999                 printk(KERN_CONT "\n");
5000         }
5001
5002         for_each_populated_zone(zone) {
5003                 unsigned int order;
5004                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, total = 0;
5005                 unsigned char types[MAX_ORDER];
5006
5007                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5008                         continue;
5009                 show_node(zone);
5010                 printk(KERN_CONT "%s: ", zone->name);
5011
5012                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
5013                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
5014                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
5015                         int type;
5016
5017                         nr[order] = area->nr_free;
5018                         total += nr[order] << order;
5019
5020                         types[order] = 0;
5021                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
5022                                 if (!list_empty(&area->free_list[type]))
5023                                         types[order] |= 1 << type;
5024                         }
5025                 }
5026                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
5027                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
5028                         printk(KERN_CONT "%lu*%lukB ",
5029                                nr[order], K(1UL) << order);
5030                         if (nr[order])
5031                                 show_migration_types(types[order]);
5032                 }
5033                 printk(KERN_CONT "= %lukB\n", K(total));
5034         }
5035
5036         hugetlb_show_meminfo();
5037
5038         printk("%ld total pagecache pages\n", global_node_page_state(NR_FILE_PAGES));
5039
5040         show_swap_cache_info();
5041 }
5042
5043 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
5044 {
5045         zoneref->zone = zone;
5046         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
5047 }
5048
5049 /*
5050  * Builds allocation fallback zone lists.
5051  *
5052  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
5053  */
5054 static int build_zonerefs_node(pg_data_t *pgdat, struct zoneref *zonerefs)
5055 {
5056         struct zone *zone;
5057         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
5058         int nr_zones = 0;
5059
5060         do {
5061                 zone_type--;
5062                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
5063                 if (managed_zone(zone)) {
5064                         zoneref_set_zone(zone, &zonerefs[nr_zones++]);
5065                         check_highest_zone(zone_type);
5066                 }
5067         } while (zone_type);
5068
5069         return nr_zones;
5070 }
5071
5072 #ifdef CONFIG_NUMA
5073
5074 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
5075 {
5076         /*
5077          * We used to support different zonlists modes but they turned
5078          * out to be just not useful. Let's keep the warning in place
5079          * if somebody still use the cmd line parameter so that we do
5080          * not fail it silently
5081          */
5082         if (!(*s == 'd' || *s == 'D' || *s == 'n' || *s == 'N')) {
5083                 pr_warn("Ignoring unsupported numa_zonelist_order value:  %s\n", s);
5084                 return -EINVAL;
5085         }
5086         return 0;
5087 }
5088
5089 static __init int setup_numa_zonelist_order(char *s)
5090 {
5091         if (!s)
5092                 return 0;
5093
5094         return __parse_numa_zonelist_order(s);
5095 }
5096 early_param("numa_zonelist_order", setup_numa_zonelist_order);
5097
5098 char numa_zonelist_order[] = "Node";
5099
5100 /*
5101  * sysctl handler for numa_zonelist_order
5102  */
5103 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
5104                 void __user *buffer, size_t *length,
5105                 loff_t *ppos)
5106 {
5107         char *str;
5108         int ret;
5109
5110         if (!write)
5111                 return proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
5112         str = memdup_user_nul(buffer, 16);
5113         if (IS_ERR(str))
5114                 return PTR_ERR(str);
5115
5116         ret = __parse_numa_zonelist_order(str);
5117         kfree(str);
5118         return ret;
5119 }
5120
5121
5122 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
5123 static int node_load[MAX_NUMNODES];
5124
5125 /**
5126  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
5127  * @node: node whose fallback list we're appending
5128  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
5129  *
5130  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
5131  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
5132  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
5133  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
5134  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
5135  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
5136  * on them otherwise.
5137  * It returns -1 if no node is found.
5138  */
5139 static int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
5140 {
5141         int n, val;
5142         int min_val = INT_MAX;
5143         int best_node = NUMA_NO_NODE;
5144         const struct cpumask *tmp = cpumask_of_node(0);
5145
5146         /* Use the local node if we haven't already */
5147         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
5148                 node_set(node, *used_node_mask);
5149                 return node;
5150         }
5151
5152         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
5153
5154                 /* Don't want a node to appear more than once */
5155                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
5156                         continue;
5157
5158                 /* Use the distance array to find the distance */
5159                 val = node_distance(node, n);
5160
5161                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
5162                 val += (n < node);
5163
5164                 /* Give preference to headless and unused nodes */
5165                 tmp = cpumask_of_node(n);
5166                 if (!cpumask_empty(tmp))
5167                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
5168
5169                 /* Slight preference for less loaded node */
5170                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
5171                 val += node_load[n];
5172
5173                 if (val < min_val) {
5174                         min_val = val;
5175                         best_node = n;
5176                 }
5177         }
5178
5179         if (best_node >= 0)
5180                 node_set(best_node, *used_node_mask);
5181
5182         return best_node;
5183 }
5184
5185
5186 /*
5187  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
5188  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
5189  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
5190  */
5191 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int *node_order,
5192                 unsigned nr_nodes)
5193 {
5194         struct zoneref *zonerefs;
5195         int i;
5196
5197         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
5198
5199         for (i = 0; i < nr_nodes; i++) {
5200                 int nr_zones;
5201
5202                 pg_data_t *node = NODE_DATA(node_order[i]);
5203
5204                 nr_zones = build_zonerefs_node(node, zonerefs);
5205                 zonerefs += nr_zones;
5206         }
5207         zonerefs->zone = NULL;
5208         zonerefs->zone_idx = 0;
5209 }
5210
5211 /*
5212  * Build gfp_thisnode zonelists
5213  */
5214 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5215 {
5216         struct zoneref *zonerefs;
5217         int nr_zones;
5218
5219         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_NOFALLBACK]._zonerefs;
5220         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
5221         zonerefs += nr_zones;
5222         zonerefs->zone = NULL;
5223         zonerefs->zone_idx = 0;
5224 }
5225
5226 /*
5227  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
5228  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
5229  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
5230  * may still exist in local DMA zone.
5231  */
5232
5233 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5234 {
5235         static int node_order[MAX_NUMNODES];
5236         int node, load, nr_nodes = 0;
5237         nodemask_t used_mask;
5238         int local_node, prev_node;
5239
5240         /* NUMA-aware ordering of nodes */
5241         local_node = pgdat->node_id;
5242         load = nr_online_nodes;
5243         prev_node = local_node;
5244         nodes_clear(used_mask);
5245
5246         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
5247         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
5248                 /*
5249                  * We don't want to pressure a particular node.
5250                  * So adding penalty to the first node in same
5251                  * distance group to make it round-robin.
5252                  */
5253                 if (node_distance(local_node, node) !=
5254                     node_distance(local_node, prev_node))
5255                         node_load[node] = load;
5256
5257                 node_order[nr_nodes++] = node;
5258                 prev_node = node;
5259                 load--;
5260         }
5261
5262         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node_order, nr_nodes);
5263         build_thisnode_zonelists(pgdat);
5264 }
5265
5266 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5267 /*
5268  * Return node id of node used for "local" allocations.
5269  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
5270  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
5271  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
5272  */
5273 int local_memory_node(int node)
5274 {
5275         struct zoneref *z;
5276
5277         z = first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
5278                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
5279                                    NULL);
5280         return zone_to_nid(z->zone);
5281 }
5282 #endif
5283
5284 static void setup_min_unmapped_ratio(void);
5285 static void setup_min_slab_ratio(void);
5286 #else   /* CONFIG_NUMA */
5287
5288 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5289 {
5290         int node, local_node;
5291         struct zoneref *zonerefs;
5292         int nr_zones;
5293
5294         local_node = pgdat->node_id;
5295
5296         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
5297         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
5298         zonerefs += nr_zones;
5299
5300         /*
5301          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
5302          * of all the other nodes.
5303          * We don't want to pressure a particular node, so when
5304          * building the zones for node N, we make sure that the
5305          * zones coming right after the local ones are those from
5306          * node N+1 (modulo N)
5307          */
5308         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
5309                 if (!node_online(node))
5310                         continue;
5311                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
5312                 zonerefs += nr_zones;
5313         }
5314         for (node = 0; node < local_node; node++) {
5315                 if (!node_online(node))
5316                         continue;
5317                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
5318                 zonerefs += nr_zones;
5319         }
5320
5321         zonerefs->zone = NULL;
5322         zonerefs->zone_idx = 0;
5323 }
5324
5325 #endif  /* CONFIG_NUMA */
5326
5327 /*
5328  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
5329  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
5330  * that an item put on a list will immediately be handed over to
5331  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
5332  * with interrupts disabled.
5333  *
5334  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
5335  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
5336  * hotplugged processors.
5337  *
5338  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
5339  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
5340  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
5341  */
5342 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch);
5343 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pageset, boot_pageset);
5344 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_nodestat, boot_nodestats);
5345
5346 static void __build_all_zonelists(void *data)
5347 {
5348         int nid;
5349         int __maybe_unused cpu;
5350         pg_data_t *self = data;
5351         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
5352
5353         spin_lock(&lock);
5354
5355 #ifdef CONFIG_NUMA
5356         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
5357 #endif
5358
5359         /*
5360          * This node is hotadded and no memory is yet present.   So just
5361          * building zonelists is fine - no need to touch other nodes.
5362          */
5363         if (self && !node_online(self->node_id)) {
5364                 build_zonelists(self);
5365         } else {
5366                 for_each_online_node(nid) {
5367                         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5368
5369                         build_zonelists(pgdat);
5370                 }
5371
5372 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5373                 /*
5374                  * We now know the "local memory node" for each node--
5375                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
5376                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
5377                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
5378                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
5379                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
5380                  */
5381                 for_each_online_cpu(cpu)
5382                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
5383 #endif
5384         }
5385
5386         spin_unlock(&lock);
5387 }
5388
5389 static noinline void __init
5390 build_all_zonelists_init(void)
5391 {
5392         int cpu;
5393
5394         __build_all_zonelists(NULL);
5395
5396         /*
5397          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
5398          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
5399          * each zone will be allocated later when the per cpu
5400          * allocator is available.
5401          *
5402          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
5403          * cpus if the system is already booted because the pagesets
5404          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
5405          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
5406          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
5407          * (a chicken-egg dilemma).
5408          */
5409         for_each_possible_cpu(cpu)
5410                 setup_pageset(&per_cpu(boot_pageset, cpu), 0);
5411
5412         mminit_verify_zonelist();
5413         cpuset_init_current_mems_allowed();
5414 }
5415
5416 /*
5417  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
5418  *
5419  * __ref due to call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
5420  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
5421  */
5422 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5423 {
5424         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
5425                 build_all_zonelists_init();
5426         } else {
5427                 __build_all_zonelists(pgdat);
5428                 /* cpuset refresh routine should be here */
5429         }
5430         vm_total_pages = nr_free_pagecache_pages();
5431         /*
5432          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
5433          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
5434          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
5435          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
5436          * disabled and enable it later
5437          */
5438         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
5439                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
5440         else
5441                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
5442
5443         pr_info("Built %i zonelists, mobility grouping %s.  Total pages: %ld\n",
5444                 nr_online_nodes,
5445                 page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
5446                 vm_total_pages);
5447 #ifdef CONFIG_NUMA
5448         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
5449 #endif
5450 }
5451
5452 /*
5453  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
5454  * up by free_all_bootmem() once the early boot process is
5455  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
5456  */
5457 void __meminit memmap_init_zone(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
5458                 unsigned long start_pfn, enum memmap_context context,
5459                 struct vmem_altmap *altmap)
5460 {
5461         unsigned long end_pfn = start_pfn + size;
5462         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5463         unsigned long pfn;
5464         unsigned long nr_initialised = 0;
5465         struct page *page;
5466 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5467         struct memblock_region *r = NULL, *tmp;
5468 #endif
5469
5470         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
5471                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
5472
5473         /*
5474          * Honor reservation requested by the driver for this ZONE_DEVICE
5475          * memory
5476          */
5477         if (altmap && start_pfn == altmap->base_pfn)
5478                 start_pfn += altmap->reserve;
5479
5480         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
5481                 /*
5482                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s handed to this
5483                  * function.  They do not exist on hotplugged memory.
5484                  */
5485                 if (context != MEMMAP_EARLY)
5486                         goto not_early;
5487
5488                 if (!early_pfn_valid(pfn))
5489                         continue;
5490                 if (!early_pfn_in_nid(pfn, nid))
5491                         continue;
5492                 if (!update_defer_init(pgdat, pfn, end_pfn, &nr_initialised))
5493                         break;
5494
5495 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5496                 /*
5497                  * Check given memblock attribute by firmware which can affect
5498                  * kernel memory layout.  If zone==ZONE_MOVABLE but memory is
5499                  * mirrored, it's an overlapped memmap init. skip it.
5500                  */
5501                 if (mirrored_kernelcore && zone == ZONE_MOVABLE) {
5502                         if (!r || pfn >= memblock_region_memory_end_pfn(r)) {
5503                                 for_each_memblock(memory, tmp)
5504                                         if (pfn < memblock_region_memory_end_pfn(tmp))
5505                                                 break;
5506                                 r = tmp;
5507                         }
5508                         if (pfn >= memblock_region_memory_base_pfn(r) &&
5509                             memblock_is_mirror(r)) {
5510                                 /* already initialized as NORMAL */
5511                                 pfn = memblock_region_memory_end_pfn(r);
5512                                 continue;
5513                         }
5514                 }
5515 #endif
5516
5517 not_early:
5518                 page = pfn_to_page(pfn);
5519                 __init_single_page(page, pfn, zone, nid);
5520                 if (context == MEMMAP_HOTPLUG)
5521                         SetPageReserved(page);
5522
5523                 /*
5524                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
5525                  * movable at startup. This will force kernel allocations
5526                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
5527                  * the address space during boot when many long-lived
5528                  * kernel allocations are made.
5529                  *
5530                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
5531                  * can be created for invalid pages (for alignment)
5532                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
5533                  * pfn out of zone.
5534                  *
5535                  * Please note that MEMMAP_HOTPLUG path doesn't clear memmap
5536                  * because this is done early in sparse_add_one_section
5537                  */
5538                 if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1))) {
5539                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
5540                         cond_resched();
5541                 }
5542         }
5543 }
5544
5545 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
5546 {
5547         unsigned int order, t;
5548         for_each_migratetype_order(order, t) {
5549                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
5550                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
5551         }
5552 }
5553
5554 #ifndef __HAVE_ARCH_MEMMAP_INIT
5555 #define memmap_init(size, nid, zone, start_pfn) \
5556         memmap_init_zone((size), (nid), (zone), (start_pfn), MEMMAP_EARLY, NULL)
5557 #endif
5558
5559 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
5560 {
5561 #ifdef CONFIG_MMU
5562         int batch;
5563
5564         /*
5565          * The per-cpu-pages pools are set to around 1000th of the
5566          * size of the zone.
5567          */
5568         batch = zone->managed_pages / 1024;
5569         /* But no more than a meg. */
5570         if (batch * PAGE_SIZE > 1024 * 1024)
5571                 batch = (1024 * 1024) / PAGE_SIZE;
5572         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
5573         if (batch < 1)
5574                 batch = 1;
5575
5576         /*
5577          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
5578          * of 2 value was found to be more likely to have
5579          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
5580          *
5581          * For example if 2 tasks are alternately allocating
5582          * batches of pages, one task can end up with a lot
5583          * of pages of one half of the possible page colors
5584          * and the other with pages of the other colors.
5585          */
5586         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
5587
5588         return batch;
5589
5590 #else
5591         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
5592          * conditions.
5593          *
5594          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
5595          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
5596          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
5597          *
5598          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
5599          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
5600          * can be a significant delay between the individual batches being
5601          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
5602          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
5603          */
5604         return 0;
5605 #endif
5606 }
5607
5608 /*
5609  * pcp->high and pcp->batch values are related and dependent on one another:
5610  * ->batch must never be higher then ->high.
5611  * The following function updates them in a safe manner without read side
5612  * locking.
5613  *
5614  * Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they can cope with
5615  * those fields changing asynchronously (acording the the above rule).
5616  *
5617  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
5618  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
5619  * exist).
5620  */
5621 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
5622                 unsigned long batch)
5623 {
5624        /* start with a fail safe value for batch */
5625         pcp->batch = 1;
5626         smp_wmb();
5627
5628        /* Update high, then batch, in order */
5629         pcp->high = high;
5630         smp_wmb();
5631
5632         pcp->batch = batch;
5633 }
5634
5635 /* a companion to pageset_set_high() */
5636 static void pageset_set_batch(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
5637 {
5638         pageset_update(&p->pcp, 6 * batch, max(1UL, 1 * batch));
5639 }
5640
5641 static void pageset_init(struct per_cpu_pageset *p)
5642 {
5643         struct per_cpu_pages *pcp;
5644         int migratetype;
5645
5646         memset(p, 0, sizeof(*p));
5647
5648         pcp = &p->pcp;
5649         pcp->count = 0;
5650         for (migratetype = 0; migratetype < MIGRATE_PCPTYPES; migratetype++)
5651                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[migratetype]);
5652 }
5653
5654 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
5655 {
5656         pageset_init(p);
5657         pageset_set_batch(p, batch);
5658 }
5659
5660 /*
5661  * pageset_set_high() sets the high water mark for hot per_cpu_pagelist
5662  * to the value high for the pageset p.
5663  */
5664 static void pageset_set_high(struct per_cpu_pageset *p,
5665                                 unsigned long high)
5666 {
5667         unsigned long batch = max(1UL, high / 4);
5668         if ((high / 4) > (PAGE_SHIFT * 8))
5669                 batch = PAGE_SHIFT * 8;
5670
5671         pageset_update(&p->pcp, high, batch);
5672 }
5673
5674 static void pageset_set_high_and_batch(struct zone *zone,
5675                                        struct per_cpu_pageset *pcp)
5676 {
5677         if (percpu_pagelist_fraction)
5678                 pageset_set_high(pcp,
5679                         (zone->managed_pages /
5680                                 percpu_pagelist_fraction));
5681         else
5682                 pageset_set_batch(pcp, zone_batchsize(zone));
5683 }
5684
5685 static void __meminit zone_pageset_init(struct zone *zone, int cpu)
5686 {
5687         struct per_cpu_pageset *pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
5688
5689         pageset_init(pcp);
5690         pageset_set_high_and_batch(zone, pcp);
5691 }
5692
5693 void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
5694 {
5695         int cpu;
5696         zone->pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pageset);
5697         for_each_possible_cpu(cpu)
5698                 zone_pageset_init(zone, cpu);
5699 }
5700
5701 /*
5702  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
5703  * Before this call only boot pagesets were available.
5704  */
5705 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
5706 {
5707         struct pglist_data *pgdat;
5708         struct zone *zone;
5709
5710         for_each_populated_zone(zone)
5711                 setup_zone_pageset(zone);
5712
5713         for_each_online_pgdat(pgdat)
5714                 pgdat->per_cpu_nodestats =
5715                         alloc_percpu(struct per_cpu_nodestat);
5716 }
5717
5718 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
5719 {
5720         /*
5721          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
5722          * relies on the ability of the linker to provide the
5723          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
5724          */
5725         zone->pageset = &boot_pageset;
5726
5727         if (populated_zone(zone))
5728                 printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n",
5729                         zone->name, zone->present_pages,
5730                                          zone_batchsize(zone));
5731 }
5732
5733 void __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
5734                                         unsigned long zone_start_pfn,
5735                                         unsigned long size)
5736 {
5737         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
5738
5739         pgdat->nr_zones = zone_idx(zone) + 1;
5740
5741         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
5742
5743         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
5744                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
5745                         pgdat->node_id,
5746                         (unsigned long)zone_idx(zone),
5747                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
5748
5749         zone_init_free_lists(zone);
5750         zone->initialized = 1;
5751 }
5752
5753 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5754 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID
5755
5756 /*
5757  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
5758  */
5759 int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn,
5760                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
5761 {
5762         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5763         int nid;
5764
5765         if (state->last_start <= pfn && pfn < state->last_end)
5766                 return state->last_nid;
5767
5768         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
5769         if (nid != -1) {
5770                 state->last_start = start_pfn;
5771                 state->last_end = end_pfn;
5772                 state->last_nid = nid;
5773         }
5774
5775         return nid;
5776 }
5777 #endif /* CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID */
5778
5779 /**
5780  * free_bootmem_with_active_regions - Call memblock_free_early_nid for each active range
5781  * @nid: The node to free memory on. If MAX_NUMNODES, all nodes are freed.
5782  * @max_low_pfn: The highest PFN that will be passed to memblock_free_early_nid
5783  *
5784  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes
5785  * and may be freed, this this function may be used instead of calling
5786  * memblock_free_early_nid() manually.
5787  */
5788 void __init free_bootmem_with_active_regions(int nid, unsigned long max_low_pfn)
5789 {
5790         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5791         int i, this_nid;
5792
5793         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid) {
5794                 start_pfn = min(start_pfn, max_low_pfn);
5795                 end_pfn = min(end_pfn, max_low_pfn);
5796
5797                 if (start_pfn < end_pfn)
5798                         memblock_free_early_nid(PFN_PHYS(start_pfn),
5799                                         (end_pfn - start_pfn) << PAGE_SHIFT,
5800                                         this_nid);
5801         }
5802 }
5803
5804 /**
5805  * sparse_memory_present_with_active_regions - Call memory_present for each active range
5806  * @nid: The node to call memory_present for. If MAX_NUMNODES, all nodes will be used.
5807  *
5808  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes and may
5809  * be freed, this function may be used instead of calling memory_present() manually.
5810  */
5811 void __init sparse_memory_present_with_active_regions(int nid)
5812 {
5813         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5814         int i, this_nid;
5815
5816         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid)
5817                 memory_present(this_nid, start_pfn, end_pfn);
5818 }
5819
5820 /**
5821  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
5822  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
5823  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
5824  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
5825  *
5826  * It returns the start and end page frame of a node based on information
5827  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
5828  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
5829  * PFNs will be 0.
5830  */
5831 void __meminit get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
5832                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
5833 {
5834         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
5835         int i;
5836
5837         *start_pfn = -1UL;
5838         *end_pfn = 0;
5839
5840         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
5841                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
5842                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
5843         }
5844
5845         if (*start_pfn == -1UL)
5846                 *start_pfn = 0;
5847 }
5848
5849 /*
5850  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
5851  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
5852  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
5853  */
5854 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
5855 {
5856         int zone_index;
5857         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
5858                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
5859                         continue;
5860
5861                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
5862                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
5863                         break;
5864         }
5865
5866         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
5867         movable_zone = zone_index;
5868 }
5869
5870 /*
5871  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
5872  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
5873  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
5874  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
5875  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
5876  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
5877  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
5878  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
5879  */
5880 static void __meminit adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
5881                                         unsigned long zone_type,
5882                                         unsigned long node_start_pfn,
5883                                         unsigned long node_end_pfn,
5884                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5885                                         unsigned long *zone_end_pfn)
5886 {
5887         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
5888         if (zone_movable_pfn[nid]) {
5889                 /* Size ZONE_MOVABLE */
5890                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
5891                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
5892                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
5893                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
5894
5895                 /* Adjust for ZONE_MOVABLE starting within this range */
5896                 } else if (!mirrored_kernelcore &&
5897                         *zone_start_pfn < zone_movable_pfn[nid] &&
5898                         *zone_end_pfn > zone_movable_pfn[nid]) {
5899                         *zone_end_pfn = zone_movable_pfn[nid];
5900
5901                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
5902                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
5903                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
5904         }
5905 }
5906
5907 /*
5908  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
5909  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
5910  */
5911 static unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
5912                                         unsigned long zone_type,
5913                                         unsigned long node_start_pfn,
5914                                         unsigned long node_end_pfn,
5915                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5916                                         unsigned long *zone_end_pfn,
5917                                         unsigned long *ignored)
5918 {
5919         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
5920         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
5921                 return 0;
5922
5923         /* Get the start and end of the zone */
5924         *zone_start_pfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
5925         *zone_end_pfn = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
5926         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
5927                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
5928                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5929
5930         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
5931         if (*zone_end_pfn < node_start_pfn || *zone_start_pfn > node_end_pfn)
5932                 return 0;
5933
5934         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
5935         *zone_end_pfn = min(*zone_end_pfn, node_end_pfn);
5936         *zone_start_pfn = max(*zone_start_pfn, node_start_pfn);
5937
5938         /* Return the spanned pages */
5939         return *zone_end_pfn - *zone_start_pfn;
5940 }
5941
5942 /*
5943  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
5944  * then all holes in the requested range will be accounted for.
5945  */
5946 unsigned long __meminit __absent_pages_in_range(int nid,
5947                                 unsigned long range_start_pfn,
5948                                 unsigned long range_end_pfn)
5949 {
5950         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
5951         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5952         int i;
5953
5954         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
5955                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
5956                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
5957                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
5958         }
5959         return nr_absent;
5960 }
5961
5962 /**
5963  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
5964  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
5965  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
5966  *
5967  * It returns the number of pages frames in memory holes within a range.
5968  */
5969 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
5970                                                         unsigned long end_pfn)
5971 {
5972         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
5973 }
5974
5975 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
5976 static unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
5977                                         unsigned long zone_type,
5978                                         unsigned long node_start_pfn,
5979                                         unsigned long node_end_pfn,
5980                                         unsigned long *ignored)
5981 {
5982         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
5983         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
5984         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
5985         unsigned long nr_absent;
5986
5987         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
5988         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
5989                 return 0;
5990
5991         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
5992         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
5993
5994         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
5995                         node_start_pfn, node_end_pfn,
5996                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
5997         nr_absent = __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5998
5999         /*
6000          * ZONE_MOVABLE handling.
6001          * Treat pages to be ZONE_MOVABLE in ZONE_NORMAL as absent pages
6002          * and vice versa.
6003          */
6004         if (mirrored_kernelcore && zone_movable_pfn[nid]) {
6005                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
6006                 struct memblock_region *r;
6007
6008                 for_each_memblock(memory, r) {
6009                         start_pfn = clamp(memblock_region_memory_base_pfn(r),
6010                                           zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6011                         end_pfn = clamp(memblock_region_memory_end_pfn(r),
6012                                         zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6013
6014                         if (zone_type == ZONE_MOVABLE &&
6015                             memblock_is_mirror(r))
6016                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
6017
6018                         if (zone_type == ZONE_NORMAL &&
6019                             !memblock_is_mirror(r))
6020                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
6021                 }
6022         }
6023
6024         return nr_absent;
6025 }
6026
6027 #else /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6028 static inline unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
6029                                         unsigned long zone_type,
6030                                         unsigned long node_start_pfn,
6031                                         unsigned long node_end_pfn,
6032                                         unsigned long *zone_start_pfn,
6033                                         unsigned long *zone_end_pfn,
6034                                         unsigned long *zones_size)
6035 {
6036         unsigned int zone;
6037
6038         *zone_start_pfn = node_start_pfn;
6039         for (zone = 0; zone < zone_type; zone++)
6040                 *zone_start_pfn += zones_size[zone];
6041
6042         *zone_end_pfn = *zone_start_pfn + zones_size[zone_type];
6043
6044         return zones_size[zone_type];
6045 }
6046
6047 static inline unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
6048                                                 unsigned long zone_type,
6049                                                 unsigned long node_start_pfn,
6050                                                 unsigned long node_end_pfn,
6051                                                 unsigned long *zholes_size)
6052 {
6053         if (!zholes_size)
6054                 return 0;
6055
6056         return zholes_size[zone_type];
6057 }
6058
6059 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6060
6061 static void __meminit calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
6062                                                 unsigned long node_start_pfn,
6063                                                 unsigned long node_end_pfn,
6064                                                 unsigned long *zones_size,
6065                                                 unsigned long *zholes_size)
6066 {
6067         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
6068         enum zone_type i;
6069
6070         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6071                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
6072                 unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
6073                 unsigned long size, real_size;
6074
6075                 size = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
6076                                                   node_start_pfn,
6077                                                   node_end_pfn,
6078                                                   &zone_start_pfn,
6079                                                   &zone_end_pfn,
6080                                                   zones_size);
6081                 real_size = size - zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
6082                                                   node_start_pfn, node_end_pfn,
6083                                                   zholes_size);
6084                 if (size)
6085                         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
6086                 else
6087                         zone->zone_start_pfn = 0;
6088                 zone->spanned_pages = size;
6089                 zone->present_pages = real_size;
6090
6091                 totalpages += size;
6092                 realtotalpages += real_size;
6093         }
6094
6095         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
6096         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
6097         printk(KERN_DEBUG "On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id,
6098                                                         realtotalpages);
6099 }
6100
6101 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
6102 /*
6103  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
6104  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
6105  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
6106  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
6107  * bytes.
6108  */
6109 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
6110 {
6111         unsigned long usemapsize;
6112
6113         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
6114         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
6115         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
6116         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
6117         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
6118
6119         return usemapsize / 8;
6120 }
6121
6122 static void __ref setup_usemap(struct pglist_data *pgdat,
6123                                 struct zone *zone,
6124                                 unsigned long zone_start_pfn,
6125                                 unsigned long zonesize)
6126 {
6127         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone_start_pfn, zonesize);
6128         zone->pageblock_flags = NULL;
6129         if (usemapsize)
6130                 zone->pageblock_flags =
6131                         memblock_virt_alloc_node_nopanic(usemapsize,
6132                                                          pgdat->node_id);
6133 }
6134 #else
6135 static inline void setup_usemap(struct pglist_data *pgdat, struct zone *zone,
6136                                 unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize) {}
6137 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
6138
6139 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
6140
6141 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
6142 void __init set_pageblock_order(void)
6143 {
6144         unsigned int order;
6145
6146         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
6147         if (pageblock_order)
6148                 return;
6149
6150         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT)
6151                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
6152         else
6153                 order = MAX_ORDER - 1;
6154
6155         /*
6156          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
6157          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
6158          * powerpc.
6159          */
6160         pageblock_order = order;
6161 }
6162 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
6163
6164 /*
6165  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
6166  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
6167  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
6168  * the kernel config
6169  */
6170 void __init set_pageblock_order(void)
6171 {
6172 }
6173
6174 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
6175
6176 static unsigned long __init calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
6177                                                 unsigned long present_pages)
6178 {
6179         unsigned long pages = spanned_pages;
6180
6181         /*
6182          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
6183          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
6184          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
6185          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
6186          * populated regions may not be naturally aligned on page boundary.
6187          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
6188          */
6189         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
6190             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
6191                 pages = present_pages;
6192
6193         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
6194 }
6195
6196 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
6197 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat)
6198 {
6199         spin_lock_init(&pgdat->split_queue_lock);
6200         INIT_LIST_HEAD(&pgdat->split_queue);
6201         pgdat->split_queue_len = 0;
6202 }
6203 #else
6204 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat) {}
6205 #endif
6206
6207 #ifdef CONFIG_COMPACTION
6208 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat)
6209 {
6210         init_waitqueue_head(&pgdat->kcompactd_wait);
6211 }
6212 #else
6213 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat) {}
6214 #endif
6215
6216 static void __meminit pgdat_init_internals(struct pglist_data *pgdat)
6217 {
6218         pgdat_resize_init(pgdat);
6219
6220         pgdat_init_split_queue(pgdat);
6221         pgdat_init_kcompactd(pgdat);
6222
6223         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
6224         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
6225
6226         pgdat_page_ext_init(pgdat);
6227         spin_lock_init(&pgdat->lru_lock);
6228         lruvec_init(node_lruvec(pgdat));
6229 }
6230
6231 static void __meminit zone_init_internals(struct zone *zone, enum zone_type idx, int nid,
6232                                                         unsigned long remaining_pages)
6233 {
6234         zone->managed_pages = remaining_pages;
6235         zone_set_nid(zone, nid);
6236         zone->name = zone_names[idx];
6237         zone->zone_pgdat = NODE_DATA(nid);
6238         spin_lock_init(&zone->lock);
6239         zone_seqlock_init(zone);
6240         zone_pcp_init(zone);
6241 }
6242
6243 /*
6244  * Set up the zone data structures
6245  * - init pgdat internals
6246  * - init all zones belonging to this node
6247  *
6248  * NOTE: this function is only called during memory hotplug
6249  */
6250 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
6251 void __ref free_area_init_core_hotplug(int nid)
6252 {
6253         enum zone_type z;
6254         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6255
6256         pgdat_init_internals(pgdat);
6257         for (z = 0; z < MAX_NR_ZONES; z++)
6258                 zone_init_internals(&pgdat->node_zones[z], z, nid, 0);
6259 }
6260 #endif
6261
6262 /*
6263  * Set up the zone data structures:
6264  *   - mark all pages reserved
6265  *   - mark all memory queues empty
6266  *   - clear the memory bitmaps
6267  *
6268  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
6269  * NOTE: this function is only called during early init.
6270  */
6271 static void __init free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat)
6272 {
6273         enum zone_type j;
6274         int nid = pgdat->node_id;
6275
6276         pgdat_init_internals(pgdat);
6277         pgdat->per_cpu_nodestats = &boot_nodestats;
6278
6279         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6280                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
6281                 unsigned long size, freesize, memmap_pages;
6282                 unsigned long zone_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
6283
6284                 size = zone->spanned_pages;
6285                 freesize = zone->present_pages;
6286
6287                 /*
6288                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
6289                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
6290                  * and per-cpu initialisations
6291                  */
6292                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, freesize);
6293                 if (!is_highmem_idx(j)) {
6294                         if (freesize >= memmap_pages) {
6295                                 freesize -= memmap_pages;
6296                                 if (memmap_pages)
6297                                         printk(KERN_DEBUG
6298                                                "  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
6299                                                zone_names[j], memmap_pages);
6300                         } else
6301                                 pr_warn("  %s zone: %lu pages exceeds freesize %lu\n",
6302                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
6303                 }
6304
6305                 /* Account for reserved pages */
6306                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
6307                         freesize -= dma_reserve;
6308                         printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages reserved\n",
6309                                         zone_names[0], dma_reserve);
6310                 }
6311
6312                 if (!is_highmem_idx(j))
6313                         nr_kernel_pages += freesize;
6314                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
6315                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
6316                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
6317                 nr_all_pages += freesize;
6318
6319                 /*
6320                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
6321                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
6322                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
6323                  */
6324                 zone_init_internals(zone, j, nid, freesize);
6325
6326                 if (!size)
6327                         continue;
6328
6329                 set_pageblock_order();
6330                 setup_usemap(pgdat, zone, zone_start_pfn, size);
6331                 init_currently_empty_zone(zone, zone_start_pfn, size);
6332                 memmap_init(size, nid, j, zone_start_pfn);
6333         }
6334 }
6335
6336 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
6337 static void __ref alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
6338 {
6339         unsigned long __maybe_unused start = 0;
6340         unsigned long __maybe_unused offset = 0;
6341
6342         /* Skip empty nodes */
6343         if (!pgdat->node_spanned_pages)
6344                 return;
6345
6346         start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
6347         offset = pgdat->node_start_pfn - start;
6348         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
6349         if (!pgdat->node_mem_map) {
6350                 unsigned long size, end;
6351                 struct page *map;
6352
6353                 /*
6354                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
6355                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
6356                  * for the buddy allocator to function correctly.
6357                  */
6358                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
6359                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
6360                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
6361                 map = memblock_virt_alloc_node_nopanic(size, pgdat->node_id);
6362                 pgdat->node_mem_map = map + offset;
6363         }
6364         pr_debug("%s: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
6365                                 __func__, pgdat->node_id, (unsigned long)pgdat,
6366                                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
6367 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
6368         /*
6369          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
6370          */
6371         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
6372                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
6373 #if defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP) || defined(CONFIG_FLATMEM)
6374                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
6375                         mem_map -= offset;
6376 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6377         }
6378 #endif
6379 }
6380 #else
6381 static void __ref alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat) { }
6382 #endif /* CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
6383
6384 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
6385 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat)
6386 {
6387         /*
6388          * We start only with one section of pages, more pages are added as
6389          * needed until the rest of deferred pages are initialized.
6390          */
6391         pgdat->static_init_pgcnt = min_t(unsigned long, PAGES_PER_SECTION,
6392                                                 pgdat->node_spanned_pages);
6393         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
6394 }
6395 #else
6396 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat) {}
6397 #endif
6398
6399 void __init free_area_init_node(int nid, unsigned long *zones_size,
6400                                    unsigned long node_start_pfn,
6401                                    unsigned long *zholes_size)
6402 {
6403         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6404         unsigned long start_pfn = 0;
6405         unsigned long end_pfn = 0;
6406
6407         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
6408         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->kswapd_classzone_idx);
6409
6410         pgdat->node_id = nid;
6411         pgdat->node_start_pfn = node_start_pfn;
6412         pgdat->per_cpu_nodestats = NULL;
6413 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
6414         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
6415         pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
6416                 (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
6417                 end_pfn ? ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1 : 0);
6418 #else
6419         start_pfn = node_start_pfn;
6420 #endif
6421         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn,
6422                                   zones_size, zholes_size);
6423
6424         alloc_node_mem_map(pgdat);
6425         pgdat_set_deferred_range(pgdat);
6426
6427         free_area_init_core(pgdat);
6428 }
6429
6430 #if defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK) && !defined(CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP)
6431 /*
6432  * Only struct pages that are backed by physical memory are zeroed and
6433  * initialized by going through __init_single_page(). But, there are some
6434  * struct pages which are reserved in memblock allocator and their fields
6435  * may be accessed (for example page_to_pfn() on some configuration accesses
6436  * flags). We must explicitly zero those struct pages.
6437  */
6438 void __init zero_resv_unavail(void)
6439 {
6440         phys_addr_t start, end;
6441         unsigned long pfn;
6442         u64 i, pgcnt;
6443
6444         /*
6445          * Loop through ranges that are reserved, but do not have reported
6446          * physical memory backing.
6447          */
6448         pgcnt = 0;
6449         for_each_resv_unavail_range(i, &start, &end) {
6450                 for (pfn = PFN_DOWN(start); pfn < PFN_UP(end); pfn++) {
6451                         if (!pfn_valid(ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages))) {
6452                                 pfn = ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages)
6453                                         + pageblock_nr_pages - 1;
6454                                 continue;
6455                         }
6456                         mm_zero_struct_page(pfn_to_page(pfn));
6457                         pgcnt++;
6458                 }
6459         }
6460
6461         /*
6462          * Struct pages that do not have backing memory. This could be because
6463          * firmware is using some of this memory, or for some other reasons.
6464          * Once memblock is changed so such behaviour is not allowed: i.e.
6465          * list of "reserved" memory must be a subset of list of "memory", then
6466          * this code can be removed.
6467          */
6468         if (pgcnt)
6469                 pr_info("Reserved but unavailable: %lld pages", pgcnt);
6470 }
6471 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK && !CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
6472
6473 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
6474
6475 #if MAX_NUMNODES > 1
6476 /*
6477  * Figure out the number of possible node ids.
6478  */
6479 void __init setup_nr_node_ids(void)
6480 {
6481         unsigned int highest;
6482
6483         highest = find_last_bit(node_possible_map.bits, MAX_NUMNODES);
6484         nr_node_ids = highest + 1;
6485 }
6486 #endif
6487
6488 /**
6489  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
6490  *
6491  * This function should be called after node map is populated and sorted.
6492  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
6493  * all the nodes.
6494  *
6495  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
6496  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
6497  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
6498  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
6499  *
6500  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
6501  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
6502  * populated node map.
6503  *
6504  * Returns the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
6505  * requirement (single node).
6506  */
6507 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
6508 {
6509         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
6510         unsigned long start, end, mask;
6511         int last_nid = -1;
6512         int i, nid;
6513
6514         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
6515                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
6516                         last_nid = nid;
6517                         last_end = end;
6518                         continue;
6519                 }
6520
6521                 /*
6522                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
6523                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
6524                  * too coarse to separate the current node from the last.
6525                  */
6526                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
6527                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
6528                         mask <<= 1;
6529
6530                 /* accumulate all internode masks */
6531                 accl_mask |= mask;
6532         }
6533
6534         /* convert mask to number of pages */
6535         return ~accl_mask + 1;
6536 }
6537
6538 /* Find the lowest pfn for a node */
6539 static unsigned long __init find_min_pfn_for_node(int nid)
6540 {
6541         unsigned long min_pfn = ULONG_MAX;
6542         unsigned long start_pfn;
6543         int i;
6544
6545         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, NULL, NULL)
6546                 min_pfn = min(min_pfn, start_pfn);
6547
6548         if (min_pfn == ULONG_MAX) {
6549                 pr_warn("Could not find start_pfn for node %d\n", nid);
6550                 return 0;
6551         }
6552
6553         return min_pfn;
6554 }
6555
6556 /**
6557  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
6558  *
6559  * It returns the minimum PFN based on information provided via
6560  * memblock_set_node().
6561  */
6562 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
6563 {
6564         return find_min_pfn_for_node(MAX_NUMNODES);
6565 }
6566
6567 /*
6568  * early_calculate_totalpages()
6569  * Sum pages in active regions for movable zone.
6570  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
6571  */
6572 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
6573 {
6574         unsigned long totalpages = 0;
6575         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6576         int i, nid;
6577
6578         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
6579                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
6580
6581                 totalpages += pages;
6582                 if (pages)
6583                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
6584         }
6585         return totalpages;
6586 }
6587
6588 /*
6589  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
6590  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
6591  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
6592  * others
6593  */
6594 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
6595 {
6596         int i, nid;
6597         unsigned long usable_startpfn;
6598         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
6599         /* save the state before borrow the nodemask */
6600         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
6601         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
6602         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
6603         struct memblock_region *r;
6604
6605         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
6606         find_usable_zone_for_movable();
6607
6608         /*
6609          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
6610          * options.
6611          */
6612         if (movable_node_is_enabled()) {
6613                 for_each_memblock(memory, r) {
6614                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
6615                                 continue;
6616
6617                         nid = r->nid;
6618
6619                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
6620                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
6621                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
6622                                 usable_startpfn;
6623                 }
6624
6625                 goto out2;
6626         }
6627
6628         /*
6629          * If kernelcore=mirror is specified, ignore movablecore option
6630          */
6631         if (mirrored_kernelcore) {
6632                 bool mem_below_4gb_not_mirrored = false;
6633
6634                 for_each_memblock(memory, r) {
6635                         if (memblock_is_mirror(r))
6636                                 continue;
6637
6638                         nid = r->nid;
6639
6640                         usable_startpfn = memblock_region_memory_base_pfn(r);
6641
6642                         if (usable_startpfn < 0x100000) {
6643                                 mem_below_4gb_not_mirrored = true;
6644                                 continue;
6645                         }
6646
6647                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
6648                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
6649                                 usable_startpfn;
6650                 }
6651
6652                 if (mem_below_4gb_not_mirrored)
6653                         pr_warn("This configuration results in unmirrored kernel memory.");
6654
6655                 goto out2;
6656         }
6657
6658         /*
6659          * If kernelcore=nn% or movablecore=nn% was specified, calculate the
6660          * amount of necessary memory.
6661          */
6662         if (required_kernelcore_percent)
6663                 required_kernelcore = (totalpages * 100 * required_kernelcore_percent) /
6664                                        10000UL;
6665         if (required_movablecore_percent)
6666                 required_movablecore = (totalpages * 100 * required_movablecore_percent) /
6667                                         10000UL;
6668
6669         /*
6670          * If movablecore= was specified, calculate what size of
6671          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
6672          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
6673          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
6674          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
6675          * what movablecore would have allowed.
6676          */
6677         if (required_movablecore) {
6678                 unsigned long corepages;
6679
6680                 /*
6681                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
6682                  * was requested by the user
6683                  */
6684                 required_movablecore =
6685                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
6686                 required_movablecore = min(totalpages, required_movablecore);
6687                 corepages = totalpages - required_movablecore;
6688
6689                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
6690         }
6691
6692         /*
6693          * If kernelcore was not specified or kernelcore size is larger
6694          * than totalpages, there is no ZONE_MOVABLE.
6695          */
6696         if (!required_kernelcore || required_kernelcore >= totalpages)
6697                 goto out;
6698
6699         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
6700         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
6701
6702 restart:
6703         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
6704         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
6705         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
6706                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
6707
6708                 /*
6709                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
6710                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
6711                  * amount of memory for the kernel
6712                  */
6713                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
6714                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
6715
6716                 /*
6717                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
6718                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
6719                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
6720                  */
6721                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
6722
6723                 /* Go through each range of PFNs within this node */
6724                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
6725                         unsigned long size_pages;
6726
6727                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
6728                         if (start_pfn >= end_pfn)
6729                                 continue;
6730
6731                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
6732                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
6733                                 unsigned long kernel_pages;
6734                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
6735                                                                 - start_pfn;
6736
6737                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
6738                                                         kernelcore_remaining);
6739                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
6740                                                         required_kernelcore);
6741
6742                                 /* Continue if range is now fully accounted */
6743                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
6744
6745                                         /*
6746                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
6747                                          * that if we have to rebalance
6748                                          * kernelcore across nodes, we will
6749                                          * not double account here
6750                                          */
6751                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
6752                                         continue;
6753                                 }
6754                                 start_pfn = usable_startpfn;
6755                         }
6756
6757                         /*
6758                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
6759                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
6760                          * number of pages used as kernelcore
6761                          */
6762                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
6763                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
6764                                 size_pages = kernelcore_remaining;
6765                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
6766
6767                         /*
6768                          * Some kernelcore has been met, update counts and
6769                          * break if the kernelcore for this node has been
6770                          * satisfied
6771                          */
6772                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
6773                                                                 size_pages);
6774                         kernelcore_remaining -= size_pages;
6775                         if (!kernelcore_remaining)
6776                                 break;
6777                 }
6778         }
6779
6780         /*
6781          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
6782          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
6783          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
6784          * satisfied
6785          */
6786         usable_nodes--;
6787         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
6788                 goto restart;
6789
6790 out2:
6791         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
6792         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++)
6793                 zone_movable_pfn[nid] =
6794                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
6795
6796 out:
6797         /* restore the node_state */
6798         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
6799 }
6800
6801 /* Any regular or high memory on that node ? */
6802 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
6803 {
6804         enum zone_type zone_type;
6805
6806         if (N_MEMORY == N_NORMAL_MEMORY)
6807                 return;
6808
6809         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
6810                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
6811                 if (populated_zone(zone)) {
6812                         node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
6813                         if (N_NORMAL_MEMORY != N_HIGH_MEMORY &&
6814                             zone_type <= ZONE_NORMAL)
6815                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
6816                         break;
6817                 }
6818         }
6819 }
6820
6821 /**
6822  * free_area_init_nodes - Initialise all pg_data_t and zone data
6823  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
6824  *
6825  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
6826  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
6827  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
6828  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
6829  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
6830  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
6831  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
6832  * at arch_max_dma_pfn.
6833  */
6834 void __init free_area_init_nodes(unsigned long *max_zone_pfn)
6835 {
6836         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6837         int i, nid;
6838
6839         /* Record where the zone boundaries are */
6840         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
6841                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
6842         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
6843                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
6844
6845         start_pfn = find_min_pfn_with_active_regions();
6846
6847         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6848                 if (i == ZONE_MOVABLE)
6849                         continue;
6850
6851                 end_pfn = max(max_zone_pfn[i], start_pfn);
6852                 arch_zone_lowest_possible_pfn[i] = start_pfn;
6853                 arch_zone_highest_possible_pfn[i] = end_pfn;
6854
6855                 start_pfn = end_pfn;
6856         }
6857
6858         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
6859         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
6860         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
6861
6862         /* Print out the zone ranges */
6863         pr_info("Zone ranges:\n");
6864         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6865                 if (i == ZONE_MOVABLE)
6866                         continue;
6867                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
6868                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
6869                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
6870                         pr_cont("empty\n");
6871                 else
6872                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
6873                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
6874                                         << PAGE_SHIFT,
6875                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
6876                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
6877         }
6878
6879         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
6880         pr_info("Movable zone start for each node\n");
6881         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
6882                 if (zone_movable_pfn[i])
6883                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
6884                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
6885         }
6886
6887         /* Print out the early node map */
6888         pr_info("Early memory node ranges\n");
6889         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid)
6890                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
6891                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
6892                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
6893
6894         /* Initialise every node */
6895         mminit_verify_pageflags_layout();
6896         setup_nr_node_ids();
6897         zero_resv_unavail();
6898         for_each_online_node(nid) {
6899                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6900                 free_area_init_node(nid, NULL,
6901                                 find_min_pfn_for_node(nid), NULL);
6902
6903                 /* Any memory on that node */
6904                 if (pgdat->node_present_pages)
6905                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
6906                 check_for_memory(pgdat, nid);
6907         }
6908 }
6909
6910 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core,
6911                                      unsigned long *percent)
6912 {
6913         unsigned long long coremem;
6914         char *endptr;
6915
6916         if (!p)
6917                 return -EINVAL;
6918
6919         /* Value may be a percentage of total memory, otherwise bytes */
6920         coremem = simple_strtoull(p, &endptr, 0);
6921         if (*endptr == '%') {
6922                 /* Paranoid check for percent values greater than 100 */
6923                 WARN_ON(coremem > 100);
6924
6925                 *percent = coremem;
6926         } else {
6927                 coremem = memparse(p, &p);
6928                 /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
6929                 WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
6930
6931                 *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
6932                 *percent = 0UL;
6933         }
6934         return 0;
6935 }
6936
6937 /*
6938  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
6939  * cannot be reclaimed or migrated.
6940  */
6941 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
6942 {
6943         /* parse kernelcore=mirror */
6944         if (parse_option_str(p, "mirror")) {
6945                 mirrored_kernelcore = true;
6946                 return 0;
6947         }
6948
6949         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore,
6950                                   &required_kernelcore_percent);
6951 }
6952
6953 /*
6954  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
6955  * can be reclaimed or migrated.
6956  */
6957 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
6958 {
6959         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore,
6960                                   &required_movablecore_percent);
6961 }
6962
6963 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
6964 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
6965
6966 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6967
6968 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
6969 {
6970         spin_lock(&managed_page_count_lock);
6971         page_zone(page)->managed_pages += count;
6972         totalram_pages += count;
6973 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
6974         if (PageHighMem(page))
6975                 totalhigh_pages += count;
6976 #endif
6977         spin_unlock(&managed_page_count_lock);
6978 }
6979 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
6980
6981 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, char *s)
6982 {
6983         void *pos;
6984         unsigned long pages = 0;
6985
6986         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
6987         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
6988         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
6989                 struct page *page = virt_to_page(pos);
6990                 void *direct_map_addr;
6991
6992                 /*
6993                  * 'direct_map_addr' might be different from 'pos'
6994                  * because some architectures' virt_to_page()
6995                  * work with aliases.  Getting the direct map
6996                  * address ensures that we get a _writeable_
6997                  * alias for the memset().
6998                  */
6999                 direct_map_addr = page_address(page);
7000                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
7001                         memset(direct_map_addr, poison, PAGE_SIZE);
7002
7003                 free_reserved_page(page);
7004         }
7005
7006         if (pages && s)
7007                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK\n",
7008                         s, pages << (PAGE_SHIFT - 10));
7009
7010         return pages;
7011 }
7012 EXPORT_SYMBOL(free_reserved_area);
7013
7014 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7015 void free_highmem_page(struct page *page)
7016 {
7017         __free_reserved_page(page);
7018         totalram_pages++;
7019         page_zone(page)->managed_pages++;
7020         totalhigh_pages++;
7021 }
7022 #endif
7023
7024
7025 void __init mem_init_print_info(const char *str)
7026 {
7027         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
7028         unsigned long init_code_size, init_data_size;
7029
7030         physpages = get_num_physpages();
7031         codesize = _etext - _stext;
7032         datasize = _edata - _sdata;
7033         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
7034         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
7035         init_data_size = __init_end - __init_begin;
7036         init_code_size = _einittext - _sinittext;
7037
7038         /*
7039          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
7040          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
7041          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
7042          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
7043          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
7044          */
7045 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
7046         do { \
7047                 if (start <= pos && pos < end && size > adj) \
7048                         size -= adj; \
7049         } while (0)
7050
7051         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
7052                      _sinittext, init_code_size);
7053         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
7054         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
7055         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
7056         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
7057
7058 #undef  adj_init_size
7059
7060         pr_info("Memory: %luK/%luK available (%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, %luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
7061 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7062                 ", %luK highmem"
7063 #endif
7064                 "%s%s)\n",
7065                 nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
7066                 physpages << (PAGE_SHIFT - 10),
7067                 codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
7068                 (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
7069                 (physpages - totalram_pages - totalcma_pages) << (PAGE_SHIFT - 10),
7070                 totalcma_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
7071 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7072                 totalhigh_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
7073 #endif
7074                 str ? ", " : "", str ? str : "");
7075 }
7076
7077 /**
7078  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
7079  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
7080  *
7081  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by managed_pages.
7082  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
7083  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
7084  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
7085  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
7086  * smaller per-cpu batchsize.
7087  */
7088 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
7089 {
7090         dma_reserve = new_dma_reserve;
7091 }
7092
7093 void __init free_area_init(unsigned long *zones_size)
7094 {
7095         zero_resv_unavail();
7096         free_area_init_node(0, zones_size,
7097                         __pa(PAGE_OFFSET) >> PAGE_SHIFT, NULL);
7098 }
7099
7100 static int page_alloc_cpu_dead(unsigned int cpu)
7101 {
7102
7103         lru_add_drain_cpu(cpu);
7104         drain_pages(cpu);
7105
7106         /*
7107          * Spill the event counters of the dead processor
7108          * into the current processors event counters.
7109          * This artificially elevates the count of the current
7110          * processor.
7111          */
7112         vm_events_fold_cpu(cpu);
7113
7114         /*
7115          * Zero the differential counters of the dead processor
7116          * so that the vm statistics are consistent.
7117          *
7118          * This is only okay since the processor is dead and cannot
7119          * race with what we are doing.
7120          */
7121         cpu_vm_stats_fold(cpu);
7122         return 0;
7123 }
7124
7125 void __init page_alloc_init(void)
7126 {
7127         int ret;
7128
7129         ret = cpuhp_setup_state_nocalls(CPUHP_PAGE_ALLOC_DEAD,
7130                                         "mm/page_alloc:dead", NULL,
7131                                         page_alloc_cpu_dead);
7132         WARN_ON(ret < 0);
7133 }
7134
7135 /*
7136  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
7137  *      or min_free_kbytes changes.
7138  */
7139 static void calculate_totalreserve_pages(void)
7140 {
7141         struct pglist_data *pgdat;
7142         unsigned long reserve_pages = 0;
7143         enum zone_type i, j;
7144
7145         for_each_online_pgdat(pgdat) {
7146
7147                 pgdat->totalreserve_pages = 0;
7148
7149                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7150                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
7151                         long max = 0;
7152
7153                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
7154                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
7155                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
7156                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
7157                         }
7158
7159                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
7160                         max += high_wmark_pages(zone);
7161
7162                         if (max > zone->managed_pages)
7163                                 max = zone->managed_pages;
7164
7165                         pgdat->totalreserve_pages += max;
7166
7167                         reserve_pages += max;
7168                 }
7169         }
7170         totalreserve_pages = reserve_pages;
7171 }
7172
7173 /*
7174  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
7175  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
7176  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
7177  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
7178  */
7179 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
7180 {
7181         struct pglist_data *pgdat;
7182         enum zone_type j, idx;
7183
7184         for_each_online_pgdat(pgdat) {
7185                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
7186                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
7187                         unsigned long managed_pages = zone->managed_pages;
7188
7189                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
7190
7191                         idx = j;
7192                         while (idx) {
7193                                 struct zone *lower_zone;
7194
7195                                 idx--;
7196                                 lower_zone = pgdat->node_zones + idx;
7197
7198                                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] < 1) {
7199                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] = 0;
7200                                         lower_zone->lowmem_reserve[j] = 0;
7201                                 } else {
7202                                         lower_zone->lowmem_reserve[j] =
7203                                                 managed_pages / sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx];
7204                                 }
7205                                 managed_pages += lower_zone->managed_pages;
7206                         }
7207                 }
7208         }
7209
7210         /* update totalreserve_pages */
7211         calculate_totalreserve_pages();
7212 }
7213
7214 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
7215 {
7216         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
7217         unsigned long lowmem_pages = 0;
7218         struct zone *zone;
7219         unsigned long flags;
7220
7221         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
7222         for_each_zone(zone) {
7223                 if (!is_highmem(zone))
7224                         lowmem_pages += zone->managed_pages;
7225         }
7226
7227         for_each_zone(zone) {
7228                 u64 tmp;
7229
7230                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7231                 tmp = (u64)pages_min * zone->managed_pages;
7232                 do_div(tmp, lowmem_pages);
7233                 if (is_highmem(zone)) {
7234                         /*
7235                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
7236                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
7237                          * value here.
7238                          *
7239                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
7240                          * deltas control asynch page reclaim, and so should
7241                          * not be capped for highmem.
7242                          */
7243                         unsigned long min_pages;
7244
7245                         min_pages = zone->managed_pages / 1024;
7246                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
7247                         zone->watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
7248                 } else {
7249                         /*
7250                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
7251                          * proportionate to the zone's size.
7252                          */
7253                         zone->watermark[WMARK_MIN] = tmp;
7254                 }
7255
7256                 /*
7257                  * Set the kswapd watermarks distance according to the
7258                  * scale factor in proportion to available memory, but
7259                  * ensure a minimum size on small systems.
7260                  */
7261                 tmp = max_t(u64, tmp >> 2,
7262                             mult_frac(zone->managed_pages,
7263                                       watermark_scale_factor, 10000));
7264
7265                 zone->watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + tmp;
7266                 zone->watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) + tmp * 2;
7267
7268                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7269         }
7270
7271         /* update totalreserve_pages */
7272         calculate_totalreserve_pages();
7273 }
7274
7275 /**
7276  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
7277  * or when memory is hot-{added|removed}
7278  *
7279  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
7280  * correctly with respect to min_free_kbytes.
7281  */
7282 void setup_per_zone_wmarks(void)
7283 {
7284         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
7285
7286         spin_lock(&lock);
7287         __setup_per_zone_wmarks();
7288         spin_unlock(&lock);
7289 }
7290
7291 /*
7292  * Initialise min_free_kbytes.
7293  *
7294  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
7295  * we want it large (64MB max).  But it is not linear, because network
7296  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
7297  *
7298  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
7299  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
7300  *
7301  * which yields
7302  *
7303  * 16MB:        512k
7304  * 32MB:        724k
7305  * 64MB:        1024k
7306  * 128MB:       1448k
7307  * 256MB:       2048k
7308  * 512MB:       2896k
7309  * 1024MB:      4096k
7310  * 2048MB:      5792k
7311  * 4096MB:      8192k
7312  * 8192MB:      11584k
7313  * 16384MB:     16384k
7314  */
7315 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
7316 {
7317         unsigned long lowmem_kbytes;
7318         int new_min_free_kbytes;
7319
7320         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
7321         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
7322
7323         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes) {
7324                 min_free_kbytes = new_min_free_kbytes;
7325                 if (min_free_kbytes < 128)
7326                         min_free_kbytes = 128;
7327                 if (min_free_kbytes > 65536)
7328                         min_free_kbytes = 65536;
7329         } else {
7330                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
7331                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
7332         }
7333         setup_per_zone_wmarks();
7334         refresh_zone_stat_thresholds();
7335         setup_per_zone_lowmem_reserve();
7336
7337 #ifdef CONFIG_NUMA
7338         setup_min_unmapped_ratio();
7339         setup_min_slab_ratio();
7340 #endif
7341
7342         return 0;
7343 }
7344 core_initcall(init_per_zone_wmark_min)
7345
7346 /*
7347  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
7348  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
7349  *      changes.
7350  */
7351 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7352         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7353 {
7354         int rc;
7355
7356         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7357         if (rc)
7358                 return rc;
7359
7360         if (write) {
7361                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
7362                 setup_per_zone_wmarks();
7363         }
7364         return 0;
7365 }
7366
7367 int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7368         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7369 {
7370         int rc;
7371
7372         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7373         if (rc)
7374                 return rc;
7375
7376         if (write)
7377                 setup_per_zone_wmarks();
7378
7379         return 0;
7380 }
7381
7382 #ifdef CONFIG_NUMA
7383 static void setup_min_unmapped_ratio(void)
7384 {
7385         pg_data_t *pgdat;
7386         struct zone *zone;
7387
7388         for_each_online_pgdat(pgdat)
7389                 pgdat->min_unmapped_pages = 0;
7390
7391         for_each_zone(zone)
7392                 zone->zone_pgdat->min_unmapped_pages += (zone->managed_pages *
7393                                 sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
7394 }
7395
7396
7397 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7398         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7399 {
7400         int rc;
7401
7402         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7403         if (rc)
7404                 return rc;
7405
7406         setup_min_unmapped_ratio();
7407
7408         return 0;
7409 }
7410
7411 static void setup_min_slab_ratio(void)
7412 {
7413         pg_data_t *pgdat;
7414         struct zone *zone;
7415
7416         for_each_online_pgdat(pgdat)
7417                 pgdat->min_slab_pages = 0;
7418
7419         for_each_zone(zone)
7420                 zone->zone_pgdat->min_slab_pages += (zone->managed_pages *
7421                                 sysctl_min_slab_ratio) / 100;
7422 }
7423
7424 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7425         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7426 {
7427         int rc;
7428
7429         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7430         if (rc)
7431                 return rc;
7432
7433         setup_min_slab_ratio();
7434
7435         return 0;
7436 }
7437 #endif
7438
7439 /*
7440  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
7441  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
7442  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
7443  *
7444  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
7445  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
7446  * if in function of the boot time zone sizes.
7447  */
7448 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7449         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7450 {
7451         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7452         setup_per_zone_lowmem_reserve();
7453         return 0;
7454 }
7455
7456 /*
7457  * percpu_pagelist_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
7458  * cpu.  It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
7459  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
7460  */
7461 int percpu_pagelist_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7462         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7463 {
7464         struct zone *zone;
7465         int old_percpu_pagelist_fraction;
7466         int ret;
7467
7468         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
7469         old_percpu_pagelist_fraction = percpu_pagelist_fraction;
7470
7471         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7472         if (!write || ret < 0)
7473                 goto out;
7474
7475         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
7476         if (percpu_pagelist_fraction &&
7477             percpu_pagelist_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION) {
7478                 percpu_pagelist_fraction = old_percpu_pagelist_fraction;
7479                 ret = -EINVAL;
7480                 goto out;
7481         }
7482
7483         /* No change? */
7484         if (percpu_pagelist_fraction == old_percpu_pagelist_fraction)
7485                 goto out;
7486
7487         for_each_populated_zone(zone) {
7488                 unsigned int cpu;
7489
7490                 for_each_possible_cpu(cpu)
7491                         pageset_set_high_and_batch(zone,
7492                                         per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
7493         }
7494 out:
7495         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
7496         return ret;
7497 }
7498
7499 #ifdef CONFIG_NUMA
7500 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
7501
7502 static int __init set_hashdist(char *str)
7503 {
7504         if (!str)
7505                 return 0;
7506         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
7507         return 1;
7508 }
7509 __setup("hashdist=", set_hashdist);
7510 #endif
7511
7512 #ifndef __HAVE_ARCH_RESERVED_KERNEL_PAGES
7513 /*
7514  * Returns the number of pages that arch has reserved but
7515  * is not known to alloc_large_system_hash().
7516  */
7517 static unsigned long __init arch_reserved_kernel_pages(void)
7518 {
7519         return 0;
7520 }
7521 #endif
7522
7523 /*
7524  * Adaptive scale is meant to reduce sizes of hash tables on large memory
7525  * machines. As memory size is increased the scale is also increased but at
7526  * slower pace.  Starting from ADAPT_SCALE_BASE (64G), every time memory
7527  * quadruples the scale is increased by one, which means the size of hash table
7528  * only doubles, instead of quadrupling as well.
7529  * Because 32-bit systems cannot have large physical memory, where this scaling
7530  * makes sense, it is disabled on such platforms.
7531  */
7532 #if __BITS_PER_LONG > 32
7533 #define ADAPT_SCALE_BASE        (64ul << 30)
7534 #define ADAPT_SCALE_SHIFT       2
7535 #define ADAPT_SCALE_NPAGES      (ADAPT_SCALE_BASE >> PAGE_SHIFT)
7536 #endif
7537
7538 /*
7539  * allocate a large system hash table from bootmem
7540  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
7541  *   quantity of entries
7542  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
7543  */
7544 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
7545                                      unsigned long bucketsize,
7546                                      unsigned long numentries,
7547                                      int scale,
7548                                      int flags,
7549                                      unsigned int *_hash_shift,
7550                                      unsigned int *_hash_mask,
7551                                      unsigned long low_limit,
7552                                      unsigned long high_limit)
7553 {
7554         unsigned long long max = high_limit;
7555         unsigned long log2qty, size;
7556         void *table = NULL;
7557         gfp_t gfp_flags;
7558
7559         /* allow the kernel cmdline to have a say */
7560         if (!numentries) {
7561                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
7562                 numentries = nr_kernel_pages;
7563                 numentries -= arch_reserved_kernel_pages();
7564
7565                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
7566                 if (PAGE_SHIFT < 20)
7567                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
7568
7569 #if __BITS_PER_LONG > 32
7570                 if (!high_limit) {
7571                         unsigned long adapt;
7572
7573                         for (adapt = ADAPT_SCALE_NPAGES; adapt < numentries;
7574                              adapt <<= ADAPT_SCALE_SHIFT)
7575                                 scale++;
7576                 }
7577 #endif
7578
7579                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
7580                 if (scale > PAGE_SHIFT)
7581                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
7582                 else
7583                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
7584
7585                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
7586                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
7587                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
7588                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
7589                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
7590                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
7591                                 BUG_ON(!numentries);
7592                         }
7593                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
7594                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
7595         }
7596         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
7597
7598         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
7599         if (max == 0) {
7600                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
7601                 do_div(max, bucketsize);
7602         }
7603         max = min(max, 0x80000000ULL);
7604
7605         if (numentries < low_limit)
7606                 numentries = low_limit;
7607         if (numentries > max)
7608                 numentries = max;
7609
7610         log2qty = ilog2(numentries);
7611
7612         gfp_flags = (flags & HASH_ZERO) ? GFP_ATOMIC | __GFP_ZERO : GFP_ATOMIC;
7613         do {
7614                 size = bucketsize << log2qty;
7615                 if (flags & HASH_EARLY) {
7616                         if (flags & HASH_ZERO)
7617                                 table = memblock_virt_alloc_nopanic(size, 0);
7618                         else
7619                                 table = memblock_virt_alloc_raw(size, 0);
7620                 } else if (hashdist) {
7621                         table = __vmalloc(size, gfp_flags, PAGE_KERNEL);
7622                 } else {
7623                         /*
7624                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
7625                          * some pages at the end of hash table which
7626                          * alloc_pages_exact() automatically does
7627                          */
7628                         if (get_order(size) < MAX_ORDER) {
7629                                 table = alloc_pages_exact(size, gfp_flags);
7630                                 kmemleak_alloc(table, size, 1, gfp_flags);
7631                         }
7632                 }
7633         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
7634
7635         if (!table)
7636                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
7637
7638         pr_info("%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes)\n",
7639                 tablename, 1UL << log2qty, ilog2(size) - PAGE_SHIFT, size);
7640
7641         if (_hash_shift)
7642                 *_hash_shift = log2qty;
7643         if (_hash_mask)
7644                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
7645
7646         return table;
7647 }
7648
7649 /*
7650  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
7651  * If @count is not zero, it is okay to include less @count unmovable pages
7652  *
7653  * PageLRU check without isolation or lru_lock could race so that
7654  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. And __PageMovable
7655  * check without lock_page also may miss some movable non-lru pages at
7656  * race condition. So you can't expect this function should be exact.
7657  */
7658 bool has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page, int count,
7659                          int migratetype,
7660                          bool skip_hwpoisoned_pages)
7661 {
7662         unsigned long pfn, iter, found;
7663
7664         /*
7665          * TODO we could make this much more efficient by not checking every
7666          * page in the range if we know all of them are in MOVABLE_ZONE and
7667          * that the movable zone guarantees that pages are migratable but
7668          * the later is not the case right now unfortunatelly. E.g. movablecore
7669          * can still lead to having bootmem allocations in zone_movable.
7670          */
7671
7672         /*
7673          * CMA allocations (alloc_contig_range) really need to mark isolate
7674          * CMA pageblocks even when they are not movable in fact so consider
7675          * them movable here.
7676          */
7677         if (is_migrate_cma(migratetype) &&
7678                         is_migrate_cma(get_pageblock_migratetype(page)))
7679                 return false;
7680
7681         pfn = page_to_pfn(page);
7682         for (found = 0, iter = 0; iter < pageblock_nr_pages; iter++) {
7683                 unsigned long check = pfn + iter;
7684
7685                 if (!pfn_valid_within(check))
7686                         continue;
7687
7688                 page = pfn_to_page(check);
7689
7690                 if (PageReserved(page))
7691                         goto unmovable;
7692
7693                 /*
7694                  * Hugepages are not in LRU lists, but they're movable.
7695                  * We need not scan over tail pages bacause we don't
7696                  * handle each tail page individually in migration.
7697                  */
7698                 if (PageHuge(page)) {
7699
7700                         if (!hugepage_migration_supported(page_hstate(page)))
7701                                 goto unmovable;
7702
7703                         iter = round_up(iter + 1, 1<<compound_order(page)) - 1;
7704                         continue;
7705                 }
7706
7707                 /*
7708                  * We can't use page_count without pin a page
7709                  * because another CPU can free compound page.
7710                  * This check already skips compound tails of THP
7711                  * because their page->_refcount is zero at all time.
7712                  */
7713                 if (!page_ref_count(page)) {
7714                         if (PageBuddy(page))
7715                                 iter += (1 << page_order(page)) - 1;
7716                         continue;
7717                 }
7718
7719                 /*
7720                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
7721                  * page_count() is not 0.
7722                  */
7723                 if (skip_hwpoisoned_pages && PageHWPoison(page))
7724                         continue;
7725
7726                 if (__PageMovable(page))
7727                         continue;
7728
7729                 if (!PageLRU(page))
7730                         found++;
7731                 /*
7732                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check
7733                  * it.  But now, memory offline itself doesn't call
7734                  * shrink_node_slabs() and it still to be fixed.
7735                  */
7736                 /*
7737                  * If the page is not RAM, page_count()should be 0.
7738                  * we don't need more check. This is an _used_ not-movable page.
7739                  *
7740                  * The problematic thing here is PG_reserved pages. PG_reserved
7741                  * is set to both of a memory hole page and a _used_ kernel
7742                  * page at boot.
7743                  */
7744                 if (found > count)
7745                         goto unmovable;
7746         }
7747         return false;
7748 unmovable:
7749         WARN_ON_ONCE(zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE);
7750         return true;
7751 }
7752
7753 #if (defined(CONFIG_MEMORY_ISOLATION) && defined(CONFIG_COMPACTION)) || defined(CONFIG_CMA)
7754
7755 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
7756 {
7757         return pfn & ~(max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
7758                              pageblock_nr_pages) - 1);
7759 }
7760
7761 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
7762 {
7763         return ALIGN(pfn, max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
7764                                 pageblock_nr_pages));
7765 }
7766
7767 /* [start, end) must belong to a single zone. */
7768 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
7769                                         unsigned long start, unsigned long end)
7770 {
7771         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
7772         unsigned long nr_reclaimed;
7773         unsigned long pfn = start;
7774         unsigned int tries = 0;
7775         int ret = 0;
7776
7777         migrate_prep();
7778
7779         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
7780                 if (fatal_signal_pending(current)) {
7781                         ret = -EINTR;
7782                         break;
7783                 }
7784
7785                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
7786                         cc->nr_migratepages = 0;
7787                         pfn = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
7788                         if (!pfn) {
7789                                 ret = -EINTR;
7790                                 break;
7791                         }
7792                         tries = 0;
7793                 } else if (++tries == 5) {
7794                         ret = ret < 0 ? ret : -EBUSY;
7795                         break;
7796                 }
7797
7798                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
7799                                                         &cc->migratepages);
7800                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
7801
7802                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migrate_target,
7803                                     NULL, 0, cc->mode, MR_CONTIG_RANGE);
7804         }
7805         if (ret < 0) {
7806                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
7807                 return ret;
7808         }
7809         return 0;
7810 }
7811
7812 /**
7813  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
7814  * @start:      start PFN to allocate
7815  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
7816  * @migratetype:        migratetype of the underlaying pageblocks (either
7817  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
7818  *                      in range must have the same migratetype and it must
7819  *                      be either of the two.
7820  * @gfp_mask:   GFP mask to use during compaction
7821  *
7822  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
7823  * aligned.  The PFN range must belong to a single zone.
7824  *
7825  * The first thing this routine does is attempt to MIGRATE_ISOLATE all
7826  * pageblocks in the range.  Once isolated, the pageblocks should not
7827  * be modified by others.
7828  *
7829  * Returns zero on success or negative error code.  On success all
7830  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
7831  * need to be freed with free_contig_range().
7832  */
7833 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
7834                        unsigned migratetype, gfp_t gfp_mask)
7835 {
7836         unsigned long outer_start, outer_end;
7837         unsigned int order;
7838         int ret = 0;
7839
7840         struct compact_control cc = {
7841                 .nr_migratepages = 0,
7842                 .order = -1,
7843                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
7844                 .mode = MIGRATE_SYNC,
7845                 .ignore_skip_hint = true,
7846                 .no_set_skip_hint = true,
7847                 .gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask),
7848         };
7849         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
7850
7851         /*
7852          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
7853          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
7854          * have different sizes, and due to the way page allocator
7855          * work, we align the range to biggest of the two pages so
7856          * that page allocator won't try to merge buddies from
7857          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
7858          * other migration type.
7859          *
7860          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
7861          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
7862          * we are interested in).  This will put all the pages in
7863          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
7864          *
7865          * When this is done, we take the pages in range from page
7866          * allocator removing them from the buddy system.  This way
7867          * page allocator will never consider using them.
7868          *
7869          * This lets us mark the pageblocks back as
7870          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
7871          * aligned range but not in the unaligned, original range are
7872          * put back to page allocator so that buddy can use them.
7873          */
7874
7875         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
7876                                        pfn_max_align_up(end), migratetype,
7877                                        false);
7878         if (ret)
7879                 return ret;
7880
7881         /*
7882          * In case of -EBUSY, we'd like to know which page causes problem.
7883          * So, just fall through. test_pages_isolated() has a tracepoint
7884          * which will report the busy page.
7885          *
7886          * It is possible that busy pages could become available before
7887          * the call to test_pages_isolated, and the range will actually be
7888          * allocated.  So, if we fall through be sure to clear ret so that
7889          * -EBUSY is not accidentally used or returned to caller.
7890          */
7891         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
7892         if (ret && ret != -EBUSY)
7893                 goto done;
7894         ret =0;
7895
7896         /*
7897          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
7898          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
7899          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
7900          * What we are going to do is to allocate all pages from
7901          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
7902          *
7903          * The only problem is that pages at the beginning and at the
7904          * end of interesting range may be not aligned with pages that
7905          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
7906          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
7907          * once this is done free the pages we are not interested in.
7908          *
7909          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
7910          * isolated thus they won't get removed from buddy.
7911          */
7912
7913         lru_add_drain_all();
7914         drain_all_pages(cc.zone);
7915
7916         order = 0;
7917         outer_start = start;
7918         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
7919                 if (++order >= MAX_ORDER) {
7920                         outer_start = start;
7921                         break;
7922                 }
7923                 outer_start &= ~0UL << order;
7924         }
7925
7926         if (outer_start != start) {
7927                 order = page_order(pfn_to_page(outer_start));
7928
7929                 /*
7930                  * outer_start page could be small order buddy page and
7931                  * it doesn't include start page. Adjust outer_start
7932                  * in this case to report failed page properly
7933                  * on tracepoint in test_pages_isolated()
7934                  */
7935                 if (outer_start + (1UL << order) <= start)
7936                         outer_start = start;
7937         }
7938
7939         /* Make sure the range is really isolated. */
7940         if (test_pages_isolated(outer_start, end, false)) {
7941                 pr_info_ratelimited("%s: [%lx, %lx) PFNs busy\n",
7942                         __func__, outer_start, end);
7943                 ret = -EBUSY;
7944                 goto done;
7945         }
7946
7947         /* Grab isolated pages from freelists. */
7948         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
7949         if (!outer_end) {
7950                 ret = -EBUSY;
7951                 goto done;
7952         }
7953
7954         /* Free head and tail (if any) */
7955         if (start != outer_start)
7956                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
7957         if (end != outer_end)
7958                 free_contig_range(end, outer_end - end);
7959
7960 done:
7961         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
7962                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
7963         return ret;
7964 }
7965
7966 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned nr_pages)
7967 {
7968         unsigned int count = 0;
7969
7970         for (; nr_pages--; pfn++) {
7971                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
7972
7973                 count += page_count(page) != 1;
7974                 __free_page(page);
7975         }
7976         WARN(count != 0, "%d pages are still in use!\n", count);
7977 }
7978 #endif
7979
7980 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
7981 /*
7982  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
7983  * page high values need to be recalulated.
7984  */
7985 void __meminit zone_pcp_update(struct zone *zone)
7986 {
7987         unsigned cpu;
7988         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
7989         for_each_possible_cpu(cpu)
7990                 pageset_set_high_and_batch(zone,
7991                                 per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
7992         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
7993 }
7994 #endif
7995
7996 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
7997 {
7998         unsigned long flags;
7999         int cpu;
8000         struct per_cpu_pageset *pset;
8001
8002         /* avoid races with drain_pages()  */
8003         local_irq_save(flags);
8004         if (zone->pageset != &boot_pageset) {
8005                 for_each_online_cpu(cpu) {
8006                         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
8007                         drain_zonestat(zone, pset);
8008                 }
8009                 free_percpu(zone->pageset);
8010                 zone->pageset = &boot_pageset;
8011         }
8012         local_irq_restore(flags);
8013 }
8014
8015 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
8016 /*
8017  * All pages in the range must be in a single zone and isolated
8018  * before calling this.
8019  */
8020 void
8021 __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
8022 {
8023         struct page *page;
8024         struct zone *zone;
8025         unsigned int order, i;
8026         unsigned long pfn;
8027         unsigned long flags;
8028         /* find the first valid pfn */
8029         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++)
8030                 if (pfn_valid(pfn))
8031                         break;
8032         if (pfn == end_pfn)
8033                 return;
8034         offline_mem_sections(pfn, end_pfn);
8035         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
8036         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8037         pfn = start_pfn;
8038         while (pfn < end_pfn) {
8039                 if (!pfn_valid(pfn)) {
8040                         pfn++;
8041                         continue;
8042                 }
8043                 page = pfn_to_page(pfn);
8044                 /*
8045                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
8046                  * page_count() is not 0.
8047                  */
8048                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
8049                         pfn++;
8050                         SetPageReserved(page);
8051                         continue;
8052                 }
8053
8054                 BUG_ON(page_count(page));
8055                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
8056                 order = page_order(page);
8057 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
8058                 pr_info("remove from free list %lx %d %lx\n",
8059                         pfn, 1 << order, end_pfn);
8060 #endif
8061                 list_del(&page->lru);
8062                 rmv_page_order(page);
8063                 zone->free_area[order].nr_free--;
8064                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
8065                         SetPageReserved((page+i));
8066                 pfn += (1 << order);
8067         }
8068         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8069 }
8070 #endif
8071
8072 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
8073 {
8074         struct zone *zone = page_zone(page);
8075         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8076         unsigned long flags;
8077         unsigned int order;
8078
8079         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8080         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
8081                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
8082
8083                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order)
8084                         break;
8085         }
8086         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8087
8088         return order < MAX_ORDER;
8089 }
8090
8091 #ifdef CONFIG_MEMORY_FAILURE
8092 /*
8093  * Set PG_hwpoison flag if a given page is confirmed to be a free page.  This
8094  * test is performed under the zone lock to prevent a race against page
8095  * allocation.
8096  */
8097 bool set_hwpoison_free_buddy_page(struct page *page)
8098 {
8099         struct zone *zone = page_zone(page);
8100         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8101         unsigned long flags;
8102         unsigned int order;
8103         bool hwpoisoned = false;
8104
8105         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8106         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
8107                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
8108
8109                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order) {
8110                         if (!TestSetPageHWPoison(page))
8111                                 hwpoisoned = true;
8112                         break;
8113                 }
8114         }
8115         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8116
8117         return hwpoisoned;
8118 }
8119 #endif