Merge tag 'tags/upstream-4.17-rc1' of git://git.infradead.org/linux-ubifs
[sfrench/cifs-2.6.git] / mm / page_alloc.c
1 /*
2  *  linux/mm/page_alloc.c
3  *
4  *  Manages the free list, the system allocates free pages here.
5  *  Note that kmalloc() lives in slab.c
6  *
7  *  Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
8  *  Swap reorganised 29.12.95, Stephen Tweedie
9  *  Support of BIGMEM added by Gerhard Wichert, Siemens AG, July 1999
10  *  Reshaped it to be a zoned allocator, Ingo Molnar, Red Hat, 1999
11  *  Discontiguous memory support, Kanoj Sarcar, SGI, Nov 1999
12  *  Zone balancing, Kanoj Sarcar, SGI, Jan 2000
13  *  Per cpu hot/cold page lists, bulk allocation, Martin J. Bligh, Sept 2002
14  *          (lots of bits borrowed from Ingo Molnar & Andrew Morton)
15  */
16
17 #include <linux/stddef.h>
18 #include <linux/mm.h>
19 #include <linux/swap.h>
20 #include <linux/interrupt.h>
21 #include <linux/pagemap.h>
22 #include <linux/jiffies.h>
23 #include <linux/bootmem.h>
24 #include <linux/memblock.h>
25 #include <linux/compiler.h>
26 #include <linux/kernel.h>
27 #include <linux/kasan.h>
28 #include <linux/module.h>
29 #include <linux/suspend.h>
30 #include <linux/pagevec.h>
31 #include <linux/blkdev.h>
32 #include <linux/slab.h>
33 #include <linux/ratelimit.h>
34 #include <linux/oom.h>
35 #include <linux/notifier.h>
36 #include <linux/topology.h>
37 #include <linux/sysctl.h>
38 #include <linux/cpu.h>
39 #include <linux/cpuset.h>
40 #include <linux/memory_hotplug.h>
41 #include <linux/nodemask.h>
42 #include <linux/vmalloc.h>
43 #include <linux/vmstat.h>
44 #include <linux/mempolicy.h>
45 #include <linux/memremap.h>
46 #include <linux/stop_machine.h>
47 #include <linux/sort.h>
48 #include <linux/pfn.h>
49 #include <linux/backing-dev.h>
50 #include <linux/fault-inject.h>
51 #include <linux/page-isolation.h>
52 #include <linux/page_ext.h>
53 #include <linux/debugobjects.h>
54 #include <linux/kmemleak.h>
55 #include <linux/compaction.h>
56 #include <trace/events/kmem.h>
57 #include <trace/events/oom.h>
58 #include <linux/prefetch.h>
59 #include <linux/mm_inline.h>
60 #include <linux/migrate.h>
61 #include <linux/hugetlb.h>
62 #include <linux/sched/rt.h>
63 #include <linux/sched/mm.h>
64 #include <linux/page_owner.h>
65 #include <linux/kthread.h>
66 #include <linux/memcontrol.h>
67 #include <linux/ftrace.h>
68 #include <linux/lockdep.h>
69 #include <linux/nmi.h>
70
71 #include <asm/sections.h>
72 #include <asm/tlbflush.h>
73 #include <asm/div64.h>
74 #include "internal.h"
75
76 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
77 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
78 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION    (8)
79
80 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
81 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
82 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
83 #endif
84
85 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(vm_numa_stat_key);
86
87 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
88 /*
89  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
90  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
91  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
92  * defined in <linux/topology.h>.
93  */
94 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
95 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
96 int _node_numa_mem_[MAX_NUMNODES];
97 #endif
98
99 /* work_structs for global per-cpu drains */
100 DEFINE_MUTEX(pcpu_drain_mutex);
101 DEFINE_PER_CPU(struct work_struct, pcpu_drain);
102
103 #ifdef CONFIG_GCC_PLUGIN_LATENT_ENTROPY
104 volatile unsigned long latent_entropy __latent_entropy;
105 EXPORT_SYMBOL(latent_entropy);
106 #endif
107
108 /*
109  * Array of node states.
110  */
111 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
112         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
113         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
114 #ifndef CONFIG_NUMA
115         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
116 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
117         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
118 #endif
119         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
120         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
121 #endif  /* NUMA */
122 };
123 EXPORT_SYMBOL(node_states);
124
125 /* Protect totalram_pages and zone->managed_pages */
126 static DEFINE_SPINLOCK(managed_page_count_lock);
127
128 unsigned long totalram_pages __read_mostly;
129 unsigned long totalreserve_pages __read_mostly;
130 unsigned long totalcma_pages __read_mostly;
131
132 int percpu_pagelist_fraction;
133 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
134
135 /*
136  * A cached value of the page's pageblock's migratetype, used when the page is
137  * put on a pcplist. Used to avoid the pageblock migratetype lookup when
138  * freeing from pcplists in most cases, at the cost of possibly becoming stale.
139  * Also the migratetype set in the page does not necessarily match the pcplist
140  * index, e.g. page might have MIGRATE_CMA set but be on a pcplist with any
141  * other index - this ensures that it will be put on the correct CMA freelist.
142  */
143 static inline int get_pcppage_migratetype(struct page *page)
144 {
145         return page->index;
146 }
147
148 static inline void set_pcppage_migratetype(struct page *page, int migratetype)
149 {
150         page->index = migratetype;
151 }
152
153 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
154 /*
155  * The following functions are used by the suspend/hibernate code to temporarily
156  * change gfp_allowed_mask in order to avoid using I/O during memory allocations
157  * while devices are suspended.  To avoid races with the suspend/hibernate code,
158  * they should always be called with pm_mutex held (gfp_allowed_mask also should
159  * only be modified with pm_mutex held, unless the suspend/hibernate code is
160  * guaranteed not to run in parallel 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(&pm_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(&pm_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 do 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 ->_mapcount
715  * PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE.
716  * Setting, clearing, and testing _mapcount PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE is
717  * serialized by zone->lock.
718  *
719  * For recording page's order, we use page_private(page).
720  */
721 static inline int page_is_buddy(struct page *page, struct page *buddy,
722                                                         unsigned int order)
723 {
724         if (page_is_guard(buddy) && page_order(buddy) == order) {
725                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
726                         return 0;
727
728                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
729
730                 return 1;
731         }
732
733         if (PageBuddy(buddy) && page_order(buddy) == order) {
734                 /*
735                  * zone check is done late to avoid uselessly
736                  * calculating zone/node ids for pages that could
737                  * never merge.
738                  */
739                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
740                         return 0;
741
742                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
743
744                 return 1;
745         }
746         return 0;
747 }
748
749 /*
750  * Freeing function for a buddy system allocator.
751  *
752  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
753  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
754  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
755  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
756  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
757  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
758  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
759  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
760  * parts of the VM system.
761  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
762  * free pages of length of (1 << order) and marked with _mapcount
763  * PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE. Page's order is recorded in page_private(page)
764  * field.
765  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
766  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
767  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
768  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
769  * triggers coalescing into a block of larger size.
770  *
771  * -- nyc
772  */
773
774 static inline void __free_one_page(struct page *page,
775                 unsigned long pfn,
776                 struct zone *zone, unsigned int order,
777                 int migratetype)
778 {
779         unsigned long combined_pfn;
780         unsigned long uninitialized_var(buddy_pfn);
781         struct page *buddy;
782         unsigned int max_order;
783
784         max_order = min_t(unsigned int, MAX_ORDER, pageblock_order + 1);
785
786         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
787         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
788
789         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
790         if (likely(!is_migrate_isolate(migratetype)))
791                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
792
793         VM_BUG_ON_PAGE(pfn & ((1 << order) - 1), page);
794         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
795
796 continue_merging:
797         while (order < max_order - 1) {
798                 buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
799                 buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
800
801                 if (!pfn_valid_within(buddy_pfn))
802                         goto done_merging;
803                 if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
804                         goto done_merging;
805                 /*
806                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
807                  * merge with it and move up one order.
808                  */
809                 if (page_is_guard(buddy)) {
810                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
811                 } else {
812                         list_del(&buddy->lru);
813                         zone->free_area[order].nr_free--;
814                         rmv_page_order(buddy);
815                 }
816                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
817                 page = page + (combined_pfn - pfn);
818                 pfn = combined_pfn;
819                 order++;
820         }
821         if (max_order < MAX_ORDER) {
822                 /* If we are here, it means order is >= pageblock_order.
823                  * We want to prevent merge between freepages on isolate
824                  * pageblock and normal pageblock. Without this, pageblock
825                  * isolation could cause incorrect freepage or CMA accounting.
826                  *
827                  * We don't want to hit this code for the more frequent
828                  * low-order merging.
829                  */
830                 if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone))) {
831                         int buddy_mt;
832
833                         buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
834                         buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
835                         buddy_mt = get_pageblock_migratetype(buddy);
836
837                         if (migratetype != buddy_mt
838                                         && (is_migrate_isolate(migratetype) ||
839                                                 is_migrate_isolate(buddy_mt)))
840                                 goto done_merging;
841                 }
842                 max_order++;
843                 goto continue_merging;
844         }
845
846 done_merging:
847         set_page_order(page, order);
848
849         /*
850          * If this is not the largest possible page, check if the buddy
851          * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
852          * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
853          * that is happening, add the free page to the tail of the list
854          * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
855          * as a higher order page
856          */
857         if ((order < MAX_ORDER-2) && pfn_valid_within(buddy_pfn)) {
858                 struct page *higher_page, *higher_buddy;
859                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
860                 higher_page = page + (combined_pfn - pfn);
861                 buddy_pfn = __find_buddy_pfn(combined_pfn, order + 1);
862                 higher_buddy = higher_page + (buddy_pfn - combined_pfn);
863                 if (pfn_valid_within(buddy_pfn) &&
864                     page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1)) {
865                         list_add_tail(&page->lru,
866                                 &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
867                         goto out;
868                 }
869         }
870
871         list_add(&page->lru, &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
872 out:
873         zone->free_area[order].nr_free++;
874 }
875
876 /*
877  * A bad page could be due to a number of fields. Instead of multiple branches,
878  * try and check multiple fields with one check. The caller must do a detailed
879  * check if necessary.
880  */
881 static inline bool page_expected_state(struct page *page,
882                                         unsigned long check_flags)
883 {
884         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
885                 return false;
886
887         if (unlikely((unsigned long)page->mapping |
888                         page_ref_count(page) |
889 #ifdef CONFIG_MEMCG
890                         (unsigned long)page->mem_cgroup |
891 #endif
892                         (page->flags & check_flags)))
893                 return false;
894
895         return true;
896 }
897
898 static void free_pages_check_bad(struct page *page)
899 {
900         const char *bad_reason;
901         unsigned long bad_flags;
902
903         bad_reason = NULL;
904         bad_flags = 0;
905
906         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
907                 bad_reason = "nonzero mapcount";
908         if (unlikely(page->mapping != NULL))
909                 bad_reason = "non-NULL mapping";
910         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
911                 bad_reason = "nonzero _refcount";
912         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)) {
913                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
914                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE;
915         }
916 #ifdef CONFIG_MEMCG
917         if (unlikely(page->mem_cgroup))
918                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
919 #endif
920         bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
921 }
922
923 static inline int free_pages_check(struct page *page)
924 {
925         if (likely(page_expected_state(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)))
926                 return 0;
927
928         /* Something has gone sideways, find it */
929         free_pages_check_bad(page);
930         return 1;
931 }
932
933 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
934 {
935         int ret = 1;
936
937         /*
938          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
939          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
940          */
941         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
942
943         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM)) {
944                 ret = 0;
945                 goto out;
946         }
947         switch (page - head_page) {
948         case 1:
949                 /* the first tail page: ->mapping is compound_mapcount() */
950                 if (unlikely(compound_mapcount(page))) {
951                         bad_page(page, "nonzero compound_mapcount", 0);
952                         goto out;
953                 }
954                 break;
955         case 2:
956                 /*
957                  * the second tail page: ->mapping is
958                  * page_deferred_list().next -- ignore value.
959                  */
960                 break;
961         default:
962                 if (page->mapping != TAIL_MAPPING) {
963                         bad_page(page, "corrupted mapping in tail page", 0);
964                         goto out;
965                 }
966                 break;
967         }
968         if (unlikely(!PageTail(page))) {
969                 bad_page(page, "PageTail not set", 0);
970                 goto out;
971         }
972         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
973                 bad_page(page, "compound_head not consistent", 0);
974                 goto out;
975         }
976         ret = 0;
977 out:
978         page->mapping = NULL;
979         clear_compound_head(page);
980         return ret;
981 }
982
983 static __always_inline bool free_pages_prepare(struct page *page,
984                                         unsigned int order, bool check_free)
985 {
986         int bad = 0;
987
988         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
989
990         trace_mm_page_free(page, order);
991
992         /*
993          * Check tail pages before head page information is cleared to
994          * avoid checking PageCompound for order-0 pages.
995          */
996         if (unlikely(order)) {
997                 bool compound = PageCompound(page);
998                 int i;
999
1000                 VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
1001
1002                 if (compound)
1003                         ClearPageDoubleMap(page);
1004                 for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1005                         if (compound)
1006                                 bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
1007                         if (unlikely(free_pages_check(page + i))) {
1008                                 bad++;
1009                                 continue;
1010                         }
1011                         (page + i)->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1012                 }
1013         }
1014         if (PageMappingFlags(page))
1015                 page->mapping = NULL;
1016         if (memcg_kmem_enabled() && PageKmemcg(page))
1017                 memcg_kmem_uncharge(page, order);
1018         if (check_free)
1019                 bad += free_pages_check(page);
1020         if (bad)
1021                 return false;
1022
1023         page_cpupid_reset_last(page);
1024         page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1025         reset_page_owner(page, order);
1026
1027         if (!PageHighMem(page)) {
1028                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1029                                            PAGE_SIZE << order);
1030                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1031                                            PAGE_SIZE << order);
1032         }
1033         arch_free_page(page, order);
1034         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 0);
1035         kernel_map_pages(page, 1 << order, 0);
1036         kasan_free_pages(page, order);
1037
1038         return true;
1039 }
1040
1041 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1042 static inline bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1043 {
1044         return free_pages_prepare(page, 0, true);
1045 }
1046
1047 static inline bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1048 {
1049         return false;
1050 }
1051 #else
1052 static bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1053 {
1054         return free_pages_prepare(page, 0, false);
1055 }
1056
1057 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1058 {
1059         return free_pages_check(page);
1060 }
1061 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1062
1063 static inline void prefetch_buddy(struct page *page)
1064 {
1065         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1066         unsigned long buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, 0);
1067         struct page *buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
1068
1069         prefetch(buddy);
1070 }
1071
1072 /*
1073  * Frees a number of pages from the PCP lists
1074  * Assumes all pages on list are in same zone, and of same order.
1075  * count is the number of pages to free.
1076  *
1077  * If the zone was previously in an "all pages pinned" state then look to
1078  * see if this freeing clears that state.
1079  *
1080  * And clear the zone's pages_scanned counter, to hold off the "all pages are
1081  * pinned" detection logic.
1082  */
1083 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
1084                                         struct per_cpu_pages *pcp)
1085 {
1086         int migratetype = 0;
1087         int batch_free = 0;
1088         int prefetch_nr = 0;
1089         bool isolated_pageblocks;
1090         struct page *page, *tmp;
1091         LIST_HEAD(head);
1092
1093         while (count) {
1094                 struct list_head *list;
1095
1096                 /*
1097                  * Remove pages from lists in a round-robin fashion. A
1098                  * batch_free count is maintained that is incremented when an
1099                  * empty list is encountered.  This is so more pages are freed
1100                  * off fuller lists instead of spinning excessively around empty
1101                  * lists
1102                  */
1103                 do {
1104                         batch_free++;
1105                         if (++migratetype == MIGRATE_PCPTYPES)
1106                                 migratetype = 0;
1107                         list = &pcp->lists[migratetype];
1108                 } while (list_empty(list));
1109
1110                 /* This is the only non-empty list. Free them all. */
1111                 if (batch_free == MIGRATE_PCPTYPES)
1112                         batch_free = count;
1113
1114                 do {
1115                         page = list_last_entry(list, struct page, lru);
1116                         /* must delete to avoid corrupting pcp list */
1117                         list_del(&page->lru);
1118                         pcp->count--;
1119
1120                         if (bulkfree_pcp_prepare(page))
1121                                 continue;
1122
1123                         list_add_tail(&page->lru, &head);
1124
1125                         /*
1126                          * We are going to put the page back to the global
1127                          * pool, prefetch its buddy to speed up later access
1128                          * under zone->lock. It is believed the overhead of
1129                          * an additional test and calculating buddy_pfn here
1130                          * can be offset by reduced memory latency later. To
1131                          * avoid excessive prefetching due to large count, only
1132                          * prefetch buddy for the first pcp->batch nr of pages.
1133                          */
1134                         if (prefetch_nr++ < pcp->batch)
1135                                 prefetch_buddy(page);
1136                 } while (--count && --batch_free && !list_empty(list));
1137         }
1138
1139         spin_lock(&zone->lock);
1140         isolated_pageblocks = has_isolate_pageblock(zone);
1141
1142         /*
1143          * Use safe version since after __free_one_page(),
1144          * page->lru.next will not point to original list.
1145          */
1146         list_for_each_entry_safe(page, tmp, &head, lru) {
1147                 int mt = get_pcppage_migratetype(page);
1148                 /* MIGRATE_ISOLATE page should not go to pcplists */
1149                 VM_BUG_ON_PAGE(is_migrate_isolate(mt), page);
1150                 /* Pageblock could have been isolated meanwhile */
1151                 if (unlikely(isolated_pageblocks))
1152                         mt = get_pageblock_migratetype(page);
1153
1154                 __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, 0, mt);
1155                 trace_mm_page_pcpu_drain(page, 0, mt);
1156         }
1157         spin_unlock(&zone->lock);
1158 }
1159
1160 static void free_one_page(struct zone *zone,
1161                                 struct page *page, unsigned long pfn,
1162                                 unsigned int order,
1163                                 int migratetype)
1164 {
1165         spin_lock(&zone->lock);
1166         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1167                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1168                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1169         }
1170         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype);
1171         spin_unlock(&zone->lock);
1172 }
1173
1174 static void __meminit __init_single_page(struct page *page, unsigned long pfn,
1175                                 unsigned long zone, int nid)
1176 {
1177         mm_zero_struct_page(page);
1178         set_page_links(page, zone, nid, pfn);
1179         init_page_count(page);
1180         page_mapcount_reset(page);
1181         page_cpupid_reset_last(page);
1182
1183         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1184 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
1185         /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
1186         if (!is_highmem_idx(zone))
1187                 set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
1188 #endif
1189 }
1190
1191 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1192 static void __meminit init_reserved_page(unsigned long pfn)
1193 {
1194         pg_data_t *pgdat;
1195         int nid, zid;
1196
1197         if (!early_page_uninitialised(pfn))
1198                 return;
1199
1200         nid = early_pfn_to_nid(pfn);
1201         pgdat = NODE_DATA(nid);
1202
1203         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1204                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zid];
1205
1206                 if (pfn >= zone->zone_start_pfn && pfn < zone_end_pfn(zone))
1207                         break;
1208         }
1209         __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zid, nid);
1210 }
1211 #else
1212 static inline void init_reserved_page(unsigned long pfn)
1213 {
1214 }
1215 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1216
1217 /*
1218  * Initialised pages do not have PageReserved set. This function is
1219  * called for each range allocated by the bootmem allocator and
1220  * marks the pages PageReserved. The remaining valid pages are later
1221  * sent to the buddy page allocator.
1222  */
1223 void __meminit reserve_bootmem_region(phys_addr_t start, phys_addr_t end)
1224 {
1225         unsigned long start_pfn = PFN_DOWN(start);
1226         unsigned long end_pfn = PFN_UP(end);
1227
1228         for (; start_pfn < end_pfn; start_pfn++) {
1229                 if (pfn_valid(start_pfn)) {
1230                         struct page *page = pfn_to_page(start_pfn);
1231
1232                         init_reserved_page(start_pfn);
1233
1234                         /* Avoid false-positive PageTail() */
1235                         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1236
1237                         SetPageReserved(page);
1238                 }
1239         }
1240 }
1241
1242 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order)
1243 {
1244         unsigned long flags;
1245         int migratetype;
1246         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1247
1248         if (!free_pages_prepare(page, order, true))
1249                 return;
1250
1251         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1252         local_irq_save(flags);
1253         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1254         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype);
1255         local_irq_restore(flags);
1256 }
1257
1258 static void __init __free_pages_boot_core(struct page *page, unsigned int order)
1259 {
1260         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1261         struct page *p = page;
1262         unsigned int loop;
1263
1264         prefetchw(p);
1265         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1266                 prefetchw(p + 1);
1267                 __ClearPageReserved(p);
1268                 set_page_count(p, 0);
1269         }
1270         __ClearPageReserved(p);
1271         set_page_count(p, 0);
1272
1273         page_zone(page)->managed_pages += nr_pages;
1274         set_page_refcounted(page);
1275         __free_pages(page, order);
1276 }
1277
1278 #if defined(CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID) || \
1279         defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP)
1280
1281 static struct mminit_pfnnid_cache early_pfnnid_cache __meminitdata;
1282
1283 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
1284 {
1285         static DEFINE_SPINLOCK(early_pfn_lock);
1286         int nid;
1287
1288         spin_lock(&early_pfn_lock);
1289         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1290         if (nid < 0)
1291                 nid = first_online_node;
1292         spin_unlock(&early_pfn_lock);
1293
1294         return nid;
1295 }
1296 #endif
1297
1298 #ifdef CONFIG_NODES_SPAN_OTHER_NODES
1299 static inline bool __meminit __maybe_unused
1300 meminit_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node,
1301                    struct mminit_pfnnid_cache *state)
1302 {
1303         int nid;
1304
1305         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, state);
1306         if (nid >= 0 && nid != node)
1307                 return false;
1308         return true;
1309 }
1310
1311 /* Only safe to use early in boot when initialisation is single-threaded */
1312 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1313 {
1314         return meminit_pfn_in_nid(pfn, node, &early_pfnnid_cache);
1315 }
1316
1317 #else
1318
1319 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1320 {
1321         return true;
1322 }
1323 static inline bool __meminit  __maybe_unused
1324 meminit_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node,
1325                    struct mminit_pfnnid_cache *state)
1326 {
1327         return true;
1328 }
1329 #endif
1330
1331
1332 void __init __free_pages_bootmem(struct page *page, unsigned long pfn,
1333                                                         unsigned int order)
1334 {
1335         if (early_page_uninitialised(pfn))
1336                 return;
1337         return __free_pages_boot_core(page, order);
1338 }
1339
1340 /*
1341  * Check that the whole (or subset of) a pageblock given by the interval of
1342  * [start_pfn, end_pfn) is valid and within the same zone, before scanning it
1343  * with the migration of free compaction scanner. The scanners then need to
1344  * use only pfn_valid_within() check for arches that allow holes within
1345  * pageblocks.
1346  *
1347  * Return struct page pointer of start_pfn, or NULL if checks were not passed.
1348  *
1349  * It's possible on some configurations to have a setup like node0 node1 node0
1350  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of pages do not
1351  * belong to a single zone. We assume that a border between node0 and node1
1352  * can occur within a single pageblock, but not a node0 node1 node0
1353  * interleaving within a single pageblock. It is therefore sufficient to check
1354  * the first and last page of a pageblock and avoid checking each individual
1355  * page in a pageblock.
1356  */
1357 struct page *__pageblock_pfn_to_page(unsigned long start_pfn,
1358                                      unsigned long end_pfn, struct zone *zone)
1359 {
1360         struct page *start_page;
1361         struct page *end_page;
1362
1363         /* end_pfn is one past the range we are checking */
1364         end_pfn--;
1365
1366         if (!pfn_valid(start_pfn) || !pfn_valid(end_pfn))
1367                 return NULL;
1368
1369         start_page = pfn_to_online_page(start_pfn);
1370         if (!start_page)
1371                 return NULL;
1372
1373         if (page_zone(start_page) != zone)
1374                 return NULL;
1375
1376         end_page = pfn_to_page(end_pfn);
1377
1378         /* This gives a shorter code than deriving page_zone(end_page) */
1379         if (page_zone_id(start_page) != page_zone_id(end_page))
1380                 return NULL;
1381
1382         return start_page;
1383 }
1384
1385 void set_zone_contiguous(struct zone *zone)
1386 {
1387         unsigned long block_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
1388         unsigned long block_end_pfn;
1389
1390         block_end_pfn = ALIGN(block_start_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
1391         for (; block_start_pfn < zone_end_pfn(zone);
1392                         block_start_pfn = block_end_pfn,
1393                          block_end_pfn += pageblock_nr_pages) {
1394
1395                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, zone_end_pfn(zone));
1396
1397                 if (!__pageblock_pfn_to_page(block_start_pfn,
1398                                              block_end_pfn, zone))
1399                         return;
1400         }
1401
1402         /* We confirm that there is no hole */
1403         zone->contiguous = true;
1404 }
1405
1406 void clear_zone_contiguous(struct zone *zone)
1407 {
1408         zone->contiguous = false;
1409 }
1410
1411 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1412 static void __init deferred_free_range(unsigned long pfn,
1413                                        unsigned long nr_pages)
1414 {
1415         struct page *page;
1416         unsigned long i;
1417
1418         if (!nr_pages)
1419                 return;
1420
1421         page = pfn_to_page(pfn);
1422
1423         /* Free a large naturally-aligned chunk if possible */
1424         if (nr_pages == pageblock_nr_pages &&
1425             (pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0) {
1426                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1427                 __free_pages_boot_core(page, pageblock_order);
1428                 return;
1429         }
1430
1431         for (i = 0; i < nr_pages; i++, page++, pfn++) {
1432                 if ((pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0)
1433                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1434                 __free_pages_boot_core(page, 0);
1435         }
1436 }
1437
1438 /* Completion tracking for deferred_init_memmap() threads */
1439 static atomic_t pgdat_init_n_undone __initdata;
1440 static __initdata DECLARE_COMPLETION(pgdat_init_all_done_comp);
1441
1442 static inline void __init pgdat_init_report_one_done(void)
1443 {
1444         if (atomic_dec_and_test(&pgdat_init_n_undone))
1445                 complete(&pgdat_init_all_done_comp);
1446 }
1447
1448 /*
1449  * Returns true if page needs to be initialized or freed to buddy allocator.
1450  *
1451  * First we check if pfn is valid on architectures where it is possible to have
1452  * holes within pageblock_nr_pages. On systems where it is not possible, this
1453  * function is optimized out.
1454  *
1455  * Then, we check if a current large page is valid by only checking the validity
1456  * of the head pfn.
1457  *
1458  * Finally, meminit_pfn_in_nid is checked on systems where pfns can interleave
1459  * within a node: a pfn is between start and end of a node, but does not belong
1460  * to this memory node.
1461  */
1462 static inline bool __init
1463 deferred_pfn_valid(int nid, unsigned long pfn,
1464                    struct mminit_pfnnid_cache *nid_init_state)
1465 {
1466         if (!pfn_valid_within(pfn))
1467                 return false;
1468         if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) && !pfn_valid(pfn))
1469                 return false;
1470         if (!meminit_pfn_in_nid(pfn, nid, nid_init_state))
1471                 return false;
1472         return true;
1473 }
1474
1475 /*
1476  * Free pages to buddy allocator. Try to free aligned pages in
1477  * pageblock_nr_pages sizes.
1478  */
1479 static void __init deferred_free_pages(int nid, int zid, unsigned long pfn,
1480                                        unsigned long end_pfn)
1481 {
1482         struct mminit_pfnnid_cache nid_init_state = { };
1483         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1484         unsigned long nr_free = 0;
1485
1486         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1487                 if (!deferred_pfn_valid(nid, pfn, &nid_init_state)) {
1488                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1489                         nr_free = 0;
1490                 } else if (!(pfn & nr_pgmask)) {
1491                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1492                         nr_free = 1;
1493                         touch_nmi_watchdog();
1494                 } else {
1495                         nr_free++;
1496                 }
1497         }
1498         /* Free the last block of pages to allocator */
1499         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1500 }
1501
1502 /*
1503  * Initialize struct pages.  We minimize pfn page lookups and scheduler checks
1504  * by performing it only once every pageblock_nr_pages.
1505  * Return number of pages initialized.
1506  */
1507 static unsigned long  __init deferred_init_pages(int nid, int zid,
1508                                                  unsigned long pfn,
1509                                                  unsigned long end_pfn)
1510 {
1511         struct mminit_pfnnid_cache nid_init_state = { };
1512         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1513         unsigned long nr_pages = 0;
1514         struct page *page = NULL;
1515
1516         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1517                 if (!deferred_pfn_valid(nid, pfn, &nid_init_state)) {
1518                         page = NULL;
1519                         continue;
1520                 } else if (!page || !(pfn & nr_pgmask)) {
1521                         page = pfn_to_page(pfn);
1522                         touch_nmi_watchdog();
1523                 } else {
1524                         page++;
1525                 }
1526                 __init_single_page(page, pfn, zid, nid);
1527                 nr_pages++;
1528         }
1529         return (nr_pages);
1530 }
1531
1532 /* Initialise remaining memory on a node */
1533 static int __init deferred_init_memmap(void *data)
1534 {
1535         pg_data_t *pgdat = data;
1536         int nid = pgdat->node_id;
1537         unsigned long start = jiffies;
1538         unsigned long nr_pages = 0;
1539         unsigned long spfn, epfn, first_init_pfn, flags;
1540         phys_addr_t spa, epa;
1541         int zid;
1542         struct zone *zone;
1543         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
1544         u64 i;
1545
1546         /* Bind memory initialisation thread to a local node if possible */
1547         if (!cpumask_empty(cpumask))
1548                 set_cpus_allowed_ptr(current, cpumask);
1549
1550         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
1551         first_init_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1552         if (first_init_pfn == ULONG_MAX) {
1553                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1554                 pgdat_init_report_one_done();
1555                 return 0;
1556         }
1557
1558         /* Sanity check boundaries */
1559         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn < pgdat->node_start_pfn);
1560         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn > pgdat_end_pfn(pgdat));
1561         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
1562
1563         /* Only the highest zone is deferred so find it */
1564         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1565                 zone = pgdat->node_zones + zid;
1566                 if (first_init_pfn < zone_end_pfn(zone))
1567                         break;
1568         }
1569         first_init_pfn = max(zone->zone_start_pfn, first_init_pfn);
1570
1571         /*
1572          * Initialize and free pages. We do it in two loops: first we initialize
1573          * struct page, than free to buddy allocator, because while we are
1574          * freeing pages we can access pages that are ahead (computing buddy
1575          * page in __free_one_page()).
1576          */
1577         for_each_free_mem_range(i, nid, MEMBLOCK_NONE, &spa, &epa, NULL) {
1578                 spfn = max_t(unsigned long, first_init_pfn, PFN_UP(spa));
1579                 epfn = min_t(unsigned long, zone_end_pfn(zone), PFN_DOWN(epa));
1580                 nr_pages += deferred_init_pages(nid, zid, spfn, epfn);
1581         }
1582         for_each_free_mem_range(i, nid, MEMBLOCK_NONE, &spa, &epa, NULL) {
1583                 spfn = max_t(unsigned long, first_init_pfn, PFN_UP(spa));
1584                 epfn = min_t(unsigned long, zone_end_pfn(zone), PFN_DOWN(epa));
1585                 deferred_free_pages(nid, zid, spfn, epfn);
1586         }
1587         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1588
1589         /* Sanity check that the next zone really is unpopulated */
1590         WARN_ON(++zid < MAX_NR_ZONES && populated_zone(++zone));
1591
1592         pr_info("node %d initialised, %lu pages in %ums\n", nid, nr_pages,
1593                                         jiffies_to_msecs(jiffies - start));
1594
1595         pgdat_init_report_one_done();
1596         return 0;
1597 }
1598
1599 /*
1600  * During boot we initialize deferred pages on-demand, as needed, but once
1601  * page_alloc_init_late() has finished, the deferred pages are all initialized,
1602  * and we can permanently disable that path.
1603  */
1604 static DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(deferred_pages);
1605
1606 /*
1607  * If this zone has deferred pages, try to grow it by initializing enough
1608  * deferred pages to satisfy the allocation specified by order, rounded up to
1609  * the nearest PAGES_PER_SECTION boundary.  So we're adding memory in increments
1610  * of SECTION_SIZE bytes by initializing struct pages in increments of
1611  * PAGES_PER_SECTION * sizeof(struct page) bytes.
1612  *
1613  * Return true when zone was grown, otherwise return false. We return true even
1614  * when we grow less than requested, to let the caller decide if there are
1615  * enough pages to satisfy the allocation.
1616  *
1617  * Note: We use noinline because this function is needed only during boot, and
1618  * it is called from a __ref function _deferred_grow_zone. This way we are
1619  * making sure that it is not inlined into permanent text section.
1620  */
1621 static noinline bool __init
1622 deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
1623 {
1624         int zid = zone_idx(zone);
1625         int nid = zone_to_nid(zone);
1626         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
1627         unsigned long nr_pages_needed = ALIGN(1 << order, PAGES_PER_SECTION);
1628         unsigned long nr_pages = 0;
1629         unsigned long first_init_pfn, spfn, epfn, t, flags;
1630         unsigned long first_deferred_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1631         phys_addr_t spa, epa;
1632         u64 i;
1633
1634         /* Only the last zone may have deferred pages */
1635         if (zone_end_pfn(zone) != pgdat_end_pfn(pgdat))
1636                 return false;
1637
1638         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
1639
1640         /*
1641          * If deferred pages have been initialized while we were waiting for
1642          * the lock, return true, as the zone was grown.  The caller will retry
1643          * this zone.  We won't return to this function since the caller also
1644          * has this static branch.
1645          */
1646         if (!static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
1647                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1648                 return true;
1649         }
1650
1651         /*
1652          * If someone grew this zone while we were waiting for spinlock, return
1653          * true, as there might be enough pages already.
1654          */
1655         if (first_deferred_pfn != pgdat->first_deferred_pfn) {
1656                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1657                 return true;
1658         }
1659
1660         first_init_pfn = max(zone->zone_start_pfn, first_deferred_pfn);
1661
1662         if (first_init_pfn >= pgdat_end_pfn(pgdat)) {
1663                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1664                 return false;
1665         }
1666
1667         for_each_free_mem_range(i, nid, MEMBLOCK_NONE, &spa, &epa, NULL) {
1668                 spfn = max_t(unsigned long, first_init_pfn, PFN_UP(spa));
1669                 epfn = min_t(unsigned long, zone_end_pfn(zone), PFN_DOWN(epa));
1670
1671                 while (spfn < epfn && nr_pages < nr_pages_needed) {
1672                         t = ALIGN(spfn + PAGES_PER_SECTION, PAGES_PER_SECTION);
1673                         first_deferred_pfn = min(t, epfn);
1674                         nr_pages += deferred_init_pages(nid, zid, spfn,
1675                                                         first_deferred_pfn);
1676                         spfn = first_deferred_pfn;
1677                 }
1678
1679                 if (nr_pages >= nr_pages_needed)
1680                         break;
1681         }
1682
1683         for_each_free_mem_range(i, nid, MEMBLOCK_NONE, &spa, &epa, NULL) {
1684                 spfn = max_t(unsigned long, first_init_pfn, PFN_UP(spa));
1685                 epfn = min_t(unsigned long, first_deferred_pfn, PFN_DOWN(epa));
1686                 deferred_free_pages(nid, zid, spfn, epfn);
1687
1688                 if (first_deferred_pfn == epfn)
1689                         break;
1690         }
1691         pgdat->first_deferred_pfn = first_deferred_pfn;
1692         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1693
1694         return nr_pages > 0;
1695 }
1696
1697 /*
1698  * deferred_grow_zone() is __init, but it is called from
1699  * get_page_from_freelist() during early boot until deferred_pages permanently
1700  * disables this call. This is why we have refdata wrapper to avoid warning,
1701  * and to ensure that the function body gets unloaded.
1702  */
1703 static bool __ref
1704 _deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
1705 {
1706         return deferred_grow_zone(zone, order);
1707 }
1708
1709 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1710
1711 void __init page_alloc_init_late(void)
1712 {
1713         struct zone *zone;
1714
1715 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1716         int nid;
1717
1718         /* There will be num_node_state(N_MEMORY) threads */
1719         atomic_set(&pgdat_init_n_undone, num_node_state(N_MEMORY));
1720         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
1721                 kthread_run(deferred_init_memmap, NODE_DATA(nid), "pgdatinit%d", nid);
1722         }
1723
1724         /* Block until all are initialised */
1725         wait_for_completion(&pgdat_init_all_done_comp);
1726
1727         /*
1728          * We initialized the rest of the deferred pages.  Permanently disable
1729          * on-demand struct page initialization.
1730          */
1731         static_branch_disable(&deferred_pages);
1732
1733         /* Reinit limits that are based on free pages after the kernel is up */
1734         files_maxfiles_init();
1735 #endif
1736 #ifdef CONFIG_ARCH_DISCARD_MEMBLOCK
1737         /* Discard memblock private memory */
1738         memblock_discard();
1739 #endif
1740
1741         for_each_populated_zone(zone)
1742                 set_zone_contiguous(zone);
1743 }
1744
1745 #ifdef CONFIG_CMA
1746 static void __init adjust_present_page_count(struct page *page, long count)
1747 {
1748         struct zone *zone = page_zone(page);
1749
1750         /* We don't need to hold a lock since it is boot-up process */
1751         zone->present_pages += count;
1752 }
1753
1754 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
1755 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
1756 {
1757         unsigned i = pageblock_nr_pages;
1758         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1759         struct page *p = page;
1760         int nid = page_to_nid(page);
1761
1762         /*
1763          * ZONE_MOVABLE will steal present pages from other zones by
1764          * changing page links so page_zone() is changed. Before that,
1765          * we need to adjust previous zone's page count first.
1766          */
1767         adjust_present_page_count(page, -pageblock_nr_pages);
1768
1769         do {
1770                 __ClearPageReserved(p);
1771                 set_page_count(p, 0);
1772
1773                 /* Steal pages from other zones */
1774                 set_page_links(p, ZONE_MOVABLE, nid, pfn);
1775         } while (++p, ++pfn, --i);
1776
1777         adjust_present_page_count(page, pageblock_nr_pages);
1778
1779         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
1780
1781         if (pageblock_order >= MAX_ORDER) {
1782                 i = pageblock_nr_pages;
1783                 p = page;
1784                 do {
1785                         set_page_refcounted(p);
1786                         __free_pages(p, MAX_ORDER - 1);
1787                         p += MAX_ORDER_NR_PAGES;
1788                 } while (i -= MAX_ORDER_NR_PAGES);
1789         } else {
1790                 set_page_refcounted(page);
1791                 __free_pages(page, pageblock_order);
1792         }
1793
1794         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
1795 }
1796 #endif
1797
1798 /*
1799  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
1800  * Please do not alter this order without good reasons and regression
1801  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
1802  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
1803  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
1804  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
1805  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
1806  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
1807  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
1808  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
1809  *
1810  * -- nyc
1811  */
1812 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
1813         int low, int high, struct free_area *area,
1814         int migratetype)
1815 {
1816         unsigned long size = 1 << high;
1817
1818         while (high > low) {
1819                 area--;
1820                 high--;
1821                 size >>= 1;
1822                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
1823
1824                 /*
1825                  * Mark as guard pages (or page), that will allow to
1826                  * merge back to allocator when buddy will be freed.
1827                  * Corresponding page table entries will not be touched,
1828                  * pages will stay not present in virtual address space
1829                  */
1830                 if (set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype))
1831                         continue;
1832
1833                 list_add(&page[size].lru, &area->free_list[migratetype]);
1834                 area->nr_free++;
1835                 set_page_order(&page[size], high);
1836         }
1837 }
1838
1839 static void check_new_page_bad(struct page *page)
1840 {
1841         const char *bad_reason = NULL;
1842         unsigned long bad_flags = 0;
1843
1844         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1845                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1846         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1847                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1848         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
1849                 bad_reason = "nonzero _count";
1850         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
1851                 bad_reason = "HWPoisoned (hardware-corrupted)";
1852                 bad_flags = __PG_HWPOISON;
1853                 /* Don't complain about hwpoisoned pages */
1854                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
1855                 return;
1856         }
1857         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)) {
1858                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag set";
1859                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1860         }
1861 #ifdef CONFIG_MEMCG
1862         if (unlikely(page->mem_cgroup))
1863                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
1864 #endif
1865         bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
1866 }
1867
1868 /*
1869  * This page is about to be returned from the page allocator
1870  */
1871 static inline int check_new_page(struct page *page)
1872 {
1873         if (likely(page_expected_state(page,
1874                                 PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP|__PG_HWPOISON)))
1875                 return 0;
1876
1877         check_new_page_bad(page);
1878         return 1;
1879 }
1880
1881 static inline bool free_pages_prezeroed(void)
1882 {
1883         return IS_ENABLED(CONFIG_PAGE_POISONING_ZERO) &&
1884                 page_poisoning_enabled();
1885 }
1886
1887 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1888 static bool check_pcp_refill(struct page *page)
1889 {
1890         return false;
1891 }
1892
1893 static bool check_new_pcp(struct page *page)
1894 {
1895         return check_new_page(page);
1896 }
1897 #else
1898 static bool check_pcp_refill(struct page *page)
1899 {
1900         return check_new_page(page);
1901 }
1902 static bool check_new_pcp(struct page *page)
1903 {
1904         return false;
1905 }
1906 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1907
1908 static bool check_new_pages(struct page *page, unsigned int order)
1909 {
1910         int i;
1911         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
1912                 struct page *p = page + i;
1913
1914                 if (unlikely(check_new_page(p)))
1915                         return true;
1916         }
1917
1918         return false;
1919 }
1920
1921 inline void post_alloc_hook(struct page *page, unsigned int order,
1922                                 gfp_t gfp_flags)
1923 {
1924         set_page_private(page, 0);
1925         set_page_refcounted(page);
1926
1927         arch_alloc_page(page, order);
1928         kernel_map_pages(page, 1 << order, 1);
1929         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 1);
1930         kasan_alloc_pages(page, order);
1931         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
1932 }
1933
1934 static void prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
1935                                                         unsigned int alloc_flags)
1936 {
1937         int i;
1938
1939         post_alloc_hook(page, order, gfp_flags);
1940
1941         if (!free_pages_prezeroed() && (gfp_flags & __GFP_ZERO))
1942                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
1943                         clear_highpage(page + i);
1944
1945         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
1946                 prep_compound_page(page, order);
1947
1948         /*
1949          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
1950          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
1951          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
1952          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
1953          */
1954         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
1955                 set_page_pfmemalloc(page);
1956         else
1957                 clear_page_pfmemalloc(page);
1958 }
1959
1960 /*
1961  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
1962  * the smallest available page from the freelists
1963  */
1964 static __always_inline
1965 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
1966                                                 int migratetype)
1967 {
1968         unsigned int current_order;
1969         struct free_area *area;
1970         struct page *page;
1971
1972         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
1973         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
1974                 area = &(zone->free_area[current_order]);
1975                 page = list_first_entry_or_null(&area->free_list[migratetype],
1976                                                         struct page, lru);
1977                 if (!page)
1978                         continue;
1979                 list_del(&page->lru);
1980                 rmv_page_order(page);
1981                 area->nr_free--;
1982                 expand(zone, page, order, current_order, area, migratetype);
1983                 set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
1984                 return page;
1985         }
1986
1987         return NULL;
1988 }
1989
1990
1991 /*
1992  * This array describes the order lists are fallen back to when
1993  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
1994  */
1995 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][4] = {
1996         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
1997         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
1998         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_TYPES },
1999 #ifdef CONFIG_CMA
2000         [MIGRATE_CMA]         = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
2001 #endif
2002 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
2003         [MIGRATE_ISOLATE]     = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
2004 #endif
2005 };
2006
2007 #ifdef CONFIG_CMA
2008 static __always_inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2009                                         unsigned int order)
2010 {
2011         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
2012 }
2013 #else
2014 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2015                                         unsigned int order) { return NULL; }
2016 #endif
2017
2018 /*
2019  * Move the free pages in a range to the free lists of the requested type.
2020  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
2021  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
2022  */
2023 static int move_freepages(struct zone *zone,
2024                           struct page *start_page, struct page *end_page,
2025                           int migratetype, int *num_movable)
2026 {
2027         struct page *page;
2028         unsigned int order;
2029         int pages_moved = 0;
2030
2031 #ifndef CONFIG_HOLES_IN_ZONE
2032         /*
2033          * page_zone is not safe to call in this context when
2034          * CONFIG_HOLES_IN_ZONE is set. This bug check is probably redundant
2035          * anyway as we check zone boundaries in move_freepages_block().
2036          * Remove at a later date when no bug reports exist related to
2037          * grouping pages by mobility
2038          */
2039         VM_BUG_ON(pfn_valid(page_to_pfn(start_page)) &&
2040                   pfn_valid(page_to_pfn(end_page)) &&
2041                   page_zone(start_page) != page_zone(end_page));
2042 #endif
2043
2044         if (num_movable)
2045                 *num_movable = 0;
2046
2047         for (page = start_page; page <= end_page;) {
2048                 if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page))) {
2049                         page++;
2050                         continue;
2051                 }
2052
2053                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
2054                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
2055
2056                 if (!PageBuddy(page)) {
2057                         /*
2058                          * We assume that pages that could be isolated for
2059                          * migration are movable. But we don't actually try
2060                          * isolating, as that would be expensive.
2061                          */
2062                         if (num_movable &&
2063                                         (PageLRU(page) || __PageMovable(page)))
2064                                 (*num_movable)++;
2065
2066                         page++;
2067                         continue;
2068                 }
2069
2070                 order = page_order(page);
2071                 list_move(&page->lru,
2072                           &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
2073                 page += 1 << order;
2074                 pages_moved += 1 << order;
2075         }
2076
2077         return pages_moved;
2078 }
2079
2080 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
2081                                 int migratetype, int *num_movable)
2082 {
2083         unsigned long start_pfn, end_pfn;
2084         struct page *start_page, *end_page;
2085
2086         start_pfn = page_to_pfn(page);
2087         start_pfn = start_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
2088         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
2089         end_page = start_page + pageblock_nr_pages - 1;
2090         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
2091
2092         /* Do not cross zone boundaries */
2093         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
2094                 start_page = page;
2095         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
2096                 return 0;
2097
2098         return move_freepages(zone, start_page, end_page, migratetype,
2099                                                                 num_movable);
2100 }
2101
2102 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
2103                                         int start_order, int migratetype)
2104 {
2105         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
2106
2107         while (nr_pageblocks--) {
2108                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
2109                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
2110         }
2111 }
2112
2113 /*
2114  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
2115  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
2116  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
2117  *
2118  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
2119  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
2120  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
2121  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
2122  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
2123  * pageblocks.
2124  */
2125 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
2126 {
2127         /*
2128          * Leaving this order check is intended, although there is
2129          * relaxed order check in next check. The reason is that
2130          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
2131          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
2132          * so could be changed anytime.
2133          */
2134         if (order >= pageblock_order)
2135                 return true;
2136
2137         if (order >= pageblock_order / 2 ||
2138                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
2139                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
2140                 page_group_by_mobility_disabled)
2141                 return true;
2142
2143         return false;
2144 }
2145
2146 /*
2147  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
2148  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
2149  * pageblock to our migratetype and determine how many already-allocated pages
2150  * are there in the pageblock with a compatible migratetype. If at least half
2151  * of pages are free or compatible, we can change migratetype of the pageblock
2152  * itself, so pages freed in the future will be put on the correct free list.
2153  */
2154 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
2155                                         int start_type, bool whole_block)
2156 {
2157         unsigned int current_order = page_order(page);
2158         struct free_area *area;
2159         int free_pages, movable_pages, alike_pages;
2160         int old_block_type;
2161
2162         old_block_type = get_pageblock_migratetype(page);
2163
2164         /*
2165          * This can happen due to races and we want to prevent broken
2166          * highatomic accounting.
2167          */
2168         if (is_migrate_highatomic(old_block_type))
2169                 goto single_page;
2170
2171         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
2172         if (current_order >= pageblock_order) {
2173                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
2174                 goto single_page;
2175         }
2176
2177         /* We are not allowed to try stealing from the whole block */
2178         if (!whole_block)
2179                 goto single_page;
2180
2181         free_pages = move_freepages_block(zone, page, start_type,
2182                                                 &movable_pages);
2183         /*
2184          * Determine how many pages are compatible with our allocation.
2185          * For movable allocation, it's the number of movable pages which
2186          * we just obtained. For other types it's a bit more tricky.
2187          */
2188         if (start_type == MIGRATE_MOVABLE) {
2189                 alike_pages = movable_pages;
2190         } else {
2191                 /*
2192                  * If we are falling back a RECLAIMABLE or UNMOVABLE allocation
2193                  * to MOVABLE pageblock, consider all non-movable pages as
2194                  * compatible. If it's UNMOVABLE falling back to RECLAIMABLE or
2195                  * vice versa, be conservative since we can't distinguish the
2196                  * exact migratetype of non-movable pages.
2197                  */
2198                 if (old_block_type == MIGRATE_MOVABLE)
2199                         alike_pages = pageblock_nr_pages
2200                                                 - (free_pages + movable_pages);
2201                 else
2202                         alike_pages = 0;
2203         }
2204
2205         /* moving whole block can fail due to zone boundary conditions */
2206         if (!free_pages)
2207                 goto single_page;
2208
2209         /*
2210          * If a sufficient number of pages in the block are either free or of
2211          * comparable migratability as our allocation, claim the whole block.
2212          */
2213         if (free_pages + alike_pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
2214                         page_group_by_mobility_disabled)
2215                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
2216
2217         return;
2218
2219 single_page:
2220         area = &zone->free_area[current_order];
2221         list_move(&page->lru, &area->free_list[start_type]);
2222 }
2223
2224 /*
2225  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
2226  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
2227  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
2228  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
2229  */
2230 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
2231                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
2232 {
2233         int i;
2234         int fallback_mt;
2235
2236         if (area->nr_free == 0)
2237                 return -1;
2238
2239         *can_steal = false;
2240         for (i = 0;; i++) {
2241                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
2242                 if (fallback_mt == MIGRATE_TYPES)
2243                         break;
2244
2245                 if (list_empty(&area->free_list[fallback_mt]))
2246                         continue;
2247
2248                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
2249                         *can_steal = true;
2250
2251                 if (!only_stealable)
2252                         return fallback_mt;
2253
2254                 if (*can_steal)
2255                         return fallback_mt;
2256         }
2257
2258         return -1;
2259 }
2260
2261 /*
2262  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
2263  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
2264  */
2265 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone,
2266                                 unsigned int alloc_order)
2267 {
2268         int mt;
2269         unsigned long max_managed, flags;
2270
2271         /*
2272          * Limit the number reserved to 1 pageblock or roughly 1% of a zone.
2273          * Check is race-prone but harmless.
2274          */
2275         max_managed = (zone->managed_pages / 100) + pageblock_nr_pages;
2276         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2277                 return;
2278
2279         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2280
2281         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
2282         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2283                 goto out_unlock;
2284
2285         /* Yoink! */
2286         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2287         if (!is_migrate_highatomic(mt) && !is_migrate_isolate(mt)
2288             && !is_migrate_cma(mt)) {
2289                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
2290                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2291                 move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_HIGHATOMIC, NULL);
2292         }
2293
2294 out_unlock:
2295         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2296 }
2297
2298 /*
2299  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
2300  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
2301  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
2302  * to recover from than an OOM.
2303  *
2304  * If @force is true, try to unreserve a pageblock even though highatomic
2305  * pageblock is exhausted.
2306  */
2307 static bool unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac,
2308                                                 bool force)
2309 {
2310         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2311         unsigned long flags;
2312         struct zoneref *z;
2313         struct zone *zone;
2314         struct page *page;
2315         int order;
2316         bool ret;
2317
2318         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->high_zoneidx,
2319                                                                 ac->nodemask) {
2320                 /*
2321                  * Preserve at least one pageblock unless memory pressure
2322                  * is really high.
2323                  */
2324                 if (!force && zone->nr_reserved_highatomic <=
2325                                         pageblock_nr_pages)
2326                         continue;
2327
2328                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2329                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
2330                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
2331
2332                         page = list_first_entry_or_null(
2333                                         &area->free_list[MIGRATE_HIGHATOMIC],
2334                                         struct page, lru);
2335                         if (!page)
2336                                 continue;
2337
2338                         /*
2339                          * In page freeing path, migratetype change is racy so
2340                          * we can counter several free pages in a pageblock
2341                          * in this loop althoug we changed the pageblock type
2342                          * from highatomic to ac->migratetype. So we should
2343                          * adjust the count once.
2344                          */
2345                         if (is_migrate_highatomic_page(page)) {
2346                                 /*
2347                                  * It should never happen but changes to
2348                                  * locking could inadvertently allow a per-cpu
2349                                  * drain to add pages to MIGRATE_HIGHATOMIC
2350                                  * while unreserving so be safe and watch for
2351                                  * underflows.
2352                                  */
2353                                 zone->nr_reserved_highatomic -= min(
2354                                                 pageblock_nr_pages,
2355                                                 zone->nr_reserved_highatomic);
2356                         }
2357
2358                         /*
2359                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
2360                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
2361                          * is doing the work and needs the pages. More
2362                          * importantly, if the block was always converted to
2363                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
2364                          * of pageblocks that cannot be completely freed
2365                          * may increase.
2366                          */
2367                         set_pageblock_migratetype(page, ac->migratetype);
2368                         ret = move_freepages_block(zone, page, ac->migratetype,
2369                                                                         NULL);
2370                         if (ret) {
2371                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2372                                 return ret;
2373                         }
2374                 }
2375                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2376         }
2377
2378         return false;
2379 }
2380
2381 /*
2382  * Try finding a free buddy page on the fallback list and put it on the free
2383  * list of requested migratetype, possibly along with other pages from the same
2384  * block, depending on fragmentation avoidance heuristics. Returns true if
2385  * fallback was found so that __rmqueue_smallest() can grab it.
2386  *
2387  * The use of signed ints for order and current_order is a deliberate
2388  * deviation from the rest of this file, to make the for loop
2389  * condition simpler.
2390  */
2391 static __always_inline bool
2392 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, int order, int start_migratetype)
2393 {
2394         struct free_area *area;
2395         int current_order;
2396         struct page *page;
2397         int fallback_mt;
2398         bool can_steal;
2399
2400         /*
2401          * Find the largest available free page in the other list. This roughly
2402          * approximates finding the pageblock with the most free pages, which
2403          * would be too costly to do exactly.
2404          */
2405         for (current_order = MAX_ORDER - 1; current_order >= order;
2406                                 --current_order) {
2407                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2408                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2409                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2410                 if (fallback_mt == -1)
2411                         continue;
2412
2413                 /*
2414                  * We cannot steal all free pages from the pageblock and the
2415                  * requested migratetype is movable. In that case it's better to
2416                  * steal and split the smallest available page instead of the
2417                  * largest available page, because even if the next movable
2418                  * allocation falls back into a different pageblock than this
2419                  * one, it won't cause permanent fragmentation.
2420                  */
2421                 if (!can_steal && start_migratetype == MIGRATE_MOVABLE
2422                                         && current_order > order)
2423                         goto find_smallest;
2424
2425                 goto do_steal;
2426         }
2427
2428         return false;
2429
2430 find_smallest:
2431         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER;
2432                                                         current_order++) {
2433                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2434                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2435                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2436                 if (fallback_mt != -1)
2437                         break;
2438         }
2439
2440         /*
2441          * This should not happen - we already found a suitable fallback
2442          * when looking for the largest page.
2443          */
2444         VM_BUG_ON(current_order == MAX_ORDER);
2445
2446 do_steal:
2447         page = list_first_entry(&area->free_list[fallback_mt],
2448                                                         struct page, lru);
2449
2450         steal_suitable_fallback(zone, page, start_migratetype, can_steal);
2451
2452         trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
2453                 start_migratetype, fallback_mt);
2454
2455         return true;
2456
2457 }
2458
2459 /*
2460  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
2461  * Call me with the zone->lock already held.
2462  */
2463 static __always_inline struct page *
2464 __rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order, int migratetype)
2465 {
2466         struct page *page;
2467
2468 retry:
2469         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
2470         if (unlikely(!page)) {
2471                 if (migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
2472                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2473
2474                 if (!page && __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype))
2475                         goto retry;
2476         }
2477
2478         trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
2479         return page;
2480 }
2481
2482 /*
2483  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
2484  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
2485  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
2486  */
2487 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
2488                         unsigned long count, struct list_head *list,
2489                         int migratetype)
2490 {
2491         int i, alloced = 0;
2492
2493         spin_lock(&zone->lock);
2494         for (i = 0; i < count; ++i) {
2495                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
2496                 if (unlikely(page == NULL))
2497                         break;
2498
2499                 if (unlikely(check_pcp_refill(page)))
2500                         continue;
2501
2502                 /*
2503                  * Split buddy pages returned by expand() are received here in
2504                  * physical page order. The page is added to the tail of
2505                  * caller's list. From the callers perspective, the linked list
2506                  * is ordered by page number under some conditions. This is
2507                  * useful for IO devices that can forward direction from the
2508                  * head, thus also in the physical page order. This is useful
2509                  * for IO devices that can merge IO requests if the physical
2510                  * pages are ordered properly.
2511                  */
2512                 list_add_tail(&page->lru, list);
2513                 alloced++;
2514                 if (is_migrate_cma(get_pcppage_migratetype(page)))
2515                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
2516                                               -(1 << order));
2517         }
2518
2519         /*
2520          * i pages were removed from the buddy list even if some leak due
2521          * to check_pcp_refill failing so adjust NR_FREE_PAGES based
2522          * on i. Do not confuse with 'alloced' which is the number of
2523          * pages added to the pcp list.
2524          */
2525         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
2526         spin_unlock(&zone->lock);
2527         return alloced;
2528 }
2529
2530 #ifdef CONFIG_NUMA
2531 /*
2532  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
2533  * currently executing processor on remote nodes after they have
2534  * expired.
2535  *
2536  * Note that this function must be called with the thread pinned to
2537  * a single processor.
2538  */
2539 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
2540 {
2541         unsigned long flags;
2542         int to_drain, batch;
2543
2544         local_irq_save(flags);
2545         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2546         to_drain = min(pcp->count, batch);
2547         if (to_drain > 0)
2548                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp);
2549         local_irq_restore(flags);
2550 }
2551 #endif
2552
2553 /*
2554  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
2555  *
2556  * The processor must either be the current processor and the
2557  * thread pinned to the current processor or a processor that
2558  * is not online.
2559  */
2560 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
2561 {
2562         unsigned long flags;
2563         struct per_cpu_pageset *pset;
2564         struct per_cpu_pages *pcp;
2565
2566         local_irq_save(flags);
2567         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2568
2569         pcp = &pset->pcp;
2570         if (pcp->count)
2571                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp);
2572         local_irq_restore(flags);
2573 }
2574
2575 /*
2576  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
2577  *
2578  * The processor must either be the current processor and the
2579  * thread pinned to the current processor or a processor that
2580  * is not online.
2581  */
2582 static void drain_pages(unsigned int cpu)
2583 {
2584         struct zone *zone;
2585
2586         for_each_populated_zone(zone) {
2587                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2588         }
2589 }
2590
2591 /*
2592  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
2593  *
2594  * The CPU has to be pinned. When zone parameter is non-NULL, spill just
2595  * the single zone's pages.
2596  */
2597 void drain_local_pages(struct zone *zone)
2598 {
2599         int cpu = smp_processor_id();
2600
2601         if (zone)
2602                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2603         else
2604                 drain_pages(cpu);
2605 }
2606
2607 static void drain_local_pages_wq(struct work_struct *work)
2608 {
2609         /*
2610          * drain_all_pages doesn't use proper cpu hotplug protection so
2611          * we can race with cpu offline when the WQ can move this from
2612          * a cpu pinned worker to an unbound one. We can operate on a different
2613          * cpu which is allright but we also have to make sure to not move to
2614          * a different one.
2615          */
2616         preempt_disable();
2617         drain_local_pages(NULL);
2618         preempt_enable();
2619 }
2620
2621 /*
2622  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
2623  *
2624  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
2625  *
2626  * Note that this can be extremely slow as the draining happens in a workqueue.
2627  */
2628 void drain_all_pages(struct zone *zone)
2629 {
2630         int cpu;
2631
2632         /*
2633          * Allocate in the BSS so we wont require allocation in
2634          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
2635          */
2636         static cpumask_t cpus_with_pcps;
2637
2638         /*
2639          * Make sure nobody triggers this path before mm_percpu_wq is fully
2640          * initialized.
2641          */
2642         if (WARN_ON_ONCE(!mm_percpu_wq))
2643                 return;
2644
2645         /*
2646          * Do not drain if one is already in progress unless it's specific to
2647          * a zone. Such callers are primarily CMA and memory hotplug and need
2648          * the drain to be complete when the call returns.
2649          */
2650         if (unlikely(!mutex_trylock(&pcpu_drain_mutex))) {
2651                 if (!zone)
2652                         return;
2653                 mutex_lock(&pcpu_drain_mutex);
2654         }
2655
2656         /*
2657          * We don't care about racing with CPU hotplug event
2658          * as offline notification will cause the notified
2659          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
2660          * disables preemption as part of its processing
2661          */
2662         for_each_online_cpu(cpu) {
2663                 struct per_cpu_pageset *pcp;
2664                 struct zone *z;
2665                 bool has_pcps = false;
2666
2667                 if (zone) {
2668                         pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2669                         if (pcp->pcp.count)
2670                                 has_pcps = true;
2671                 } else {
2672                         for_each_populated_zone(z) {
2673                                 pcp = per_cpu_ptr(z->pageset, cpu);
2674                                 if (pcp->pcp.count) {
2675                                         has_pcps = true;
2676                                         break;
2677                                 }
2678                         }
2679                 }
2680
2681                 if (has_pcps)
2682                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2683                 else
2684                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2685         }
2686
2687         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps) {
2688                 struct work_struct *work = per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu);
2689                 INIT_WORK(work, drain_local_pages_wq);
2690                 queue_work_on(cpu, mm_percpu_wq, work);
2691         }
2692         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps)
2693                 flush_work(per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu));
2694
2695         mutex_unlock(&pcpu_drain_mutex);
2696 }
2697
2698 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
2699
2700 /*
2701  * Touch the watchdog for every WD_PAGE_COUNT pages.
2702  */
2703 #define WD_PAGE_COUNT   (128*1024)
2704
2705 void mark_free_pages(struct zone *zone)
2706 {
2707         unsigned long pfn, max_zone_pfn, page_count = WD_PAGE_COUNT;
2708         unsigned long flags;
2709         unsigned int order, t;
2710         struct page *page;
2711
2712         if (zone_is_empty(zone))
2713                 return;
2714
2715         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2716
2717         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
2718         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
2719                 if (pfn_valid(pfn)) {
2720                         page = pfn_to_page(pfn);
2721
2722                         if (!--page_count) {
2723                                 touch_nmi_watchdog();
2724                                 page_count = WD_PAGE_COUNT;
2725                         }
2726
2727                         if (page_zone(page) != zone)
2728                                 continue;
2729
2730                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
2731                                 swsusp_unset_page_free(page);
2732                 }
2733
2734         for_each_migratetype_order(order, t) {
2735                 list_for_each_entry(page,
2736                                 &zone->free_area[order].free_list[t], lru) {
2737                         unsigned long i;
2738
2739                         pfn = page_to_pfn(page);
2740                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++) {
2741                                 if (!--page_count) {
2742                                         touch_nmi_watchdog();
2743                                         page_count = WD_PAGE_COUNT;
2744                                 }
2745                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
2746                         }
2747                 }
2748         }
2749         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2750 }
2751 #endif /* CONFIG_PM */
2752
2753 static bool free_unref_page_prepare(struct page *page, unsigned long pfn)
2754 {
2755         int migratetype;
2756
2757         if (!free_pcp_prepare(page))
2758                 return false;
2759
2760         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
2761         set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2762         return true;
2763 }
2764
2765 static void free_unref_page_commit(struct page *page, unsigned long pfn)
2766 {
2767         struct zone *zone = page_zone(page);
2768         struct per_cpu_pages *pcp;
2769         int migratetype;
2770
2771         migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
2772         __count_vm_event(PGFREE);
2773
2774         /*
2775          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
2776          * Free ISOLATE pages back to the allocator because they are being
2777          * offlined but treat HIGHATOMIC as movable pages so we can get those
2778          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
2779          * excessively into the page allocator
2780          */
2781         if (migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES) {
2782                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
2783                         free_one_page(zone, page, pfn, 0, migratetype);
2784                         return;
2785                 }
2786                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
2787         }
2788
2789         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
2790         list_add(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
2791         pcp->count++;
2792         if (pcp->count >= pcp->high) {
2793                 unsigned long batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2794                 free_pcppages_bulk(zone, batch, pcp);
2795         }
2796 }
2797
2798 /*
2799  * Free a 0-order page
2800  */
2801 void free_unref_page(struct page *page)
2802 {
2803         unsigned long flags;
2804         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
2805
2806         if (!free_unref_page_prepare(page, pfn))
2807                 return;
2808
2809         local_irq_save(flags);
2810         free_unref_page_commit(page, pfn);
2811         local_irq_restore(flags);
2812 }
2813
2814 /*
2815  * Free a list of 0-order pages
2816  */
2817 void free_unref_page_list(struct list_head *list)
2818 {
2819         struct page *page, *next;
2820         unsigned long flags, pfn;
2821         int batch_count = 0;
2822
2823         /* Prepare pages for freeing */
2824         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
2825                 pfn = page_to_pfn(page);
2826                 if (!free_unref_page_prepare(page, pfn))
2827                         list_del(&page->lru);
2828                 set_page_private(page, pfn);
2829         }
2830
2831         local_irq_save(flags);
2832         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
2833                 unsigned long pfn = page_private(page);
2834
2835                 set_page_private(page, 0);
2836                 trace_mm_page_free_batched(page);
2837                 free_unref_page_commit(page, pfn);
2838
2839                 /*
2840                  * Guard against excessive IRQ disabled times when we get
2841                  * a large list of pages to free.
2842                  */
2843                 if (++batch_count == SWAP_CLUSTER_MAX) {
2844                         local_irq_restore(flags);
2845                         batch_count = 0;
2846                         local_irq_save(flags);
2847                 }
2848         }
2849         local_irq_restore(flags);
2850 }
2851
2852 /*
2853  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
2854  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
2855  * Each sub-page must be freed individually.
2856  *
2857  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
2858  * Please consult with lkml before using this in your driver.
2859  */
2860 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
2861 {
2862         int i;
2863
2864         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
2865         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
2866
2867         for (i = 1; i < (1 << order); i++)
2868                 set_page_refcounted(page + i);
2869         split_page_owner(page, order);
2870 }
2871 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
2872
2873 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
2874 {
2875         unsigned long watermark;
2876         struct zone *zone;
2877         int mt;
2878
2879         BUG_ON(!PageBuddy(page));
2880
2881         zone = page_zone(page);
2882         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2883
2884         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
2885                 /*
2886                  * Obey watermarks as if the page was being allocated. We can
2887                  * emulate a high-order watermark check with a raised order-0
2888                  * watermark, because we already know our high-order page
2889                  * exists.
2890                  */
2891                 watermark = min_wmark_pages(zone) + (1UL << order);
2892                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, 0))
2893                         return 0;
2894
2895                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
2896         }
2897
2898         /* Remove page from free list */
2899         list_del(&page->lru);
2900         zone->free_area[order].nr_free--;
2901         rmv_page_order(page);
2902
2903         /*
2904          * Set the pageblock if the isolated page is at least half of a
2905          * pageblock
2906          */
2907         if (order >= pageblock_order - 1) {
2908                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
2909                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
2910                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
2911                         if (!is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt)
2912                             && !is_migrate_highatomic(mt))
2913                                 set_pageblock_migratetype(page,
2914                                                           MIGRATE_MOVABLE);
2915                 }
2916         }
2917
2918
2919         return 1UL << order;
2920 }
2921
2922 /*
2923  * Update NUMA hit/miss statistics
2924  *
2925  * Must be called with interrupts disabled.
2926  */
2927 static inline void zone_statistics(struct zone *preferred_zone, struct zone *z)
2928 {
2929 #ifdef CONFIG_NUMA
2930         enum numa_stat_item local_stat = NUMA_LOCAL;
2931
2932         /* skip numa counters update if numa stats is disabled */
2933         if (!static_branch_likely(&vm_numa_stat_key))
2934                 return;
2935
2936         if (z->node != numa_node_id())
2937                 local_stat = NUMA_OTHER;
2938
2939         if (z->node == preferred_zone->node)
2940                 __inc_numa_state(z, NUMA_HIT);
2941         else {
2942                 __inc_numa_state(z, NUMA_MISS);
2943                 __inc_numa_state(preferred_zone, NUMA_FOREIGN);
2944         }
2945         __inc_numa_state(z, local_stat);
2946 #endif
2947 }
2948
2949 /* Remove page from the per-cpu list, caller must protect the list */
2950 static struct page *__rmqueue_pcplist(struct zone *zone, int migratetype,
2951                         struct per_cpu_pages *pcp,
2952                         struct list_head *list)
2953 {
2954         struct page *page;
2955
2956         do {
2957                 if (list_empty(list)) {
2958                         pcp->count += rmqueue_bulk(zone, 0,
2959                                         pcp->batch, list,
2960                                         migratetype);
2961                         if (unlikely(list_empty(list)))
2962                                 return NULL;
2963                 }
2964
2965                 page = list_first_entry(list, struct page, lru);
2966                 list_del(&page->lru);
2967                 pcp->count--;
2968         } while (check_new_pcp(page));
2969
2970         return page;
2971 }
2972
2973 /* Lock and remove page from the per-cpu list */
2974 static struct page *rmqueue_pcplist(struct zone *preferred_zone,
2975                         struct zone *zone, unsigned int order,
2976                         gfp_t gfp_flags, int migratetype)
2977 {
2978         struct per_cpu_pages *pcp;
2979         struct list_head *list;
2980         struct page *page;
2981         unsigned long flags;
2982
2983         local_irq_save(flags);
2984         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
2985         list = &pcp->lists[migratetype];
2986         page = __rmqueue_pcplist(zone,  migratetype, pcp, list);
2987         if (page) {
2988                 __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
2989                 zone_statistics(preferred_zone, zone);
2990         }
2991         local_irq_restore(flags);
2992         return page;
2993 }
2994
2995 /*
2996  * Allocate a page from the given zone. Use pcplists for order-0 allocations.
2997  */
2998 static inline
2999 struct page *rmqueue(struct zone *preferred_zone,
3000                         struct zone *zone, unsigned int order,
3001                         gfp_t gfp_flags, unsigned int alloc_flags,
3002                         int migratetype)
3003 {
3004         unsigned long flags;
3005         struct page *page;
3006
3007         if (likely(order == 0)) {
3008                 page = rmqueue_pcplist(preferred_zone, zone, order,
3009                                 gfp_flags, migratetype);
3010                 goto out;
3011         }
3012
3013         /*
3014          * We most definitely don't want callers attempting to
3015          * allocate greater than order-1 page units with __GFP_NOFAIL.
3016          */
3017         WARN_ON_ONCE((gfp_flags & __GFP_NOFAIL) && (order > 1));
3018         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3019
3020         do {
3021                 page = NULL;
3022                 if (alloc_flags & ALLOC_HARDER) {
3023                         page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
3024                         if (page)
3025                                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
3026                 }
3027                 if (!page)
3028                         page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
3029         } while (page && check_new_pages(page, order));
3030         spin_unlock(&zone->lock);
3031         if (!page)
3032                 goto failed;
3033         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
3034                                   get_pcppage_migratetype(page));
3035
3036         __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
3037         zone_statistics(preferred_zone, zone);
3038         local_irq_restore(flags);
3039
3040 out:
3041         VM_BUG_ON_PAGE(page && bad_range(zone, page), page);
3042         return page;
3043
3044 failed:
3045         local_irq_restore(flags);
3046         return NULL;
3047 }
3048
3049 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
3050
3051 static struct {
3052         struct fault_attr attr;
3053
3054         bool ignore_gfp_highmem;
3055         bool ignore_gfp_reclaim;
3056         u32 min_order;
3057 } fail_page_alloc = {
3058         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
3059         .ignore_gfp_reclaim = true,
3060         .ignore_gfp_highmem = true,
3061         .min_order = 1,
3062 };
3063
3064 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
3065 {
3066         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
3067 }
3068 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
3069
3070 static bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3071 {
3072         if (order < fail_page_alloc.min_order)
3073                 return false;
3074         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3075                 return false;
3076         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
3077                 return false;
3078         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim &&
3079                         (gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3080                 return false;
3081
3082         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
3083 }
3084
3085 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
3086
3087 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
3088 {
3089         umode_t mode = S_IFREG | S_IRUSR | S_IWUSR;
3090         struct dentry *dir;
3091
3092         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
3093                                         &fail_page_alloc.attr);
3094         if (IS_ERR(dir))
3095                 return PTR_ERR(dir);
3096
3097         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
3098                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim))
3099                 goto fail;
3100         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
3101                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem))
3102                 goto fail;
3103         if (!debugfs_create_u32("min-order", mode, dir,
3104                                 &fail_page_alloc.min_order))
3105                 goto fail;
3106
3107         return 0;
3108 fail:
3109         debugfs_remove_recursive(dir);
3110
3111         return -ENOMEM;
3112 }
3113
3114 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
3115
3116 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
3117
3118 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3119
3120 static inline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3121 {
3122         return false;
3123 }
3124
3125 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3126
3127 /*
3128  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
3129  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
3130  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
3131  * to check in the allocation paths if no pages are free.
3132  */
3133 bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3134                          int classzone_idx, unsigned int alloc_flags,
3135                          long free_pages)
3136 {
3137         long min = mark;
3138         int o;
3139         const bool alloc_harder = (alloc_flags & (ALLOC_HARDER|ALLOC_OOM));
3140
3141         /* free_pages may go negative - that's OK */
3142         free_pages -= (1 << order) - 1;
3143
3144         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
3145                 min -= min / 2;
3146
3147         /*
3148          * If the caller does not have rights to ALLOC_HARDER then subtract
3149          * the high-atomic reserves. This will over-estimate the size of the
3150          * atomic reserve but it avoids a search.
3151          */
3152         if (likely(!alloc_harder)) {
3153                 free_pages -= z->nr_reserved_highatomic;
3154         } else {
3155                 /*
3156                  * OOM victims can try even harder than normal ALLOC_HARDER
3157                  * users on the grounds that it's definitely going to be in
3158                  * the exit path shortly and free memory. Any allocation it
3159                  * makes during the free path will be small and short-lived.
3160                  */
3161                 if (alloc_flags & ALLOC_OOM)
3162                         min -= min / 2;
3163                 else
3164                         min -= min / 4;
3165         }
3166
3167
3168         /*
3169          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
3170          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
3171          * even if a suitable page happened to be free.
3172          */
3173         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
3174                 return false;
3175
3176         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
3177         if (!order)
3178                 return true;
3179
3180         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
3181         for (o = order; o < MAX_ORDER; o++) {
3182                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
3183                 int mt;
3184
3185                 if (!area->nr_free)
3186                         continue;
3187
3188                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
3189                         if (!list_empty(&area->free_list[mt]))
3190                                 return true;
3191                 }
3192
3193 #ifdef CONFIG_CMA
3194                 if (!list_empty(&area->free_list[MIGRATE_CMA]))
3195                         return true;
3196 #endif
3197                 if (alloc_harder &&
3198                         !list_empty(&area->free_list[MIGRATE_HIGHATOMIC]))
3199                         return true;
3200         }
3201         return false;
3202 }
3203
3204 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3205                       int classzone_idx, unsigned int alloc_flags)
3206 {
3207         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
3208                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
3209 }
3210
3211 static inline bool zone_watermark_fast(struct zone *z, unsigned int order,
3212                 unsigned long mark, int classzone_idx, unsigned int alloc_flags)
3213 {
3214         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3215
3216         /*
3217          * Fast check for order-0 only. If this fails then the reserves
3218          * need to be calculated. There is a corner case where the check
3219          * passes but only the high-order atomic reserve are free. If
3220          * the caller is !atomic then it'll uselessly search the free
3221          * list. That corner case is then slower but it is harmless.
3222          */
3223         if (!order && free_pages > mark + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
3224                 return true;
3225
3226         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
3227                                         free_pages);
3228 }
3229
3230 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
3231                         unsigned long mark, int classzone_idx)
3232 {
3233         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3234
3235         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
3236                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
3237
3238         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, 0,
3239                                                                 free_pages);
3240 }
3241
3242 #ifdef CONFIG_NUMA
3243 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3244 {
3245         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <=
3246                                 RECLAIM_DISTANCE;
3247 }
3248 #else   /* CONFIG_NUMA */
3249 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3250 {
3251         return true;
3252 }
3253 #endif  /* CONFIG_NUMA */
3254
3255 /*
3256  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
3257  * a page.
3258  */
3259 static struct page *
3260 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
3261                                                 const struct alloc_context *ac)
3262 {
3263         struct zoneref *z = ac->preferred_zoneref;
3264         struct zone *zone;
3265         struct pglist_data *last_pgdat_dirty_limit = NULL;
3266
3267         /*
3268          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
3269          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
3270          */
3271         for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
3272                                                                 ac->nodemask) {
3273                 struct page *page;
3274                 unsigned long mark;
3275
3276                 if (cpusets_enabled() &&
3277                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
3278                         !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
3279                                 continue;
3280                 /*
3281                  * When allocating a page cache page for writing, we
3282                  * want to get it from a node that is within its dirty
3283                  * limit, such that no single node holds more than its
3284                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
3285                  * The dirty limits take into account the node's
3286                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
3287                  * should be able to balance it without having to
3288                  * write pages from its LRU list.
3289                  *
3290                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
3291                  * exceed the per-node dirty limit in the slowpath
3292                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
3293                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
3294                  * nodes are together not big enough to reach the
3295                  * global limit.  The proper fix for these situations
3296                  * will require awareness of nodes in the
3297                  * dirty-throttling and the flusher threads.
3298                  */
3299                 if (ac->spread_dirty_pages) {
3300                         if (last_pgdat_dirty_limit == zone->zone_pgdat)
3301                                 continue;
3302
3303                         if (!node_dirty_ok(zone->zone_pgdat)) {
3304                                 last_pgdat_dirty_limit = zone->zone_pgdat;
3305                                 continue;
3306                         }
3307                 }
3308
3309                 mark = zone->watermark[alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK];
3310                 if (!zone_watermark_fast(zone, order, mark,
3311                                        ac_classzone_idx(ac), alloc_flags)) {
3312                         int ret;
3313
3314 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
3315                         /*
3316                          * Watermark failed for this zone, but see if we can
3317                          * grow this zone if it contains deferred pages.
3318                          */
3319                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
3320                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
3321                                         goto try_this_zone;
3322                         }
3323 #endif
3324                         /* Checked here to keep the fast path fast */
3325                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
3326                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
3327                                 goto try_this_zone;
3328
3329                         if (node_reclaim_mode == 0 ||
3330                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zoneref->zone, zone))
3331                                 continue;
3332
3333                         ret = node_reclaim(zone->zone_pgdat, gfp_mask, order);
3334                         switch (ret) {
3335                         case NODE_RECLAIM_NOSCAN:
3336                                 /* did not scan */
3337                                 continue;
3338                         case NODE_RECLAIM_FULL:
3339                                 /* scanned but unreclaimable */
3340                                 continue;
3341                         default:
3342                                 /* did we reclaim enough */
3343                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
3344                                                 ac_classzone_idx(ac), alloc_flags))
3345                                         goto try_this_zone;
3346
3347                                 continue;
3348                         }
3349                 }
3350
3351 try_this_zone:
3352                 page = rmqueue(ac->preferred_zoneref->zone, zone, order,
3353                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
3354                 if (page) {
3355                         prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
3356
3357                         /*
3358                          * If this is a high-order atomic allocation then check
3359                          * if the pageblock should be reserved for the future
3360                          */
3361                         if (unlikely(order && (alloc_flags & ALLOC_HARDER)))
3362                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone, order);
3363
3364                         return page;
3365                 } else {
3366 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
3367                         /* Try again if zone has deferred pages */
3368                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
3369                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
3370                                         goto try_this_zone;
3371                         }
3372 #endif
3373                 }
3374         }
3375
3376         return NULL;
3377 }
3378
3379 /*
3380  * Large machines with many possible nodes should not always dump per-node
3381  * meminfo in irq context.
3382  */
3383 static inline bool should_suppress_show_mem(void)
3384 {
3385         bool ret = false;
3386
3387 #if NODES_SHIFT > 8
3388         ret = in_interrupt();
3389 #endif
3390         return ret;
3391 }
3392
3393 static void warn_alloc_show_mem(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
3394 {
3395         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3396         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(show_mem_rs, HZ, 1);
3397
3398         if (should_suppress_show_mem() || !__ratelimit(&show_mem_rs))
3399                 return;
3400
3401         /*
3402          * This documents exceptions given to allocations in certain
3403          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
3404          * of allowed nodes.
3405          */
3406         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3407                 if (tsk_is_oom_victim(current) ||
3408                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
3409                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3410         if (in_interrupt() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3411                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3412
3413         show_mem(filter, nodemask);
3414 }
3415
3416 void warn_alloc(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask, const char *fmt, ...)
3417 {
3418         struct va_format vaf;
3419         va_list args;
3420         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs, DEFAULT_RATELIMIT_INTERVAL,
3421                                       DEFAULT_RATELIMIT_BURST);
3422
3423         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) || !__ratelimit(&nopage_rs))
3424                 return;
3425
3426         va_start(args, fmt);
3427         vaf.fmt = fmt;
3428         vaf.va = &args;
3429         pr_warn("%s: %pV, mode:%#x(%pGg), nodemask=%*pbl\n",
3430                         current->comm, &vaf, gfp_mask, &gfp_mask,
3431                         nodemask_pr_args(nodemask));
3432         va_end(args);
3433
3434         cpuset_print_current_mems_allowed();
3435
3436         dump_stack();
3437         warn_alloc_show_mem(gfp_mask, nodemask);
3438 }
3439
3440 static inline struct page *
3441 __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3442                               unsigned int alloc_flags,
3443                               const struct alloc_context *ac)
3444 {
3445         struct page *page;
3446
3447         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3448                         alloc_flags|ALLOC_CPUSET, ac);
3449         /*
3450          * fallback to ignore cpuset restriction if our nodes
3451          * are depleted
3452          */
3453         if (!page)
3454                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3455                                 alloc_flags, ac);
3456
3457         return page;
3458 }
3459
3460 static inline struct page *
3461 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3462         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
3463 {
3464         struct oom_control oc = {
3465                 .zonelist = ac->zonelist,
3466                 .nodemask = ac->nodemask,
3467                 .memcg = NULL,
3468                 .gfp_mask = gfp_mask,
3469                 .order = order,
3470         };
3471         struct page *page;
3472
3473         *did_some_progress = 0;
3474
3475         /*
3476          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
3477          * making progress for us.
3478          */
3479         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
3480                 *did_some_progress = 1;
3481                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
3482                 return NULL;
3483         }
3484
3485         /*
3486          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
3487          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
3488          * we're still under heavy pressure. But make sure that this reclaim
3489          * attempt shall not depend on __GFP_DIRECT_RECLAIM && !__GFP_NORETRY
3490          * allocation which will never fail due to oom_lock already held.
3491          */
3492         page = get_page_from_freelist((gfp_mask | __GFP_HARDWALL) &
3493                                       ~__GFP_DIRECT_RECLAIM, order,
3494                                       ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
3495         if (page)
3496                 goto out;
3497
3498         /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
3499         if (current->flags & PF_DUMPCORE)
3500                 goto out;
3501         /* The OOM killer will not help higher order allocs */
3502         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3503                 goto out;
3504         /*
3505          * We have already exhausted all our reclaim opportunities without any
3506          * success so it is time to admit defeat. We will skip the OOM killer
3507          * because it is very likely that the caller has a more reasonable
3508          * fallback than shooting a random task.
3509          */
3510         if (gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL)
3511                 goto out;
3512         /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
3513         if (ac->high_zoneidx < ZONE_NORMAL)
3514                 goto out;
3515         if (pm_suspended_storage())
3516                 goto out;
3517         /*
3518          * XXX: GFP_NOFS allocations should rather fail than rely on
3519          * other request to make a forward progress.
3520          * We are in an unfortunate situation where out_of_memory cannot
3521          * do much for this context but let's try it to at least get
3522          * access to memory reserved if the current task is killed (see
3523          * out_of_memory). Once filesystems are ready to handle allocation
3524          * failures more gracefully we should just bail out here.
3525          */
3526
3527         /* The OOM killer may not free memory on a specific node */
3528         if (gfp_mask & __GFP_THISNODE)
3529                 goto out;
3530
3531         /* Exhausted what can be done so it's blame time */
3532         if (out_of_memory(&oc) || WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
3533                 *did_some_progress = 1;
3534
3535                 /*
3536                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
3537                  * reserves
3538                  */
3539                 if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3540                         page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order,
3541                                         ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3542         }
3543 out:
3544         mutex_unlock(&oom_lock);
3545         return page;
3546 }
3547
3548 /*
3549  * Maximum number of compaction retries wit a progress before OOM
3550  * killer is consider as the only way to move forward.
3551  */
3552 #define MAX_COMPACT_RETRIES 16
3553
3554 #ifdef CONFIG_COMPACTION
3555 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
3556 static struct page *
3557 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3558                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3559                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
3560 {
3561         struct page *page;
3562         unsigned int noreclaim_flag;
3563
3564         if (!order)
3565                 return NULL;
3566
3567         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
3568         *compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3569                                                                         prio);
3570         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
3571
3572         if (*compact_result <= COMPACT_INACTIVE)
3573                 return NULL;
3574
3575         /*
3576          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
3577          * count a compaction stall
3578          */
3579         count_vm_event(COMPACTSTALL);
3580
3581         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3582
3583         if (page) {
3584                 struct zone *zone = page_zone(page);
3585
3586                 zone->compact_blockskip_flush = false;
3587                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
3588                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
3589                 return page;
3590         }
3591
3592         /*
3593          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
3594          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
3595          */
3596         count_vm_event(COMPACTFAIL);
3597
3598         cond_resched();
3599
3600         return NULL;
3601 }
3602
3603 static inline bool
3604 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, int order, int alloc_flags,
3605                      enum compact_result compact_result,
3606                      enum compact_priority *compact_priority,
3607                      int *compaction_retries)
3608 {
3609         int max_retries = MAX_COMPACT_RETRIES;
3610         int min_priority;
3611         bool ret = false;
3612         int retries = *compaction_retries;
3613         enum compact_priority priority = *compact_priority;
3614
3615         if (!order)
3616                 return false;
3617
3618         if (compaction_made_progress(compact_result))
3619                 (*compaction_retries)++;
3620
3621         /*
3622          * compaction considers all the zone as desperately out of memory
3623          * so it doesn't really make much sense to retry except when the
3624          * failure could be caused by insufficient priority
3625          */
3626         if (compaction_failed(compact_result))
3627                 goto check_priority;
3628
3629         /*
3630          * make sure the compaction wasn't deferred or didn't bail out early
3631          * due to locks contention before we declare that we should give up.
3632          * But do not retry if the given zonelist is not suitable for
3633          * compaction.
3634          */
3635         if (compaction_withdrawn(compact_result)) {
3636                 ret = compaction_zonelist_suitable(ac, order, alloc_flags);
3637                 goto out;
3638         }
3639
3640         /*
3641          * !costly requests are much more important than __GFP_RETRY_MAYFAIL
3642          * costly ones because they are de facto nofail and invoke OOM
3643          * killer to move on while costly can fail and users are ready
3644          * to cope with that. 1/4 retries is rather arbitrary but we
3645          * would need much more detailed feedback from compaction to
3646          * make a better decision.
3647          */
3648         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3649                 max_retries /= 4;
3650         if (*compaction_retries <= max_retries) {
3651                 ret = true;
3652                 goto out;
3653         }
3654
3655         /*
3656          * Make sure there are attempts at the highest priority if we exhausted
3657          * all retries or failed at the lower priorities.
3658          */
3659 check_priority:
3660         min_priority = (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) ?
3661                         MIN_COMPACT_COSTLY_PRIORITY : MIN_COMPACT_PRIORITY;
3662
3663         if (*compact_priority > min_priority) {
3664                 (*compact_priority)--;
3665                 *compaction_retries = 0;
3666                 ret = true;
3667         }
3668 out:
3669         trace_compact_retry(order, priority, compact_result, retries, max_retries, ret);
3670         return ret;
3671 }
3672 #else
3673 static inline struct page *
3674 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3675                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3676                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
3677 {
3678         *compact_result = COMPACT_SKIPPED;
3679         return NULL;
3680 }
3681
3682 static inline bool
3683 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, unsigned int order, int alloc_flags,
3684                      enum compact_result compact_result,
3685                      enum compact_priority *compact_priority,
3686                      int *compaction_retries)
3687 {
3688         struct zone *zone;
3689         struct zoneref *z;
3690
3691         if (!order || order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3692                 return false;
3693
3694         /*
3695          * There are setups with compaction disabled which would prefer to loop
3696          * inside the allocator rather than hit the oom killer prematurely.
3697          * Let's give them a good hope and keep retrying while the order-0
3698          * watermarks are OK.
3699          */
3700         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
3701                                         ac->nodemask) {
3702                 if (zone_watermark_ok(zone, 0, min_wmark_pages(zone),
3703                                         ac_classzone_idx(ac), alloc_flags))
3704                         return true;
3705         }
3706         return false;
3707 }
3708 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
3709
3710 #ifdef CONFIG_LOCKDEP
3711 struct lockdep_map __fs_reclaim_map =
3712         STATIC_LOCKDEP_MAP_INIT("fs_reclaim", &__fs_reclaim_map);
3713
3714 static bool __need_fs_reclaim(gfp_t gfp_mask)
3715 {
3716         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
3717
3718         /* no reclaim without waiting on it */
3719         if (!(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3720                 return false;
3721
3722         /* this guy won't enter reclaim */
3723         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
3724                 return false;
3725
3726         /* We're only interested __GFP_FS allocations for now */
3727         if (!(gfp_mask & __GFP_FS))
3728                 return false;
3729
3730         if (gfp_mask & __GFP_NOLOCKDEP)
3731                 return false;
3732
3733         return true;
3734 }
3735
3736 void fs_reclaim_acquire(gfp_t gfp_mask)
3737 {
3738         if (__need_fs_reclaim(gfp_mask))
3739                 lock_map_acquire(&__fs_reclaim_map);
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                 lock_map_release(&__fs_reclaim_map);
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         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
3765         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
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         fs_reclaim_release(gfp_mask);
3774         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
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         return alloc_flags;
3860 }
3861
3862 static bool oom_reserves_allowed(struct task_struct *tsk)
3863 {
3864         if (!tsk_is_oom_victim(tsk))
3865                 return false;
3866
3867         /*
3868          * !MMU doesn't have oom reaper so give access to memory reserves
3869          * only to the thread with TIF_MEMDIE set
3870          */
3871         if (!IS_ENABLED(CONFIG_MMU) && !test_thread_flag(TIF_MEMDIE))
3872                 return false;
3873
3874         return true;
3875 }
3876
3877 /*
3878  * Distinguish requests which really need access to full memory
3879  * reserves from oom victims which can live with a portion of it
3880  */
3881 static inline int __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_t gfp_mask)
3882 {
3883         if (unlikely(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3884                 return 0;
3885         if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
3886                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
3887         if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
3888                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
3889         if (!in_interrupt()) {
3890                 if (current->flags & PF_MEMALLOC)
3891                         return ALLOC_NO_WATERMARKS;
3892                 else if (oom_reserves_allowed(current))
3893                         return ALLOC_OOM;
3894         }
3895
3896         return 0;
3897 }
3898
3899 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
3900 {
3901         return !!__gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
3902 }
3903
3904 /*
3905  * Checks whether it makes sense to retry the reclaim to make a forward progress
3906  * for the given allocation request.
3907  *
3908  * We give up when we either have tried MAX_RECLAIM_RETRIES in a row
3909  * without success, or when we couldn't even meet the watermark if we
3910  * reclaimed all remaining pages on the LRU lists.
3911  *
3912  * Returns true if a retry is viable or false to enter the oom path.
3913  */
3914 static inline bool
3915 should_reclaim_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned order,
3916                      struct alloc_context *ac, int alloc_flags,
3917                      bool did_some_progress, int *no_progress_loops)
3918 {
3919         struct zone *zone;
3920         struct zoneref *z;
3921
3922         /*
3923          * Costly allocations might have made a progress but this doesn't mean
3924          * their order will become available due to high fragmentation so
3925          * always increment the no progress counter for them
3926          */
3927         if (did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3928                 *no_progress_loops = 0;
3929         else
3930                 (*no_progress_loops)++;
3931
3932         /*
3933          * Make sure we converge to OOM if we cannot make any progress
3934          * several times in the row.
3935          */
3936         if (*no_progress_loops > MAX_RECLAIM_RETRIES) {
3937                 /* Before OOM, exhaust highatomic_reserve */
3938                 return unreserve_highatomic_pageblock(ac, true);
3939         }
3940
3941         /*
3942          * Keep reclaiming pages while there is a chance this will lead
3943          * somewhere.  If none of the target zones can satisfy our allocation
3944          * request even if all reclaimable pages are considered then we are
3945          * screwed and have to go OOM.
3946          */
3947         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
3948                                         ac->nodemask) {
3949                 unsigned long available;
3950                 unsigned long reclaimable;
3951                 unsigned long min_wmark = min_wmark_pages(zone);
3952                 bool wmark;
3953
3954                 available = reclaimable = zone_reclaimable_pages(zone);
3955                 available += zone_page_state_snapshot(zone, NR_FREE_PAGES);
3956
3957                 /*
3958                  * Would the allocation succeed if we reclaimed all
3959                  * reclaimable pages?
3960                  */
3961                 wmark = __zone_watermark_ok(zone, order, min_wmark,
3962                                 ac_classzone_idx(ac), alloc_flags, available);
3963                 trace_reclaim_retry_zone(z, order, reclaimable,
3964                                 available, min_wmark, *no_progress_loops, wmark);
3965                 if (wmark) {
3966                         /*
3967                          * If we didn't make any progress and have a lot of
3968                          * dirty + writeback pages then we should wait for
3969                          * an IO to complete to slow down the reclaim and
3970                          * prevent from pre mature OOM
3971                          */
3972                         if (!did_some_progress) {
3973                                 unsigned long write_pending;
3974
3975                                 write_pending = zone_page_state_snapshot(zone,
3976                                                         NR_ZONE_WRITE_PENDING);
3977
3978                                 if (2 * write_pending > reclaimable) {
3979                                         congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
3980                                         return true;
3981                                 }
3982                         }
3983
3984                         /*
3985                          * Memory allocation/reclaim might be called from a WQ
3986                          * context and the current implementation of the WQ
3987                          * concurrency control doesn't recognize that
3988                          * a particular WQ is congested if the worker thread is
3989                          * looping without ever sleeping. Therefore we have to
3990                          * do a short sleep here rather than calling
3991                          * cond_resched().
3992                          */
3993                         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
3994                                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
3995                         else
3996                                 cond_resched();
3997
3998                         return true;
3999                 }
4000         }
4001
4002         return false;
4003 }
4004
4005 static inline bool
4006 check_retry_cpuset(int cpuset_mems_cookie, struct alloc_context *ac)
4007 {
4008         /*
4009          * It's possible that cpuset's mems_allowed and the nodemask from
4010          * mempolicy don't intersect. This should be normally dealt with by
4011          * policy_nodemask(), but it's possible to race with cpuset update in
4012          * such a way the check therein was true, and then it became false
4013          * before we got our cpuset_mems_cookie here.
4014          * This assumes that for all allocations, ac->nodemask can come only
4015          * from MPOL_BIND mempolicy (whose documented semantics is to be ignored
4016          * when it does not intersect with the cpuset restrictions) or the
4017          * caller can deal with a violated nodemask.
4018          */
4019         if (cpusets_enabled() && ac->nodemask &&
4020                         !cpuset_nodemask_valid_mems_allowed(ac->nodemask)) {
4021                 ac->nodemask = NULL;
4022                 return true;
4023         }
4024
4025         /*
4026          * When updating a task's mems_allowed or mempolicy nodemask, it is
4027          * possible to race with parallel threads in such a way that our
4028          * allocation can fail while the mask is being updated. If we are about
4029          * to fail, check if the cpuset changed during allocation and if so,
4030          * retry.
4031          */
4032         if (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))
4033                 return true;
4034
4035         return false;
4036 }
4037
4038 static inline struct page *
4039 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4040                                                 struct alloc_context *ac)
4041 {
4042         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
4043         const bool costly_order = order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER;
4044         struct page *page = NULL;
4045         unsigned int alloc_flags;
4046         unsigned long did_some_progress;
4047         enum compact_priority compact_priority;
4048         enum compact_result compact_result;
4049         int compaction_retries;
4050         int no_progress_loops;
4051         unsigned int cpuset_mems_cookie;
4052         int reserve_flags;
4053
4054         /*
4055          * In the slowpath, we sanity check order to avoid ever trying to
4056          * reclaim >= MAX_ORDER areas which will never succeed. Callers may
4057          * be using allocators in order of preference for an area that is
4058          * too large.
4059          */
4060         if (order >= MAX_ORDER) {
4061                 WARN_ON_ONCE(!(gfp_mask & __GFP_NOWARN));
4062                 return NULL;
4063         }
4064
4065         /*
4066          * We also sanity check to catch abuse of atomic reserves being used by
4067          * callers that are not in atomic context.
4068          */
4069         if (WARN_ON_ONCE((gfp_mask & (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)) ==
4070                                 (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)))
4071                 gfp_mask &= ~__GFP_ATOMIC;
4072
4073 retry_cpuset:
4074         compaction_retries = 0;
4075         no_progress_loops = 0;
4076         compact_priority = DEF_COMPACT_PRIORITY;
4077         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
4078
4079         /*
4080          * The fast path uses conservative alloc_flags to succeed only until
4081          * kswapd needs to be woken up, and to avoid the cost of setting up
4082          * alloc_flags precisely. So we do that now.
4083          */
4084         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
4085
4086         /*
4087          * We need to recalculate the starting point for the zonelist iterator
4088          * because we might have used different nodemask in the fast path, or
4089          * there was a cpuset modification and we are retrying - otherwise we
4090          * could end up iterating over non-eligible zones endlessly.
4091          */
4092         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4093                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
4094         if (!ac->preferred_zoneref->zone)
4095                 goto nopage;
4096
4097         if (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM)
4098                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4099
4100         /*
4101          * The adjusted alloc_flags might result in immediate success, so try
4102          * that first
4103          */
4104         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4105         if (page)
4106                 goto got_pg;
4107
4108         /*
4109          * For costly allocations, try direct compaction first, as it's likely
4110          * that we have enough base pages and don't need to reclaim. For non-
4111          * movable high-order allocations, do that as well, as compaction will
4112          * try prevent permanent fragmentation by migrating from blocks of the
4113          * same migratetype.
4114          * Don't try this for allocations that are allowed to ignore
4115          * watermarks, as the ALLOC_NO_WATERMARKS attempt didn't yet happen.
4116          */
4117         if (can_direct_reclaim &&
4118                         (costly_order ||
4119                            (order > 0 && ac->migratetype != MIGRATE_MOVABLE))
4120                         && !gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_mask)) {
4121                 page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order,
4122                                                 alloc_flags, ac,
4123                                                 INIT_COMPACT_PRIORITY,
4124                                                 &compact_result);
4125                 if (page)
4126                         goto got_pg;
4127
4128                 /*
4129                  * Checks for costly allocations with __GFP_NORETRY, which
4130                  * includes THP page fault allocations
4131                  */
4132                 if (costly_order && (gfp_mask & __GFP_NORETRY)) {
4133                         /*
4134                          * If compaction is deferred for high-order allocations,
4135                          * it is because sync compaction recently failed. If
4136                          * this is the case and the caller requested a THP
4137                          * allocation, we do not want to heavily disrupt the
4138                          * system, so we fail the allocation instead of entering
4139                          * direct reclaim.
4140                          */
4141                         if (compact_result == COMPACT_DEFERRED)
4142                                 goto nopage;
4143
4144                         /*
4145                          * Looks like reclaim/compaction is worth trying, but
4146                          * sync compaction could be very expensive, so keep
4147                          * using async compaction.
4148                          */
4149                         compact_priority = INIT_COMPACT_PRIORITY;
4150                 }
4151         }
4152
4153 retry:
4154         /* Ensure kswapd doesn't accidentally go to sleep as long as we loop */
4155         if (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM)
4156                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4157
4158         reserve_flags = __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4159         if (reserve_flags)
4160                 alloc_flags = reserve_flags;
4161
4162         /*
4163          * Reset the zonelist iterators if memory policies can be ignored.
4164          * These allocations are high priority and system rather than user
4165          * orientated.
4166          */
4167         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) || reserve_flags) {
4168                 ac->zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), gfp_mask);
4169                 ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4170                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
4171         }
4172
4173         /* Attempt with potentially adjusted zonelist and alloc_flags */
4174         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4175         if (page)
4176                 goto got_pg;
4177
4178         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
4179         if (!can_direct_reclaim)
4180                 goto nopage;
4181
4182         /* Avoid recursion of direct reclaim */
4183         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4184                 goto nopage;
4185
4186         /* Try direct reclaim and then allocating */
4187         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4188                                                         &did_some_progress);
4189         if (page)
4190                 goto got_pg;
4191
4192         /* Try direct compaction and then allocating */
4193         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4194                                         compact_priority, &compact_result);
4195         if (page)
4196                 goto got_pg;
4197
4198         /* Do not loop if specifically requested */
4199         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
4200                 goto nopage;
4201
4202         /*
4203          * Do not retry costly high order allocations unless they are
4204          * __GFP_RETRY_MAYFAIL
4205          */
4206         if (costly_order && !(gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL))
4207                 goto nopage;
4208
4209         if (should_reclaim_retry(gfp_mask, order, ac, alloc_flags,
4210                                  did_some_progress > 0, &no_progress_loops))
4211                 goto retry;
4212
4213         /*
4214          * It doesn't make any sense to retry for the compaction if the order-0
4215          * reclaim is not able to make any progress because the current
4216          * implementation of the compaction depends on the sufficient amount
4217          * of free memory (see __compaction_suitable)
4218          */
4219         if (did_some_progress > 0 &&
4220                         should_compact_retry(ac, order, alloc_flags,
4221                                 compact_result, &compact_priority,
4222                                 &compaction_retries))
4223                 goto retry;
4224
4225
4226         /* Deal with possible cpuset update races before we start OOM killing */
4227         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
4228                 goto retry_cpuset;
4229
4230         /* Reclaim has failed us, start killing things */
4231         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
4232         if (page)
4233                 goto got_pg;
4234
4235         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
4236         if (tsk_is_oom_victim(current) &&
4237             (alloc_flags == ALLOC_OOM ||
4238              (gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC)))
4239                 goto nopage;
4240
4241         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
4242         if (did_some_progress) {
4243                 no_progress_loops = 0;
4244                 goto retry;
4245         }
4246
4247 nopage:
4248         /* Deal with possible cpuset update races before we fail */
4249         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
4250                 goto retry_cpuset;
4251
4252         /*
4253          * Make sure that __GFP_NOFAIL request doesn't leak out and make sure
4254          * we always retry
4255          */
4256         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL) {
4257                 /*
4258                  * All existing users of the __GFP_NOFAIL are blockable, so warn
4259                  * of any new users that actually require GFP_NOWAIT
4260                  */
4261                 if (WARN_ON_ONCE(!can_direct_reclaim))
4262                         goto fail;
4263
4264                 /*
4265                  * PF_MEMALLOC request from this context is rather bizarre
4266                  * because we cannot reclaim anything and only can loop waiting
4267                  * for somebody to do a work for us
4268                  */
4269                 WARN_ON_ONCE(current->flags & PF_MEMALLOC);
4270
4271                 /*
4272                  * non failing costly orders are a hard requirement which we
4273                  * are not prepared for much so let's warn about these users
4274                  * so that we can identify them and convert them to something
4275                  * else.
4276                  */
4277                 WARN_ON_ONCE(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
4278
4279                 /*
4280                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
4281                  * reserves but do not use ALLOC_NO_WATERMARKS because this
4282                  * could deplete whole memory reserves which would just make
4283                  * the situation worse
4284                  */
4285                 page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order, ALLOC_HARDER, ac);
4286                 if (page)
4287                         goto got_pg;
4288
4289                 cond_resched();
4290                 goto retry;
4291         }
4292 fail:
4293         warn_alloc(gfp_mask, ac->nodemask,
4294                         "page allocation failure: order:%u", order);
4295 got_pg:
4296         return page;
4297 }
4298
4299 static inline bool prepare_alloc_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4300                 int preferred_nid, nodemask_t *nodemask,
4301                 struct alloc_context *ac, gfp_t *alloc_mask,
4302                 unsigned int *alloc_flags)
4303 {
4304         ac->high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
4305         ac->zonelist = node_zonelist(preferred_nid, gfp_mask);
4306         ac->nodemask = nodemask;
4307         ac->migratetype = gfpflags_to_migratetype(gfp_mask);
4308
4309         if (cpusets_enabled()) {
4310                 *alloc_mask |= __GFP_HARDWALL;
4311                 if (!ac->nodemask)
4312                         ac->nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
4313                 else
4314                         *alloc_flags |= ALLOC_CPUSET;
4315         }
4316
4317         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
4318         fs_reclaim_release(gfp_mask);
4319
4320         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM);
4321
4322         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
4323                 return false;
4324
4325         return true;
4326 }
4327
4328 /* Determine whether to spread dirty pages and what the first usable zone */
4329 static inline void finalise_ac(gfp_t gfp_mask,
4330                 unsigned int order, struct alloc_context *ac)
4331 {
4332         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
4333         ac->spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
4334
4335         /*
4336          * The preferred zone is used for statistics but crucially it is
4337          * also used as the starting point for the zonelist iterator. It
4338          * may get reset for allocations that ignore memory policies.
4339          */
4340         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4341                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
4342 }
4343
4344 /*
4345  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
4346  */
4347 struct page *
4348 __alloc_pages_nodemask(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int preferred_nid,
4349                                                         nodemask_t *nodemask)
4350 {
4351         struct page *page;
4352         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
4353         gfp_t alloc_mask; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
4354         struct alloc_context ac = { };
4355
4356         gfp_mask &= gfp_allowed_mask;
4357         alloc_mask = gfp_mask;
4358         if (!prepare_alloc_pages(gfp_mask, order, preferred_nid, nodemask, &ac, &alloc_mask, &alloc_flags))
4359                 return NULL;
4360
4361         finalise_ac(gfp_mask, order, &ac);
4362
4363         /* First allocation attempt */
4364         page = get_page_from_freelist(alloc_mask, order, alloc_flags, &ac);
4365         if (likely(page))
4366                 goto out;
4367
4368         /*
4369          * Apply scoped allocation constraints. This is mainly about GFP_NOFS
4370          * resp. GFP_NOIO which has to be inherited for all allocation requests
4371          * from a particular context which has been marked by
4372          * memalloc_no{fs,io}_{save,restore}.
4373          */
4374         alloc_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4375         ac.spread_dirty_pages = false;
4376
4377         /*
4378          * Restore the original nodemask if it was potentially replaced with
4379          * &cpuset_current_mems_allowed to optimize the fast-path attempt.
4380          */
4381         if (unlikely(ac.nodemask != nodemask))
4382                 ac.nodemask = nodemask;
4383
4384         page = __alloc_pages_slowpath(alloc_mask, order, &ac);
4385
4386 out:
4387         if (memcg_kmem_enabled() && (gfp_mask & __GFP_ACCOUNT) && page &&
4388             unlikely(memcg_kmem_charge(page, gfp_mask, order) != 0)) {
4389                 __free_pages(page, order);
4390                 page = NULL;
4391         }
4392
4393         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_mask, ac.migratetype);
4394
4395         return page;
4396 }
4397 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages_nodemask);
4398
4399 /*
4400  * Common helper functions.
4401  */
4402 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
4403 {
4404         struct page *page;
4405
4406         /*
4407          * __get_free_pages() returns a virtual address, which cannot represent
4408          * a highmem page
4409          */
4410         VM_BUG_ON((gfp_mask & __GFP_HIGHMEM) != 0);
4411
4412         page = alloc_pages(gfp_mask, order);
4413         if (!page)
4414                 return 0;
4415         return (unsigned long) page_address(page);
4416 }
4417 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
4418
4419 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
4420 {
4421         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
4422 }
4423 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
4424
4425 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
4426 {
4427         if (put_page_testzero(page)) {
4428                 if (order == 0)
4429                         free_unref_page(page);
4430                 else
4431                         __free_pages_ok(page, order);
4432         }
4433 }
4434
4435 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
4436
4437 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
4438 {
4439         if (addr != 0) {
4440                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
4441                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
4442         }
4443 }
4444
4445 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
4446
4447 /*
4448  * Page Fragment:
4449  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
4450  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
4451  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
4452  *
4453  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
4454  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
4455  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
4456  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
4457  */
4458 static struct page *__page_frag_cache_refill(struct page_frag_cache *nc,
4459                                              gfp_t gfp_mask)
4460 {
4461         struct page *page = NULL;
4462         gfp_t gfp = gfp_mask;
4463
4464 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4465         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
4466                     __GFP_NOMEMALLOC;
4467         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
4468                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
4469         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
4470 #endif
4471         if (unlikely(!page))
4472                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
4473
4474         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
4475
4476         return page;
4477 }
4478
4479 void __page_frag_cache_drain(struct page *page, unsigned int count)
4480 {
4481         VM_BUG_ON_PAGE(page_ref_count(page) == 0, page);
4482
4483         if (page_ref_sub_and_test(page, count)) {
4484                 unsigned int order = compound_order(page);
4485
4486                 if (order == 0)
4487                         free_unref_page(page);
4488                 else
4489                         __free_pages_ok(page, order);
4490         }
4491 }
4492 EXPORT_SYMBOL(__page_frag_cache_drain);
4493
4494 void *page_frag_alloc(struct page_frag_cache *nc,
4495                       unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask)
4496 {
4497         unsigned int size = PAGE_SIZE;
4498         struct page *page;
4499         int offset;
4500
4501         if (unlikely(!nc->va)) {
4502 refill:
4503                 page = __page_frag_cache_refill(nc, gfp_mask);
4504                 if (!page)
4505                         return NULL;
4506
4507 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4508                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
4509                 size = nc->size;
4510 #endif
4511                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
4512                  * This would break get_page_unless_zero() users.
4513                  */
4514                 page_ref_add(page, size - 1);
4515
4516                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
4517                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
4518                 nc->pagecnt_bias = size;
4519                 nc->offset = size;
4520         }
4521
4522         offset = nc->offset - fragsz;
4523         if (unlikely(offset < 0)) {
4524                 page = virt_to_page(nc->va);
4525
4526                 if (!page_ref_sub_and_test(page, nc->pagecnt_bias))
4527                         goto refill;
4528
4529 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4530                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
4531                 size = nc->size;
4532 #endif
4533                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
4534                 set_page_count(page, size);
4535
4536                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
4537                 nc->pagecnt_bias = size;
4538                 offset = size - fragsz;
4539         }
4540
4541         nc->pagecnt_bias--;
4542         nc->offset = offset;
4543
4544         return nc->va + offset;
4545 }
4546 EXPORT_SYMBOL(page_frag_alloc);
4547
4548 /*
4549  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
4550  */
4551 void page_frag_free(void *addr)
4552 {
4553         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
4554
4555         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
4556                 __free_pages_ok(page, compound_order(page));
4557 }
4558 EXPORT_SYMBOL(page_frag_free);
4559
4560 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
4561                 size_t size)
4562 {
4563         if (addr) {
4564                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
4565                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
4566
4567                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
4568                 while (used < alloc_end) {
4569                         free_page(used);
4570                         used += PAGE_SIZE;
4571                 }
4572         }
4573         return (void *)addr;
4574 }
4575
4576 /**
4577  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
4578  * @size: the number of bytes to allocate
4579  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
4580  *
4581  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
4582  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
4583  * allocate memory in power-of-two pages.
4584  *
4585  * This function is also limited by MAX_ORDER.
4586  *
4587  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
4588  */
4589 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
4590 {
4591         unsigned int order = get_order(size);
4592         unsigned long addr;
4593
4594         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
4595         return make_alloc_exact(addr, order, size);
4596 }
4597 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
4598
4599 /**
4600  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
4601  *                         pages on a node.
4602  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
4603  * @size: the number of bytes to allocate
4604  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
4605  *
4606  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
4607  * back.
4608  */
4609 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
4610 {
4611         unsigned int order = get_order(size);
4612         struct page *p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
4613         if (!p)
4614                 return NULL;
4615         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
4616 }
4617
4618 /**
4619  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
4620  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
4621  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
4622  *
4623  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
4624  */
4625 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
4626 {
4627         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
4628         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
4629
4630         while (addr < end) {
4631                 free_page(addr);
4632                 addr += PAGE_SIZE;
4633         }
4634 }
4635 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
4636
4637 /**
4638  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
4639  * @offset: The zone index of the highest zone
4640  *
4641  * nr_free_zone_pages() counts the number of counts pages which are beyond the
4642  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
4643  * zone, the number of pages is calculated as:
4644  *
4645  *     nr_free_zone_pages = managed_pages - high_pages
4646  */
4647 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
4648 {
4649         struct zoneref *z;
4650         struct zone *zone;
4651
4652         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
4653         unsigned long sum = 0;
4654
4655         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
4656
4657         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
4658                 unsigned long size = zone->managed_pages;
4659                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
4660                 if (size > high)
4661                         sum += size - high;
4662         }
4663
4664         return sum;
4665 }
4666
4667 /**
4668  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
4669  *
4670  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
4671  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
4672  */
4673 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
4674 {
4675         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
4676 }
4677 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
4678
4679 /**
4680  * nr_free_pagecache_pages - count number of pages beyond high watermark
4681  *
4682  * nr_free_pagecache_pages() counts the number of pages which are beyond the
4683  * high watermark within all zones.
4684  */
4685 unsigned long nr_free_pagecache_pages(void)
4686 {
4687         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
4688 }
4689
4690 static inline void show_node(struct zone *zone)
4691 {
4692         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
4693                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
4694 }
4695
4696 long si_mem_available(void)
4697 {
4698         long available;
4699         unsigned long pagecache;
4700         unsigned long wmark_low = 0;
4701         unsigned long pages[NR_LRU_LISTS];
4702         struct zone *zone;
4703         int lru;
4704
4705         for (lru = LRU_BASE; lru < NR_LRU_LISTS; lru++)
4706                 pages[lru] = global_node_page_state(NR_LRU_BASE + lru);
4707
4708         for_each_zone(zone)
4709                 wmark_low += zone->watermark[WMARK_LOW];
4710
4711         /*
4712          * Estimate the amount of memory available for userspace allocations,
4713          * without causing swapping.
4714          */
4715         available = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES) - totalreserve_pages;
4716
4717         /*
4718          * Not all the page cache can be freed, otherwise the system will
4719          * start swapping. Assume at least half of the page cache, or the
4720          * low watermark worth of cache, needs to stay.
4721          */
4722         pagecache = pages[LRU_ACTIVE_FILE] + pages[LRU_INACTIVE_FILE];
4723         pagecache -= min(pagecache / 2, wmark_low);
4724         available += pagecache;
4725
4726         /*
4727          * Part of the reclaimable slab consists of items that are in use,
4728          * and cannot be freed. Cap this estimate at the low watermark.
4729          */
4730         available += global_node_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE) -
4731                      min(global_node_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE) / 2,
4732                          wmark_low);
4733
4734         /*
4735          * Part of the kernel memory, which can be released under memory
4736          * pressure.
4737          */
4738         available += global_node_page_state(NR_INDIRECTLY_RECLAIMABLE_BYTES) >>
4739                 PAGE_SHIFT;
4740
4741         if (available < 0)
4742                 available = 0;
4743         return available;
4744 }
4745 EXPORT_SYMBOL_GPL(si_mem_available);
4746
4747 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
4748 {
4749         val->totalram = totalram_pages;
4750         val->sharedram = global_node_page_state(NR_SHMEM);
4751         val->freeram = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES);
4752         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
4753         val->totalhigh = totalhigh_pages;
4754         val->freehigh = nr_free_highpages();
4755         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
4756 }
4757
4758 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
4759
4760 #ifdef CONFIG_NUMA
4761 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
4762 {
4763         int zone_type;          /* needs to be signed */
4764         unsigned long managed_pages = 0;
4765         unsigned long managed_highpages = 0;
4766         unsigned long free_highpages = 0;
4767         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4768
4769         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
4770                 managed_pages += pgdat->node_zones[zone_type].managed_pages;
4771         val->totalram = managed_pages;
4772         val->sharedram = node_page_state(pgdat, NR_SHMEM);
4773         val->freeram = sum_zone_node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
4774 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
4775         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++) {
4776                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
4777
4778                 if (is_highmem(zone)) {
4779                         managed_highpages += zone->managed_pages;
4780                         free_highpages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
4781                 }
4782         }
4783         val->totalhigh = managed_highpages;
4784         val->freehigh = free_highpages;
4785 #else
4786         val->totalhigh = managed_highpages;
4787         val->freehigh = free_highpages;
4788 #endif
4789         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
4790 }
4791 #endif
4792
4793 /*
4794  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
4795  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
4796  */
4797 static bool show_mem_node_skip(unsigned int flags, int nid, nodemask_t *nodemask)
4798 {
4799         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
4800                 return false;
4801
4802         /*
4803          * no node mask - aka implicit memory numa policy. Do not bother with
4804          * the synchronization - read_mems_allowed_begin - because we do not
4805          * have to be precise here.
4806          */
4807         if (!nodemask)
4808                 nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
4809
4810         return !node_isset(nid, *nodemask);
4811 }
4812
4813 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
4814
4815 static void show_migration_types(unsigned char type)
4816 {
4817         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
4818                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
4819                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
4820                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
4821                 [MIGRATE_HIGHATOMIC]    = 'H',
4822 #ifdef CONFIG_CMA
4823                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
4824 #endif
4825 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
4826                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
4827 #endif
4828         };
4829         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
4830         char *p = tmp;
4831         int i;
4832
4833         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
4834                 if (type & (1 << i))
4835                         *p++ = types[i];
4836         }
4837
4838         *p = '\0';
4839         printk(KERN_CONT "(%s) ", tmp);
4840 }
4841
4842 /*
4843  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
4844  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
4845  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
4846  *
4847  * Bits in @filter:
4848  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
4849  *   cpuset.
4850  */
4851 void show_free_areas(unsigned int filter, nodemask_t *nodemask)
4852 {
4853         unsigned long free_pcp = 0;
4854         int cpu;
4855         struct zone *zone;
4856         pg_data_t *pgdat;
4857
4858         for_each_populated_zone(zone) {
4859                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
4860                         continue;
4861
4862                 for_each_online_cpu(cpu)
4863                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
4864         }
4865
4866         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
4867                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
4868                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu unstable:%lu\n"
4869                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
4870                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
4871                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
4872                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
4873                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
4874                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
4875                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
4876                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
4877                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
4878                 global_node_page_state(NR_UNEVICTABLE),
4879                 global_node_page_state(NR_FILE_DIRTY),
4880                 global_node_page_state(NR_WRITEBACK),
4881                 global_node_page_state(NR_UNSTABLE_NFS),
4882                 global_node_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE),
4883                 global_node_page_state(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE),
4884                 global_node_page_state(NR_FILE_MAPPED),
4885                 global_node_page_state(NR_SHMEM),
4886                 global_zone_page_state(NR_PAGETABLE),
4887                 global_zone_page_state(NR_BOUNCE),
4888                 global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES),
4889                 free_pcp,
4890                 global_zone_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
4891
4892         for_each_online_pgdat(pgdat) {
4893                 if (show_mem_node_skip(filter, pgdat->node_id, nodemask))
4894                         continue;
4895
4896                 printk("Node %d"
4897                         " active_anon:%lukB"
4898                         " inactive_anon:%lukB"
4899                         " active_file:%lukB"
4900                         " inactive_file:%lukB"
4901                         " unevictable:%lukB"
4902                         " isolated(anon):%lukB"
4903                         " isolated(file):%lukB"
4904                         " mapped:%lukB"
4905                         " dirty:%lukB"
4906                         " writeback:%lukB"
4907                         " shmem:%lukB"
4908 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
4909                         " shmem_thp: %lukB"
4910                         " shmem_pmdmapped: %lukB"
4911                         " anon_thp: %lukB"
4912 #endif
4913                         " writeback_tmp:%lukB"
4914                         " unstable:%lukB"
4915                         " all_unreclaimable? %s"
4916                         "\n",
4917                         pgdat->node_id,
4918                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_ANON)),
4919                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON)),
4920                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE)),
4921                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE)),
4922                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNEVICTABLE)),
4923                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON)),
4924                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_FILE)),
4925                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_MAPPED)),
4926                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_DIRTY)),
4927                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK)),
4928                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM)),
4929 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
4930                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
4931                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_PMDMAPPED)
4932                                         * HPAGE_PMD_NR),
4933                         K(node_page_state(pgdat, NR_ANON_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
4934 #endif
4935                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK_TEMP)),
4936                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNSTABLE_NFS)),
4937                         pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES ?
4938                                 "yes" : "no");
4939         }
4940
4941         for_each_populated_zone(zone) {
4942                 int i;
4943
4944                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
4945                         continue;
4946
4947                 free_pcp = 0;
4948                 for_each_online_cpu(cpu)
4949                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
4950
4951                 show_node(zone);
4952                 printk(KERN_CONT
4953                         "%s"
4954                         " free:%lukB"
4955                         " min:%lukB"
4956                         " low:%lukB"
4957                         " high:%lukB"
4958                         " active_anon:%lukB"
4959                         " inactive_anon:%lukB"
4960                         " active_file:%lukB"
4961                         " inactive_file:%lukB"
4962                         " unevictable:%lukB"
4963                         " writepending:%lukB"
4964                         " present:%lukB"
4965                         " managed:%lukB"
4966                         " mlocked:%lukB"
4967                         " kernel_stack:%lukB"
4968                         " pagetables:%lukB"
4969                         " bounce:%lukB"
4970                         " free_pcp:%lukB"
4971                         " local_pcp:%ukB"
4972                         " free_cma:%lukB"
4973                         "\n",
4974                         zone->name,
4975                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
4976                         K(min_wmark_pages(zone)),
4977                         K(low_wmark_pages(zone)),
4978                         K(high_wmark_pages(zone)),
4979                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_ANON)),
4980                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_ANON)),
4981                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_FILE)),
4982                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_FILE)),
4983                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_UNEVICTABLE)),
4984                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_WRITE_PENDING)),
4985                         K(zone->present_pages),
4986                         K(zone->managed_pages),
4987                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
4988                         zone_page_state(zone, NR_KERNEL_STACK_KB),
4989                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGETABLE)),
4990                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
4991                         K(free_pcp),
4992                         K(this_cpu_read(zone->pageset->pcp.count)),
4993                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)));
4994                 printk("lowmem_reserve[]:");
4995                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
4996                         printk(KERN_CONT " %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
4997                 printk(KERN_CONT "\n");
4998         }
4999
5000         for_each_populated_zone(zone) {
5001                 unsigned int order;
5002                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, total = 0;
5003                 unsigned char types[MAX_ORDER];
5004
5005                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5006                         continue;
5007                 show_node(zone);
5008                 printk(KERN_CONT "%s: ", zone->name);
5009
5010                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
5011                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
5012                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
5013                         int type;
5014
5015                         nr[order] = area->nr_free;
5016                         total += nr[order] << order;
5017
5018                         types[order] = 0;
5019                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
5020                                 if (!list_empty(&area->free_list[type]))
5021                                         types[order] |= 1 << type;
5022                         }
5023                 }
5024                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
5025                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
5026                         printk(KERN_CONT "%lu*%lukB ",
5027                                nr[order], K(1UL) << order);
5028                         if (nr[order])
5029                                 show_migration_types(types[order]);
5030                 }
5031                 printk(KERN_CONT "= %lukB\n", K(total));
5032         }
5033
5034         hugetlb_show_meminfo();
5035
5036         printk("%ld total pagecache pages\n", global_node_page_state(NR_FILE_PAGES));
5037
5038         show_swap_cache_info();
5039 }
5040
5041 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
5042 {
5043         zoneref->zone = zone;
5044         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
5045 }
5046
5047 /*
5048  * Builds allocation fallback zone lists.
5049  *
5050  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
5051  */
5052 static int build_zonerefs_node(pg_data_t *pgdat, struct zoneref *zonerefs)
5053 {
5054         struct zone *zone;
5055         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
5056         int nr_zones = 0;
5057
5058         do {
5059                 zone_type--;
5060                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
5061                 if (managed_zone(zone)) {
5062                         zoneref_set_zone(zone, &zonerefs[nr_zones++]);
5063                         check_highest_zone(zone_type);
5064                 }
5065         } while (zone_type);
5066
5067         return nr_zones;
5068 }
5069
5070 #ifdef CONFIG_NUMA
5071
5072 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
5073 {
5074         /*
5075          * We used to support different zonlists modes but they turned
5076          * out to be just not useful. Let's keep the warning in place
5077          * if somebody still use the cmd line parameter so that we do
5078          * not fail it silently
5079          */
5080         if (!(*s == 'd' || *s == 'D' || *s == 'n' || *s == 'N')) {
5081                 pr_warn("Ignoring unsupported numa_zonelist_order value:  %s\n", s);
5082                 return -EINVAL;
5083         }
5084         return 0;
5085 }
5086
5087 static __init int setup_numa_zonelist_order(char *s)
5088 {
5089         if (!s)
5090                 return 0;
5091
5092         return __parse_numa_zonelist_order(s);
5093 }
5094 early_param("numa_zonelist_order", setup_numa_zonelist_order);
5095
5096 char numa_zonelist_order[] = "Node";
5097
5098 /*
5099  * sysctl handler for numa_zonelist_order
5100  */
5101 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
5102                 void __user *buffer, size_t *length,
5103                 loff_t *ppos)
5104 {
5105         char *str;
5106         int ret;
5107
5108         if (!write)
5109                 return proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
5110         str = memdup_user_nul(buffer, 16);
5111         if (IS_ERR(str))
5112                 return PTR_ERR(str);
5113
5114         ret = __parse_numa_zonelist_order(str);
5115         kfree(str);
5116         return ret;
5117 }
5118
5119
5120 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
5121 static int node_load[MAX_NUMNODES];
5122
5123 /**
5124  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
5125  * @node: node whose fallback list we're appending
5126  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
5127  *
5128  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
5129  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
5130  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
5131  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
5132  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
5133  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
5134  * on them otherwise.
5135  * It returns -1 if no node is found.
5136  */
5137 static int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
5138 {
5139         int n, val;
5140         int min_val = INT_MAX;
5141         int best_node = NUMA_NO_NODE;
5142         const struct cpumask *tmp = cpumask_of_node(0);
5143
5144         /* Use the local node if we haven't already */
5145         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
5146                 node_set(node, *used_node_mask);
5147                 return node;
5148         }
5149
5150         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
5151
5152                 /* Don't want a node to appear more than once */
5153                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
5154                         continue;
5155
5156                 /* Use the distance array to find the distance */
5157                 val = node_distance(node, n);
5158
5159                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
5160                 val += (n < node);
5161
5162                 /* Give preference to headless and unused nodes */
5163                 tmp = cpumask_of_node(n);
5164                 if (!cpumask_empty(tmp))
5165                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
5166
5167                 /* Slight preference for less loaded node */
5168                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
5169                 val += node_load[n];
5170
5171                 if (val < min_val) {
5172                         min_val = val;
5173                         best_node = n;
5174                 }
5175         }
5176
5177         if (best_node >= 0)
5178                 node_set(best_node, *used_node_mask);
5179
5180         return best_node;
5181 }
5182
5183
5184 /*
5185  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
5186  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
5187  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
5188  */
5189 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int *node_order,
5190                 unsigned nr_nodes)
5191 {
5192         struct zoneref *zonerefs;
5193         int i;
5194
5195         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
5196
5197         for (i = 0; i < nr_nodes; i++) {
5198                 int nr_zones;
5199
5200                 pg_data_t *node = NODE_DATA(node_order[i]);
5201
5202                 nr_zones = build_zonerefs_node(node, zonerefs);
5203                 zonerefs += nr_zones;
5204         }
5205         zonerefs->zone = NULL;
5206         zonerefs->zone_idx = 0;
5207 }
5208
5209 /*
5210  * Build gfp_thisnode zonelists
5211  */
5212 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5213 {
5214         struct zoneref *zonerefs;
5215         int nr_zones;
5216
5217         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_NOFALLBACK]._zonerefs;
5218         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
5219         zonerefs += nr_zones;
5220         zonerefs->zone = NULL;
5221         zonerefs->zone_idx = 0;
5222 }
5223
5224 /*
5225  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
5226  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
5227  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
5228  * may still exist in local DMA zone.
5229  */
5230
5231 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5232 {
5233         static int node_order[MAX_NUMNODES];
5234         int node, load, nr_nodes = 0;
5235         nodemask_t used_mask;
5236         int local_node, prev_node;
5237
5238         /* NUMA-aware ordering of nodes */
5239         local_node = pgdat->node_id;
5240         load = nr_online_nodes;
5241         prev_node = local_node;
5242         nodes_clear(used_mask);
5243
5244         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
5245         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
5246                 /*
5247                  * We don't want to pressure a particular node.
5248                  * So adding penalty to the first node in same
5249                  * distance group to make it round-robin.
5250                  */
5251                 if (node_distance(local_node, node) !=
5252                     node_distance(local_node, prev_node))
5253                         node_load[node] = load;
5254
5255                 node_order[nr_nodes++] = node;
5256                 prev_node = node;
5257                 load--;
5258         }
5259
5260         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node_order, nr_nodes);
5261         build_thisnode_zonelists(pgdat);
5262 }
5263
5264 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5265 /*
5266  * Return node id of node used for "local" allocations.
5267  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
5268  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
5269  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
5270  */
5271 int local_memory_node(int node)
5272 {
5273         struct zoneref *z;
5274
5275         z = first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
5276                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
5277                                    NULL);
5278         return z->zone->node;
5279 }
5280 #endif
5281
5282 static void setup_min_unmapped_ratio(void);
5283 static void setup_min_slab_ratio(void);
5284 #else   /* CONFIG_NUMA */
5285
5286 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5287 {
5288         int node, local_node;
5289         struct zoneref *zonerefs;
5290         int nr_zones;
5291
5292         local_node = pgdat->node_id;
5293
5294         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
5295         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
5296         zonerefs += nr_zones;
5297
5298         /*
5299          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
5300          * of all the other nodes.
5301          * We don't want to pressure a particular node, so when
5302          * building the zones for node N, we make sure that the
5303          * zones coming right after the local ones are those from
5304          * node N+1 (modulo N)
5305          */
5306         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
5307                 if (!node_online(node))
5308                         continue;
5309                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
5310                 zonerefs += nr_zones;
5311         }
5312         for (node = 0; node < local_node; node++) {
5313                 if (!node_online(node))
5314                         continue;
5315                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
5316                 zonerefs += nr_zones;
5317         }
5318
5319         zonerefs->zone = NULL;
5320         zonerefs->zone_idx = 0;
5321 }
5322
5323 #endif  /* CONFIG_NUMA */
5324
5325 /*
5326  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
5327  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
5328  * that an item put on a list will immediately be handed over to
5329  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
5330  * with interrupts disabled.
5331  *
5332  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
5333  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
5334  * hotplugged processors.
5335  *
5336  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
5337  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
5338  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
5339  */
5340 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch);
5341 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pageset, boot_pageset);
5342 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_nodestat, boot_nodestats);
5343
5344 static void __build_all_zonelists(void *data)
5345 {
5346         int nid;
5347         int __maybe_unused cpu;
5348         pg_data_t *self = data;
5349         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
5350
5351         spin_lock(&lock);
5352
5353 #ifdef CONFIG_NUMA
5354         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
5355 #endif
5356
5357         /*
5358          * This node is hotadded and no memory is yet present.   So just
5359          * building zonelists is fine - no need to touch other nodes.
5360          */
5361         if (self && !node_online(self->node_id)) {
5362                 build_zonelists(self);
5363         } else {
5364                 for_each_online_node(nid) {
5365                         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5366
5367                         build_zonelists(pgdat);
5368                 }
5369
5370 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5371                 /*
5372                  * We now know the "local memory node" for each node--
5373                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
5374                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
5375                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
5376                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
5377                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
5378                  */
5379                 for_each_online_cpu(cpu)
5380                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
5381 #endif
5382         }
5383
5384         spin_unlock(&lock);
5385 }
5386
5387 static noinline void __init
5388 build_all_zonelists_init(void)
5389 {
5390         int cpu;
5391
5392         __build_all_zonelists(NULL);
5393
5394         /*
5395          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
5396          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
5397          * each zone will be allocated later when the per cpu
5398          * allocator is available.
5399          *
5400          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
5401          * cpus if the system is already booted because the pagesets
5402          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
5403          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
5404          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
5405          * (a chicken-egg dilemma).
5406          */
5407         for_each_possible_cpu(cpu)
5408                 setup_pageset(&per_cpu(boot_pageset, cpu), 0);
5409
5410         mminit_verify_zonelist();
5411         cpuset_init_current_mems_allowed();
5412 }
5413
5414 /*
5415  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
5416  *
5417  * __ref due to call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
5418  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
5419  */
5420 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5421 {
5422         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
5423                 build_all_zonelists_init();
5424         } else {
5425                 __build_all_zonelists(pgdat);
5426                 /* cpuset refresh routine should be here */
5427         }
5428         vm_total_pages = nr_free_pagecache_pages();
5429         /*
5430          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
5431          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
5432          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
5433          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
5434          * disabled and enable it later
5435          */
5436         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
5437                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
5438         else
5439                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
5440
5441         pr_info("Built %i zonelists, mobility grouping %s.  Total pages: %ld\n",
5442                 nr_online_nodes,
5443                 page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
5444                 vm_total_pages);
5445 #ifdef CONFIG_NUMA
5446         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
5447 #endif
5448 }
5449
5450 /*
5451  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
5452  * up by free_all_bootmem() once the early boot process is
5453  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
5454  */
5455 void __meminit memmap_init_zone(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
5456                 unsigned long start_pfn, enum memmap_context context,
5457                 struct vmem_altmap *altmap)
5458 {
5459         unsigned long end_pfn = start_pfn + size;
5460         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5461         unsigned long pfn;
5462         unsigned long nr_initialised = 0;
5463         struct page *page;
5464 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5465         struct memblock_region *r = NULL, *tmp;
5466 #endif
5467
5468         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
5469                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
5470
5471         /*
5472          * Honor reservation requested by the driver for this ZONE_DEVICE
5473          * memory
5474          */
5475         if (altmap && start_pfn == altmap->base_pfn)
5476                 start_pfn += altmap->reserve;
5477
5478         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
5479                 /*
5480                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s handed to this
5481                  * function.  They do not exist on hotplugged memory.
5482                  */
5483                 if (context != MEMMAP_EARLY)
5484                         goto not_early;
5485
5486                 if (!early_pfn_valid(pfn))
5487                         continue;
5488                 if (!early_pfn_in_nid(pfn, nid))
5489                         continue;
5490                 if (!update_defer_init(pgdat, pfn, end_pfn, &nr_initialised))
5491                         break;
5492
5493 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5494                 /*
5495                  * Check given memblock attribute by firmware which can affect
5496                  * kernel memory layout.  If zone==ZONE_MOVABLE but memory is
5497                  * mirrored, it's an overlapped memmap init. skip it.
5498                  */
5499                 if (mirrored_kernelcore && zone == ZONE_MOVABLE) {
5500                         if (!r || pfn >= memblock_region_memory_end_pfn(r)) {
5501                                 for_each_memblock(memory, tmp)
5502                                         if (pfn < memblock_region_memory_end_pfn(tmp))
5503                                                 break;
5504                                 r = tmp;
5505                         }
5506                         if (pfn >= memblock_region_memory_base_pfn(r) &&
5507                             memblock_is_mirror(r)) {
5508                                 /* already initialized as NORMAL */
5509                                 pfn = memblock_region_memory_end_pfn(r);
5510                                 continue;
5511                         }
5512                 }
5513 #endif
5514
5515 not_early:
5516                 page = pfn_to_page(pfn);
5517                 __init_single_page(page, pfn, zone, nid);
5518                 if (context == MEMMAP_HOTPLUG)
5519                         SetPageReserved(page);
5520
5521                 /*
5522                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
5523                  * movable at startup. This will force kernel allocations
5524                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
5525                  * the address space during boot when many long-lived
5526                  * kernel allocations are made.
5527                  *
5528                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
5529                  * can be created for invalid pages (for alignment)
5530                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
5531                  * pfn out of zone.
5532                  *
5533                  * Please note that MEMMAP_HOTPLUG path doesn't clear memmap
5534                  * because this is done early in sparse_add_one_section
5535                  */
5536                 if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1))) {
5537                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
5538                         cond_resched();
5539                 }
5540         }
5541 }
5542
5543 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
5544 {
5545         unsigned int order, t;
5546         for_each_migratetype_order(order, t) {
5547                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
5548                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
5549         }
5550 }
5551
5552 #ifndef __HAVE_ARCH_MEMMAP_INIT
5553 #define memmap_init(size, nid, zone, start_pfn) \
5554         memmap_init_zone((size), (nid), (zone), (start_pfn), MEMMAP_EARLY, NULL)
5555 #endif
5556
5557 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
5558 {
5559 #ifdef CONFIG_MMU
5560         int batch;
5561
5562         /*
5563          * The per-cpu-pages pools are set to around 1000th of the
5564          * size of the zone.  But no more than 1/2 of a meg.
5565          *
5566          * OK, so we don't know how big the cache is.  So guess.
5567          */
5568         batch = zone->managed_pages / 1024;
5569         if (batch * PAGE_SIZE > 512 * 1024)
5570                 batch = (512 * 1024) / PAGE_SIZE;
5571         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
5572         if (batch < 1)
5573                 batch = 1;
5574
5575         /*
5576          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
5577          * of 2 value was found to be more likely to have
5578          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
5579          *
5580          * For example if 2 tasks are alternately allocating
5581          * batches of pages, one task can end up with a lot
5582          * of pages of one half of the possible page colors
5583          * and the other with pages of the other colors.
5584          */
5585         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
5586
5587         return batch;
5588
5589 #else
5590         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
5591          * conditions.
5592          *
5593          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
5594          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
5595          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
5596          *
5597          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
5598          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
5599          * can be a significant delay between the individual batches being
5600          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
5601          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
5602          */
5603         return 0;
5604 #endif
5605 }
5606
5607 /*
5608  * pcp->high and pcp->batch values are related and dependent on one another:
5609  * ->batch must never be higher then ->high.
5610  * The following function updates them in a safe manner without read side
5611  * locking.
5612  *
5613  * Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they can cope with
5614  * those fields changing asynchronously (acording the the above rule).
5615  *
5616  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
5617  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
5618  * exist).
5619  */
5620 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
5621                 unsigned long batch)
5622 {
5623        /* start with a fail safe value for batch */
5624         pcp->batch = 1;
5625         smp_wmb();
5626
5627        /* Update high, then batch, in order */
5628         pcp->high = high;
5629         smp_wmb();
5630
5631         pcp->batch = batch;
5632 }
5633
5634 /* a companion to pageset_set_high() */
5635 static void pageset_set_batch(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
5636 {
5637         pageset_update(&p->pcp, 6 * batch, max(1UL, 1 * batch));
5638 }
5639
5640 static void pageset_init(struct per_cpu_pageset *p)
5641 {
5642         struct per_cpu_pages *pcp;
5643         int migratetype;
5644
5645         memset(p, 0, sizeof(*p));
5646
5647         pcp = &p->pcp;
5648         pcp->count = 0;
5649         for (migratetype = 0; migratetype < MIGRATE_PCPTYPES; migratetype++)
5650                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[migratetype]);
5651 }
5652
5653 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
5654 {
5655         pageset_init(p);
5656         pageset_set_batch(p, batch);
5657 }
5658
5659 /*
5660  * pageset_set_high() sets the high water mark for hot per_cpu_pagelist
5661  * to the value high for the pageset p.
5662  */
5663 static void pageset_set_high(struct per_cpu_pageset *p,
5664                                 unsigned long high)
5665 {
5666         unsigned long batch = max(1UL, high / 4);
5667         if ((high / 4) > (PAGE_SHIFT * 8))
5668                 batch = PAGE_SHIFT * 8;
5669
5670         pageset_update(&p->pcp, high, batch);
5671 }
5672
5673 static void pageset_set_high_and_batch(struct zone *zone,
5674                                        struct per_cpu_pageset *pcp)
5675 {
5676         if (percpu_pagelist_fraction)
5677                 pageset_set_high(pcp,
5678                         (zone->managed_pages /
5679                                 percpu_pagelist_fraction));
5680         else
5681                 pageset_set_batch(pcp, zone_batchsize(zone));
5682 }
5683
5684 static void __meminit zone_pageset_init(struct zone *zone, int cpu)
5685 {
5686         struct per_cpu_pageset *pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
5687
5688         pageset_init(pcp);
5689         pageset_set_high_and_batch(zone, pcp);
5690 }
5691
5692 void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
5693 {
5694         int cpu;
5695         zone->pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pageset);
5696         for_each_possible_cpu(cpu)
5697                 zone_pageset_init(zone, cpu);
5698 }
5699
5700 /*
5701  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
5702  * Before this call only boot pagesets were available.
5703  */
5704 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
5705 {
5706         struct pglist_data *pgdat;
5707         struct zone *zone;
5708
5709         for_each_populated_zone(zone)
5710                 setup_zone_pageset(zone);
5711
5712         for_each_online_pgdat(pgdat)
5713                 pgdat->per_cpu_nodestats =
5714                         alloc_percpu(struct per_cpu_nodestat);
5715 }
5716
5717 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
5718 {
5719         /*
5720          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
5721          * relies on the ability of the linker to provide the
5722          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
5723          */
5724         zone->pageset = &boot_pageset;
5725
5726         if (populated_zone(zone))
5727                 printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n",
5728                         zone->name, zone->present_pages,
5729                                          zone_batchsize(zone));
5730 }
5731
5732 void __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
5733                                         unsigned long zone_start_pfn,
5734                                         unsigned long size)
5735 {
5736         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
5737
5738         pgdat->nr_zones = zone_idx(zone) + 1;
5739
5740         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
5741
5742         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
5743                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
5744                         pgdat->node_id,
5745                         (unsigned long)zone_idx(zone),
5746                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
5747
5748         zone_init_free_lists(zone);
5749         zone->initialized = 1;
5750 }
5751
5752 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5753 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID
5754
5755 /*
5756  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
5757  */
5758 int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn,
5759                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
5760 {
5761         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5762         int nid;
5763
5764         if (state->last_start <= pfn && pfn < state->last_end)
5765                 return state->last_nid;
5766
5767         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
5768         if (nid != -1) {
5769                 state->last_start = start_pfn;
5770                 state->last_end = end_pfn;
5771                 state->last_nid = nid;
5772         }
5773
5774         return nid;
5775 }
5776 #endif /* CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID */
5777
5778 /**
5779  * free_bootmem_with_active_regions - Call memblock_free_early_nid for each active range
5780  * @nid: The node to free memory on. If MAX_NUMNODES, all nodes are freed.
5781  * @max_low_pfn: The highest PFN that will be passed to memblock_free_early_nid
5782  *
5783  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes
5784  * and may be freed, this this function may be used instead of calling
5785  * memblock_free_early_nid() manually.
5786  */
5787 void __init free_bootmem_with_active_regions(int nid, unsigned long max_low_pfn)
5788 {
5789         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5790         int i, this_nid;
5791
5792         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid) {
5793                 start_pfn = min(start_pfn, max_low_pfn);
5794                 end_pfn = min(end_pfn, max_low_pfn);
5795
5796                 if (start_pfn < end_pfn)
5797                         memblock_free_early_nid(PFN_PHYS(start_pfn),
5798                                         (end_pfn - start_pfn) << PAGE_SHIFT,
5799                                         this_nid);
5800         }
5801 }
5802
5803 /**
5804  * sparse_memory_present_with_active_regions - Call memory_present for each active range
5805  * @nid: The node to call memory_present for. If MAX_NUMNODES, all nodes will be used.
5806  *
5807  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes and may
5808  * be freed, this function may be used instead of calling memory_present() manually.
5809  */
5810 void __init sparse_memory_present_with_active_regions(int nid)
5811 {
5812         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5813         int i, this_nid;
5814
5815         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid)
5816                 memory_present(this_nid, start_pfn, end_pfn);
5817 }
5818
5819 /**
5820  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
5821  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
5822  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
5823  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
5824  *
5825  * It returns the start and end page frame of a node based on information
5826  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
5827  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
5828  * PFNs will be 0.
5829  */
5830 void __meminit get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
5831                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
5832 {
5833         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
5834         int i;
5835
5836         *start_pfn = -1UL;
5837         *end_pfn = 0;
5838
5839         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
5840                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
5841                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
5842         }
5843
5844         if (*start_pfn == -1UL)
5845                 *start_pfn = 0;
5846 }
5847
5848 /*
5849  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
5850  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
5851  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
5852  */
5853 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
5854 {
5855         int zone_index;
5856         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
5857                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
5858                         continue;
5859
5860                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
5861                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
5862                         break;
5863         }
5864
5865         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
5866         movable_zone = zone_index;
5867 }
5868
5869 /*
5870  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
5871  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
5872  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
5873  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
5874  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
5875  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
5876  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
5877  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
5878  */
5879 static void __meminit adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
5880                                         unsigned long zone_type,
5881                                         unsigned long node_start_pfn,
5882                                         unsigned long node_end_pfn,
5883                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5884                                         unsigned long *zone_end_pfn)
5885 {
5886         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
5887         if (zone_movable_pfn[nid]) {
5888                 /* Size ZONE_MOVABLE */
5889                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
5890                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
5891                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
5892                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
5893
5894                 /* Adjust for ZONE_MOVABLE starting within this range */
5895                 } else if (!mirrored_kernelcore &&
5896                         *zone_start_pfn < zone_movable_pfn[nid] &&
5897                         *zone_end_pfn > zone_movable_pfn[nid]) {
5898                         *zone_end_pfn = zone_movable_pfn[nid];
5899
5900                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
5901                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
5902                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
5903         }
5904 }
5905
5906 /*
5907  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
5908  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
5909  */
5910 static unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
5911                                         unsigned long zone_type,
5912                                         unsigned long node_start_pfn,
5913                                         unsigned long node_end_pfn,
5914                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5915                                         unsigned long *zone_end_pfn,
5916                                         unsigned long *ignored)
5917 {
5918         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
5919         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
5920                 return 0;
5921
5922         /* Get the start and end of the zone */
5923         *zone_start_pfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
5924         *zone_end_pfn = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
5925         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
5926                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
5927                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5928
5929         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
5930         if (*zone_end_pfn < node_start_pfn || *zone_start_pfn > node_end_pfn)
5931                 return 0;
5932
5933         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
5934         *zone_end_pfn = min(*zone_end_pfn, node_end_pfn);
5935         *zone_start_pfn = max(*zone_start_pfn, node_start_pfn);
5936
5937         /* Return the spanned pages */
5938         return *zone_end_pfn - *zone_start_pfn;
5939 }
5940
5941 /*
5942  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
5943  * then all holes in the requested range will be accounted for.
5944  */
5945 unsigned long __meminit __absent_pages_in_range(int nid,
5946                                 unsigned long range_start_pfn,
5947                                 unsigned long range_end_pfn)
5948 {
5949         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
5950         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5951         int i;
5952
5953         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
5954                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
5955                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
5956                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
5957         }
5958         return nr_absent;
5959 }
5960
5961 /**
5962  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
5963  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
5964  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
5965  *
5966  * It returns the number of pages frames in memory holes within a range.
5967  */
5968 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
5969                                                         unsigned long end_pfn)
5970 {
5971         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
5972 }
5973
5974 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
5975 static unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
5976                                         unsigned long zone_type,
5977                                         unsigned long node_start_pfn,
5978                                         unsigned long node_end_pfn,
5979                                         unsigned long *ignored)
5980 {
5981         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
5982         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
5983         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
5984         unsigned long nr_absent;
5985
5986         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
5987         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
5988                 return 0;
5989
5990         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
5991         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
5992
5993         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
5994                         node_start_pfn, node_end_pfn,
5995                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
5996         nr_absent = __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5997
5998         /*
5999          * ZONE_MOVABLE handling.
6000          * Treat pages to be ZONE_MOVABLE in ZONE_NORMAL as absent pages
6001          * and vice versa.
6002          */
6003         if (mirrored_kernelcore && zone_movable_pfn[nid]) {
6004                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
6005                 struct memblock_region *r;
6006
6007                 for_each_memblock(memory, r) {
6008                         start_pfn = clamp(memblock_region_memory_base_pfn(r),
6009                                           zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6010                         end_pfn = clamp(memblock_region_memory_end_pfn(r),
6011                                         zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6012
6013                         if (zone_type == ZONE_MOVABLE &&
6014                             memblock_is_mirror(r))
6015                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
6016
6017                         if (zone_type == ZONE_NORMAL &&
6018                             !memblock_is_mirror(r))
6019                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
6020                 }
6021         }
6022
6023         return nr_absent;
6024 }
6025
6026 #else /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6027 static inline unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
6028                                         unsigned long zone_type,
6029                                         unsigned long node_start_pfn,
6030                                         unsigned long node_end_pfn,
6031                                         unsigned long *zone_start_pfn,
6032                                         unsigned long *zone_end_pfn,
6033                                         unsigned long *zones_size)
6034 {
6035         unsigned int zone;
6036
6037         *zone_start_pfn = node_start_pfn;
6038         for (zone = 0; zone < zone_type; zone++)
6039                 *zone_start_pfn += zones_size[zone];
6040
6041         *zone_end_pfn = *zone_start_pfn + zones_size[zone_type];
6042
6043         return zones_size[zone_type];
6044 }
6045
6046 static inline unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
6047                                                 unsigned long zone_type,
6048                                                 unsigned long node_start_pfn,
6049                                                 unsigned long node_end_pfn,
6050                                                 unsigned long *zholes_size)
6051 {
6052         if (!zholes_size)
6053                 return 0;
6054
6055         return zholes_size[zone_type];
6056 }
6057
6058 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6059
6060 static void __meminit calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
6061                                                 unsigned long node_start_pfn,
6062                                                 unsigned long node_end_pfn,
6063                                                 unsigned long *zones_size,
6064                                                 unsigned long *zholes_size)
6065 {
6066         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
6067         enum zone_type i;
6068
6069         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6070                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
6071                 unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
6072                 unsigned long size, real_size;
6073
6074                 size = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
6075                                                   node_start_pfn,
6076                                                   node_end_pfn,
6077                                                   &zone_start_pfn,
6078                                                   &zone_end_pfn,
6079                                                   zones_size);
6080                 real_size = size - zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
6081                                                   node_start_pfn, node_end_pfn,
6082                                                   zholes_size);
6083                 if (size)
6084                         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
6085                 else
6086                         zone->zone_start_pfn = 0;
6087                 zone->spanned_pages = size;
6088                 zone->present_pages = real_size;
6089
6090                 totalpages += size;
6091                 realtotalpages += real_size;
6092         }
6093
6094         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
6095         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
6096         printk(KERN_DEBUG "On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id,
6097                                                         realtotalpages);
6098 }
6099
6100 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
6101 /*
6102  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
6103  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
6104  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
6105  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
6106  * bytes.
6107  */
6108 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
6109 {
6110         unsigned long usemapsize;
6111
6112         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
6113         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
6114         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
6115         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
6116         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
6117
6118         return usemapsize / 8;
6119 }
6120
6121 static void __init setup_usemap(struct pglist_data *pgdat,
6122                                 struct zone *zone,
6123                                 unsigned long zone_start_pfn,
6124                                 unsigned long zonesize)
6125 {
6126         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone_start_pfn, zonesize);
6127         zone->pageblock_flags = NULL;
6128         if (usemapsize)
6129                 zone->pageblock_flags =
6130                         memblock_virt_alloc_node_nopanic(usemapsize,
6131                                                          pgdat->node_id);
6132 }
6133 #else
6134 static inline void setup_usemap(struct pglist_data *pgdat, struct zone *zone,
6135                                 unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize) {}
6136 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
6137
6138 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
6139
6140 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
6141 void __paginginit set_pageblock_order(void)
6142 {
6143         unsigned int order;
6144
6145         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
6146         if (pageblock_order)
6147                 return;
6148
6149         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT)
6150                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
6151         else
6152                 order = MAX_ORDER - 1;
6153
6154         /*
6155          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
6156          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
6157          * powerpc.
6158          */
6159         pageblock_order = order;
6160 }
6161 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
6162
6163 /*
6164  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
6165  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
6166  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
6167  * the kernel config
6168  */
6169 void __paginginit set_pageblock_order(void)
6170 {
6171 }
6172
6173 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
6174
6175 static unsigned long __paginginit calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
6176                                                    unsigned long present_pages)
6177 {
6178         unsigned long pages = spanned_pages;
6179
6180         /*
6181          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
6182          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
6183          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
6184          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
6185          * populated regions may not be naturally aligned on page boundary.
6186          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
6187          */
6188         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
6189             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
6190                 pages = present_pages;
6191
6192         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
6193 }
6194
6195 /*
6196  * Set up the zone data structures:
6197  *   - mark all pages reserved
6198  *   - mark all memory queues empty
6199  *   - clear the memory bitmaps
6200  *
6201  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
6202  */
6203 static void __paginginit free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat)
6204 {
6205         enum zone_type j;
6206         int nid = pgdat->node_id;
6207         unsigned long node_end_pfn = 0;
6208
6209         pgdat_resize_init(pgdat);
6210 #ifdef CONFIG_NUMA_BALANCING
6211         spin_lock_init(&pgdat->numabalancing_migrate_lock);
6212         pgdat->numabalancing_migrate_nr_pages = 0;
6213         pgdat->numabalancing_migrate_next_window = jiffies;
6214 #endif
6215 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
6216         spin_lock_init(&pgdat->split_queue_lock);
6217         INIT_LIST_HEAD(&pgdat->split_queue);
6218         pgdat->split_queue_len = 0;
6219 #endif
6220         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
6221         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
6222 #ifdef CONFIG_COMPACTION
6223         init_waitqueue_head(&pgdat->kcompactd_wait);
6224 #endif
6225         pgdat_page_ext_init(pgdat);
6226         spin_lock_init(&pgdat->lru_lock);
6227         lruvec_init(node_lruvec(pgdat));
6228
6229         pgdat->per_cpu_nodestats = &boot_nodestats;
6230
6231         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6232                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
6233                 unsigned long size, realsize, freesize, memmap_pages;
6234                 unsigned long zone_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
6235                 unsigned long movable_size = 0;
6236
6237                 size = zone->spanned_pages;
6238                 realsize = freesize = zone->present_pages;
6239                 if (zone_end_pfn(zone) > node_end_pfn)
6240                         node_end_pfn = zone_end_pfn(zone);
6241
6242
6243                 /*
6244                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
6245                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
6246                  * and per-cpu initialisations
6247                  */
6248                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, realsize);
6249                 if (!is_highmem_idx(j)) {
6250                         if (freesize >= memmap_pages) {
6251                                 freesize -= memmap_pages;
6252                                 if (memmap_pages)
6253                                         printk(KERN_DEBUG
6254                                                "  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
6255                                                zone_names[j], memmap_pages);
6256                         } else
6257                                 pr_warn("  %s zone: %lu pages exceeds freesize %lu\n",
6258                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
6259                 }
6260
6261                 /* Account for reserved pages */
6262                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
6263                         freesize -= dma_reserve;
6264                         printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages reserved\n",
6265                                         zone_names[0], dma_reserve);
6266                 }
6267
6268                 if (!is_highmem_idx(j))
6269                         nr_kernel_pages += freesize;
6270                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
6271                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
6272                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
6273                 nr_all_pages += freesize;
6274
6275                 /*
6276                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
6277                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
6278                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
6279                  */
6280                 zone->managed_pages = is_highmem_idx(j) ? realsize : freesize;
6281 #ifdef CONFIG_NUMA
6282                 zone->node = nid;
6283 #endif
6284                 zone->name = zone_names[j];
6285                 zone->zone_pgdat = pgdat;
6286                 spin_lock_init(&zone->lock);
6287                 zone_seqlock_init(zone);
6288                 zone_pcp_init(zone);
6289
6290                 /*
6291                  * The size of the CMA area is unknown now so we need to
6292                  * prepare the memory for the usemap at maximum.
6293                  */
6294                 if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA) && j == ZONE_MOVABLE &&
6295                         pgdat->node_spanned_pages) {
6296                         movable_size = node_end_pfn - pgdat->node_start_pfn;
6297                 }
6298
6299                 if (!size && !movable_size)
6300                         continue;
6301
6302                 set_pageblock_order();
6303                 if (movable_size) {
6304                         zone->zone_start_pfn = pgdat->node_start_pfn;
6305                         zone->spanned_pages = movable_size;
6306                         setup_usemap(pgdat, zone,
6307                                 pgdat->node_start_pfn, movable_size);
6308                         init_currently_empty_zone(zone,
6309                                 pgdat->node_start_pfn, movable_size);
6310                 } else {
6311                         setup_usemap(pgdat, zone, zone_start_pfn, size);
6312                         init_currently_empty_zone(zone, zone_start_pfn, size);
6313                 }
6314                 memmap_init(size, nid, j, zone_start_pfn);
6315         }
6316 }
6317
6318 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
6319 static void __ref alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
6320 {
6321         unsigned long __maybe_unused start = 0;
6322         unsigned long __maybe_unused offset = 0;
6323
6324         /* Skip empty nodes */
6325         if (!pgdat->node_spanned_pages)
6326                 return;
6327
6328         start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
6329         offset = pgdat->node_start_pfn - start;
6330         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
6331         if (!pgdat->node_mem_map) {
6332                 unsigned long size, end;
6333                 struct page *map;
6334
6335                 /*
6336                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
6337                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
6338                  * for the buddy allocator to function correctly.
6339                  */
6340                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
6341                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
6342                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
6343                 map = memblock_virt_alloc_node_nopanic(size, pgdat->node_id);
6344                 pgdat->node_mem_map = map + offset;
6345         }
6346         pr_debug("%s: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
6347                                 __func__, pgdat->node_id, (unsigned long)pgdat,
6348                                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
6349 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
6350         /*
6351          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
6352          */
6353         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
6354                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
6355 #if defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP) || defined(CONFIG_FLATMEM)
6356                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
6357                         mem_map -= offset;
6358 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6359         }
6360 #endif
6361 }
6362 #else
6363 static void __ref alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat) { }
6364 #endif /* CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
6365
6366 void __paginginit free_area_init_node(int nid, unsigned long *zones_size,
6367                 unsigned long node_start_pfn, unsigned long *zholes_size)
6368 {
6369         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6370         unsigned long start_pfn = 0;
6371         unsigned long end_pfn = 0;
6372
6373         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
6374         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->kswapd_classzone_idx);
6375
6376         pgdat->node_id = nid;
6377         pgdat->node_start_pfn = node_start_pfn;
6378         pgdat->per_cpu_nodestats = NULL;
6379 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
6380         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
6381         pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
6382                 (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
6383                 end_pfn ? ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1 : 0);
6384 #else
6385         start_pfn = node_start_pfn;
6386 #endif
6387         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn,
6388                                   zones_size, zholes_size);
6389
6390         alloc_node_mem_map(pgdat);
6391
6392 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
6393         /*
6394          * We start only with one section of pages, more pages are added as
6395          * needed until the rest of deferred pages are initialized.
6396          */
6397         pgdat->static_init_pgcnt = min_t(unsigned long, PAGES_PER_SECTION,
6398                                          pgdat->node_spanned_pages);
6399         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
6400 #endif
6401         free_area_init_core(pgdat);
6402 }
6403
6404 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK
6405 /*
6406  * Only struct pages that are backed by physical memory are zeroed and
6407  * initialized by going through __init_single_page(). But, there are some
6408  * struct pages which are reserved in memblock allocator and their fields
6409  * may be accessed (for example page_to_pfn() on some configuration accesses
6410  * flags). We must explicitly zero those struct pages.
6411  */
6412 void __paginginit zero_resv_unavail(void)
6413 {
6414         phys_addr_t start, end;
6415         unsigned long pfn;
6416         u64 i, pgcnt;
6417
6418         /*
6419          * Loop through ranges that are reserved, but do not have reported
6420          * physical memory backing.
6421          */
6422         pgcnt = 0;
6423         for_each_resv_unavail_range(i, &start, &end) {
6424                 for (pfn = PFN_DOWN(start); pfn < PFN_UP(end); pfn++) {
6425                         if (!pfn_valid(ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages)))
6426                                 continue;
6427                         mm_zero_struct_page(pfn_to_page(pfn));
6428                         pgcnt++;
6429                 }
6430         }
6431
6432         /*
6433          * Struct pages that do not have backing memory. This could be because
6434          * firmware is using some of this memory, or for some other reasons.
6435          * Once memblock is changed so such behaviour is not allowed: i.e.
6436          * list of "reserved" memory must be a subset of list of "memory", then
6437          * this code can be removed.
6438          */
6439         if (pgcnt)
6440                 pr_info("Reserved but unavailable: %lld pages", pgcnt);
6441 }
6442 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK */
6443
6444 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
6445
6446 #if MAX_NUMNODES > 1
6447 /*
6448  * Figure out the number of possible node ids.
6449  */
6450 void __init setup_nr_node_ids(void)
6451 {
6452         unsigned int highest;
6453
6454         highest = find_last_bit(node_possible_map.bits, MAX_NUMNODES);
6455         nr_node_ids = highest + 1;
6456 }
6457 #endif
6458
6459 /**
6460  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
6461  *
6462  * This function should be called after node map is populated and sorted.
6463  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
6464  * all the nodes.
6465  *
6466  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
6467  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
6468  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
6469  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
6470  *
6471  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
6472  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
6473  * populated node map.
6474  *
6475  * Returns the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
6476  * requirement (single node).
6477  */
6478 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
6479 {
6480         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
6481         unsigned long start, end, mask;
6482         int last_nid = -1;
6483         int i, nid;
6484
6485         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
6486                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
6487                         last_nid = nid;
6488                         last_end = end;
6489                         continue;
6490                 }
6491
6492                 /*
6493                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
6494                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
6495                  * too coarse to separate the current node from the last.
6496                  */
6497                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
6498                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
6499                         mask <<= 1;
6500
6501                 /* accumulate all internode masks */
6502                 accl_mask |= mask;
6503         }
6504
6505         /* convert mask to number of pages */
6506         return ~accl_mask + 1;
6507 }
6508
6509 /* Find the lowest pfn for a node */
6510 static unsigned long __init find_min_pfn_for_node(int nid)
6511 {
6512         unsigned long min_pfn = ULONG_MAX;
6513         unsigned long start_pfn;
6514         int i;
6515
6516         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, NULL, NULL)
6517                 min_pfn = min(min_pfn, start_pfn);
6518
6519         if (min_pfn == ULONG_MAX) {
6520                 pr_warn("Could not find start_pfn for node %d\n", nid);
6521                 return 0;
6522         }
6523
6524         return min_pfn;
6525 }
6526
6527 /**
6528  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
6529  *
6530  * It returns the minimum PFN based on information provided via
6531  * memblock_set_node().
6532  */
6533 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
6534 {
6535         return find_min_pfn_for_node(MAX_NUMNODES);
6536 }
6537
6538 /*
6539  * early_calculate_totalpages()
6540  * Sum pages in active regions for movable zone.
6541  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
6542  */
6543 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
6544 {
6545         unsigned long totalpages = 0;
6546         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6547         int i, nid;
6548
6549         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
6550                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
6551
6552                 totalpages += pages;
6553                 if (pages)
6554                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
6555         }
6556         return totalpages;
6557 }
6558
6559 /*
6560  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
6561  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
6562  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
6563  * others
6564  */
6565 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
6566 {
6567         int i, nid;
6568         unsigned long usable_startpfn;
6569         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
6570         /* save the state before borrow the nodemask */
6571         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
6572         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
6573         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
6574         struct memblock_region *r;
6575
6576         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
6577         find_usable_zone_for_movable();
6578
6579         /*
6580          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
6581          * options.
6582          */
6583         if (movable_node_is_enabled()) {
6584                 for_each_memblock(memory, r) {
6585                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
6586                                 continue;
6587
6588                         nid = r->nid;
6589
6590                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
6591                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
6592                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
6593                                 usable_startpfn;
6594                 }
6595
6596                 goto out2;
6597         }
6598
6599         /*
6600          * If kernelcore=mirror is specified, ignore movablecore option
6601          */
6602         if (mirrored_kernelcore) {
6603                 bool mem_below_4gb_not_mirrored = false;
6604
6605                 for_each_memblock(memory, r) {
6606                         if (memblock_is_mirror(r))
6607                                 continue;
6608
6609                         nid = r->nid;
6610
6611                         usable_startpfn = memblock_region_memory_base_pfn(r);
6612
6613                         if (usable_startpfn < 0x100000) {
6614                                 mem_below_4gb_not_mirrored = true;
6615                                 continue;
6616                         }
6617
6618                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
6619                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
6620                                 usable_startpfn;
6621                 }
6622
6623                 if (mem_below_4gb_not_mirrored)
6624                         pr_warn("This configuration results in unmirrored kernel memory.");
6625
6626                 goto out2;
6627         }
6628
6629         /*
6630          * If kernelcore=nn% or movablecore=nn% was specified, calculate the
6631          * amount of necessary memory.
6632          */
6633         if (required_kernelcore_percent)
6634                 required_kernelcore = (totalpages * 100 * required_kernelcore_percent) /
6635                                        10000UL;
6636         if (required_movablecore_percent)
6637                 required_movablecore = (totalpages * 100 * required_movablecore_percent) /
6638                                         10000UL;
6639
6640         /*
6641          * If movablecore= was specified, calculate what size of
6642          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
6643          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
6644          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
6645          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
6646          * what movablecore would have allowed.
6647          */
6648         if (required_movablecore) {
6649                 unsigned long corepages;
6650
6651                 /*
6652                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
6653                  * was requested by the user
6654                  */
6655                 required_movablecore =
6656                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
6657                 required_movablecore = min(totalpages, required_movablecore);
6658                 corepages = totalpages - required_movablecore;
6659
6660                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
6661         }
6662
6663         /*
6664          * If kernelcore was not specified or kernelcore size is larger
6665          * than totalpages, there is no ZONE_MOVABLE.
6666          */
6667         if (!required_kernelcore || required_kernelcore >= totalpages)
6668                 goto out;
6669
6670         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
6671         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
6672
6673 restart:
6674         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
6675         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
6676         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
6677                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
6678
6679                 /*
6680                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
6681                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
6682                  * amount of memory for the kernel
6683                  */
6684                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
6685                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
6686
6687                 /*
6688                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
6689                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
6690                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
6691                  */
6692                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
6693
6694                 /* Go through each range of PFNs within this node */
6695                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
6696                         unsigned long size_pages;
6697
6698                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
6699                         if (start_pfn >= end_pfn)
6700                                 continue;
6701
6702                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
6703                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
6704                                 unsigned long kernel_pages;
6705                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
6706                                                                 - start_pfn;
6707
6708                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
6709                                                         kernelcore_remaining);
6710                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
6711                                                         required_kernelcore);
6712
6713                                 /* Continue if range is now fully accounted */
6714                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
6715
6716                                         /*
6717                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
6718                                          * that if we have to rebalance
6719                                          * kernelcore across nodes, we will
6720                                          * not double account here
6721                                          */
6722                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
6723                                         continue;
6724                                 }
6725                                 start_pfn = usable_startpfn;
6726                         }
6727
6728                         /*
6729                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
6730                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
6731                          * number of pages used as kernelcore
6732                          */
6733                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
6734                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
6735                                 size_pages = kernelcore_remaining;
6736                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
6737
6738                         /*
6739                          * Some kernelcore has been met, update counts and
6740                          * break if the kernelcore for this node has been
6741                          * satisfied
6742                          */
6743                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
6744                                                                 size_pages);
6745                         kernelcore_remaining -= size_pages;
6746                         if (!kernelcore_remaining)
6747                                 break;
6748                 }
6749         }
6750
6751         /*
6752          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
6753          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
6754          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
6755          * satisfied
6756          */
6757         usable_nodes--;
6758         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
6759                 goto restart;
6760
6761 out2:
6762         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
6763         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++)
6764                 zone_movable_pfn[nid] =
6765                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
6766
6767 out:
6768         /* restore the node_state */
6769         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
6770 }
6771
6772 /* Any regular or high memory on that node ? */
6773 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
6774 {
6775         enum zone_type zone_type;
6776
6777         if (N_MEMORY == N_NORMAL_MEMORY)
6778                 return;
6779
6780         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
6781                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
6782                 if (populated_zone(zone)) {
6783                         node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
6784                         if (N_NORMAL_MEMORY != N_HIGH_MEMORY &&
6785                             zone_type <= ZONE_NORMAL)
6786                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
6787                         break;
6788                 }
6789         }
6790 }
6791
6792 /**
6793  * free_area_init_nodes - Initialise all pg_data_t and zone data
6794  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
6795  *
6796  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
6797  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
6798  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
6799  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
6800  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
6801  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
6802  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
6803  * at arch_max_dma_pfn.
6804  */
6805 void __init free_area_init_nodes(unsigned long *max_zone_pfn)
6806 {
6807         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6808         int i, nid;
6809
6810         /* Record where the zone boundaries are */
6811         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
6812                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
6813         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
6814                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
6815
6816         start_pfn = find_min_pfn_with_active_regions();
6817
6818         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6819                 if (i == ZONE_MOVABLE)
6820                         continue;
6821
6822                 end_pfn = max(max_zone_pfn[i], start_pfn);
6823                 arch_zone_lowest_possible_pfn[i] = start_pfn;
6824                 arch_zone_highest_possible_pfn[i] = end_pfn;
6825
6826                 start_pfn = end_pfn;
6827         }
6828
6829         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
6830         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
6831         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
6832
6833         /* Print out the zone ranges */
6834         pr_info("Zone ranges:\n");
6835         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6836                 if (i == ZONE_MOVABLE)
6837                         continue;
6838                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
6839                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
6840                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
6841                         pr_cont("empty\n");
6842                 else
6843                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
6844                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
6845                                         << PAGE_SHIFT,
6846                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
6847                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
6848         }
6849
6850         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
6851         pr_info("Movable zone start for each node\n");
6852         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
6853                 if (zone_movable_pfn[i])
6854                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
6855                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
6856         }
6857
6858         /* Print out the early node map */
6859         pr_info("Early memory node ranges\n");
6860         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid)
6861                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
6862                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
6863                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
6864
6865         /* Initialise every node */
6866         mminit_verify_pageflags_layout();
6867         setup_nr_node_ids();
6868         for_each_online_node(nid) {
6869                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6870                 free_area_init_node(nid, NULL,
6871                                 find_min_pfn_for_node(nid), NULL);
6872
6873                 /* Any memory on that node */
6874                 if (pgdat->node_present_pages)
6875                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
6876                 check_for_memory(pgdat, nid);
6877         }
6878         zero_resv_unavail();
6879 }
6880
6881 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core,
6882                                      unsigned long *percent)
6883 {
6884         unsigned long long coremem;
6885         char *endptr;
6886
6887         if (!p)
6888                 return -EINVAL;
6889
6890         /* Value may be a percentage of total memory, otherwise bytes */
6891         coremem = simple_strtoull(p, &endptr, 0);
6892         if (*endptr == '%') {
6893                 /* Paranoid check for percent values greater than 100 */
6894                 WARN_ON(coremem > 100);
6895
6896                 *percent = coremem;
6897         } else {
6898                 coremem = memparse(p, &p);
6899                 /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
6900                 WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
6901
6902                 *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
6903                 *percent = 0UL;
6904         }
6905         return 0;
6906 }
6907
6908 /*
6909  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
6910  * cannot be reclaimed or migrated.
6911  */
6912 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
6913 {
6914         /* parse kernelcore=mirror */
6915         if (parse_option_str(p, "mirror")) {
6916                 mirrored_kernelcore = true;
6917                 return 0;
6918         }
6919
6920         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore,
6921                                   &required_kernelcore_percent);
6922 }
6923
6924 /*
6925  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
6926  * can be reclaimed or migrated.
6927  */
6928 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
6929 {
6930         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore,
6931                                   &required_movablecore_percent);
6932 }
6933
6934 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
6935 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
6936
6937 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6938
6939 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
6940 {
6941         spin_lock(&managed_page_count_lock);
6942         page_zone(page)->managed_pages += count;
6943         totalram_pages += count;
6944 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
6945         if (PageHighMem(page))
6946                 totalhigh_pages += count;
6947 #endif
6948         spin_unlock(&managed_page_count_lock);
6949 }
6950 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
6951
6952 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, char *s)
6953 {
6954         void *pos;
6955         unsigned long pages = 0;
6956
6957         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
6958         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
6959         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
6960                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
6961                         memset(pos, poison, PAGE_SIZE);
6962                 free_reserved_page(virt_to_page(pos));
6963         }
6964
6965         if (pages && s)
6966                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK\n",
6967                         s, pages << (PAGE_SHIFT - 10));
6968
6969         return pages;
6970 }
6971 EXPORT_SYMBOL(free_reserved_area);
6972
6973 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
6974 void free_highmem_page(struct page *page)
6975 {
6976         __free_reserved_page(page);
6977         totalram_pages++;
6978         page_zone(page)->managed_pages++;
6979         totalhigh_pages++;
6980 }
6981 #endif
6982
6983
6984 void __init mem_init_print_info(const char *str)
6985 {
6986         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
6987         unsigned long init_code_size, init_data_size;
6988
6989         physpages = get_num_physpages();
6990         codesize = _etext - _stext;
6991         datasize = _edata - _sdata;
6992         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
6993         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
6994         init_data_size = __init_end - __init_begin;
6995         init_code_size = _einittext - _sinittext;
6996
6997         /*
6998          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
6999          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
7000          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
7001          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
7002          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
7003          */
7004 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
7005         do { \
7006                 if (start <= pos && pos < end && size > adj) \
7007                         size -= adj; \
7008         } while (0)
7009
7010         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
7011                      _sinittext, init_code_size);
7012         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
7013         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
7014         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
7015         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
7016
7017 #undef  adj_init_size
7018
7019         pr_info("Memory: %luK/%luK available (%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, %luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
7020 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7021                 ", %luK highmem"
7022 #endif
7023                 "%s%s)\n",
7024                 nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
7025                 physpages << (PAGE_SHIFT - 10),
7026                 codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
7027                 (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
7028                 (physpages - totalram_pages - totalcma_pages) << (PAGE_SHIFT - 10),
7029                 totalcma_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
7030 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7031                 totalhigh_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
7032 #endif
7033                 str ? ", " : "", str ? str : "");
7034 }
7035
7036 /**
7037  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
7038  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
7039  *
7040  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by managed_pages.
7041  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
7042  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
7043  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
7044  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
7045  * smaller per-cpu batchsize.
7046  */
7047 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
7048 {
7049         dma_reserve = new_dma_reserve;
7050 }
7051
7052 void __init free_area_init(unsigned long *zones_size)
7053 {
7054         free_area_init_node(0, zones_size,
7055                         __pa(PAGE_OFFSET) >> PAGE_SHIFT, NULL);
7056         zero_resv_unavail();
7057 }
7058
7059 static int page_alloc_cpu_dead(unsigned int cpu)
7060 {
7061
7062         lru_add_drain_cpu(cpu);
7063         drain_pages(cpu);
7064
7065         /*
7066          * Spill the event counters of the dead processor
7067          * into the current processors event counters.
7068          * This artificially elevates the count of the current
7069          * processor.
7070          */
7071         vm_events_fold_cpu(cpu);
7072
7073         /*
7074          * Zero the differential counters of the dead processor
7075          * so that the vm statistics are consistent.
7076          *
7077          * This is only okay since the processor is dead and cannot
7078          * race with what we are doing.
7079          */
7080         cpu_vm_stats_fold(cpu);
7081         return 0;
7082 }
7083
7084 void __init page_alloc_init(void)
7085 {
7086         int ret;
7087
7088         ret = cpuhp_setup_state_nocalls(CPUHP_PAGE_ALLOC_DEAD,
7089                                         "mm/page_alloc:dead", NULL,
7090                                         page_alloc_cpu_dead);
7091         WARN_ON(ret < 0);
7092 }
7093
7094 /*
7095  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
7096  *      or min_free_kbytes changes.
7097  */
7098 static void calculate_totalreserve_pages(void)
7099 {
7100         struct pglist_data *pgdat;
7101         unsigned long reserve_pages = 0;
7102         enum zone_type i, j;
7103
7104         for_each_online_pgdat(pgdat) {
7105
7106                 pgdat->totalreserve_pages = 0;
7107
7108                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7109                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
7110                         long max = 0;
7111
7112                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
7113                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
7114                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
7115                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
7116                         }
7117
7118                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
7119                         max += high_wmark_pages(zone);
7120
7121                         if (max > zone->managed_pages)
7122                                 max = zone->managed_pages;
7123
7124                         pgdat->totalreserve_pages += max;
7125
7126                         reserve_pages += max;
7127                 }
7128         }
7129         totalreserve_pages = reserve_pages;
7130 }
7131
7132 /*
7133  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
7134  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
7135  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
7136  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
7137  */
7138 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
7139 {
7140         struct pglist_data *pgdat;
7141         enum zone_type j, idx;
7142
7143         for_each_online_pgdat(pgdat) {
7144                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
7145                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
7146                         unsigned long managed_pages = zone->managed_pages;
7147
7148                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
7149
7150                         idx = j;
7151                         while (idx) {
7152                                 struct zone *lower_zone;
7153
7154                                 idx--;
7155                                 lower_zone = pgdat->node_zones + idx;
7156
7157                                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] < 1) {
7158                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] = 0;
7159                                         lower_zone->lowmem_reserve[j] = 0;
7160                                 } else {
7161                                         lower_zone->lowmem_reserve[j] =
7162                                                 managed_pages / sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx];
7163                                 }
7164                                 managed_pages += lower_zone->managed_pages;
7165                         }
7166                 }
7167         }
7168
7169         /* update totalreserve_pages */
7170         calculate_totalreserve_pages();
7171 }
7172
7173 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
7174 {
7175         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
7176         unsigned long lowmem_pages = 0;
7177         struct zone *zone;
7178         unsigned long flags;
7179
7180         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
7181         for_each_zone(zone) {
7182                 if (!is_highmem(zone))
7183                         lowmem_pages += zone->managed_pages;
7184         }
7185
7186         for_each_zone(zone) {
7187                 u64 tmp;
7188
7189                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7190                 tmp = (u64)pages_min * zone->managed_pages;
7191                 do_div(tmp, lowmem_pages);
7192                 if (is_highmem(zone)) {
7193                         /*
7194                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
7195                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
7196                          * value here.
7197                          *
7198                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
7199                          * deltas control asynch page reclaim, and so should
7200                          * not be capped for highmem.
7201                          */
7202                         unsigned long min_pages;
7203
7204                         min_pages = zone->managed_pages / 1024;
7205                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
7206                         zone->watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
7207                 } else {
7208                         /*
7209                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
7210                          * proportionate to the zone's size.
7211                          */
7212                         zone->watermark[WMARK_MIN] = tmp;
7213                 }
7214
7215                 /*
7216                  * Set the kswapd watermarks distance according to the
7217                  * scale factor in proportion to available memory, but
7218                  * ensure a minimum size on small systems.
7219                  */
7220                 tmp = max_t(u64, tmp >> 2,
7221                             mult_frac(zone->managed_pages,
7222                                       watermark_scale_factor, 10000));
7223
7224                 zone->watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + tmp;
7225                 zone->watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) + tmp * 2;
7226
7227                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7228         }
7229
7230         /* update totalreserve_pages */
7231         calculate_totalreserve_pages();
7232 }
7233
7234 /**
7235  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
7236  * or when memory is hot-{added|removed}
7237  *
7238  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
7239  * correctly with respect to min_free_kbytes.
7240  */
7241 void setup_per_zone_wmarks(void)
7242 {
7243         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
7244
7245         spin_lock(&lock);
7246         __setup_per_zone_wmarks();
7247         spin_unlock(&lock);
7248 }
7249
7250 /*
7251  * Initialise min_free_kbytes.
7252  *
7253  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
7254  * we want it large (64MB max).  But it is not linear, because network
7255  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
7256  *
7257  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
7258  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
7259  *
7260  * which yields
7261  *
7262  * 16MB:        512k
7263  * 32MB:        724k
7264  * 64MB:        1024k
7265  * 128MB:       1448k
7266  * 256MB:       2048k
7267  * 512MB:       2896k
7268  * 1024MB:      4096k
7269  * 2048MB:      5792k
7270  * 4096MB:      8192k
7271  * 8192MB:      11584k
7272  * 16384MB:     16384k
7273  */
7274 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
7275 {
7276         unsigned long lowmem_kbytes;
7277         int new_min_free_kbytes;
7278
7279         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
7280         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
7281
7282         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes) {
7283                 min_free_kbytes = new_min_free_kbytes;
7284                 if (min_free_kbytes < 128)
7285                         min_free_kbytes = 128;
7286                 if (min_free_kbytes > 65536)
7287                         min_free_kbytes = 65536;
7288         } else {
7289                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
7290                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
7291         }
7292         setup_per_zone_wmarks();
7293         refresh_zone_stat_thresholds();
7294         setup_per_zone_lowmem_reserve();
7295
7296 #ifdef CONFIG_NUMA
7297         setup_min_unmapped_ratio();
7298         setup_min_slab_ratio();
7299 #endif
7300
7301         return 0;
7302 }
7303 core_initcall(init_per_zone_wmark_min)
7304
7305 /*
7306  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
7307  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
7308  *      changes.
7309  */
7310 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7311         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7312 {
7313         int rc;
7314
7315         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7316         if (rc)
7317                 return rc;
7318
7319         if (write) {
7320                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
7321                 setup_per_zone_wmarks();
7322         }
7323         return 0;
7324 }
7325
7326 int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7327         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7328 {
7329         int rc;
7330
7331         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7332         if (rc)
7333                 return rc;
7334
7335         if (write)
7336                 setup_per_zone_wmarks();
7337
7338         return 0;
7339 }
7340
7341 #ifdef CONFIG_NUMA
7342 static void setup_min_unmapped_ratio(void)
7343 {
7344         pg_data_t *pgdat;
7345         struct zone *zone;
7346
7347         for_each_online_pgdat(pgdat)
7348                 pgdat->min_unmapped_pages = 0;
7349
7350         for_each_zone(zone)
7351                 zone->zone_pgdat->min_unmapped_pages += (zone->managed_pages *
7352                                 sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
7353 }
7354
7355
7356 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7357         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7358 {
7359         int rc;
7360
7361         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7362         if (rc)
7363                 return rc;
7364
7365         setup_min_unmapped_ratio();
7366
7367         return 0;
7368 }
7369
7370 static void setup_min_slab_ratio(void)
7371 {
7372         pg_data_t *pgdat;
7373         struct zone *zone;
7374
7375         for_each_online_pgdat(pgdat)
7376                 pgdat->min_slab_pages = 0;
7377
7378         for_each_zone(zone)
7379                 zone->zone_pgdat->min_slab_pages += (zone->managed_pages *
7380                                 sysctl_min_slab_ratio) / 100;
7381 }
7382
7383 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7384         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7385 {
7386         int rc;
7387
7388         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7389         if (rc)
7390                 return rc;
7391
7392         setup_min_slab_ratio();
7393
7394         return 0;
7395 }
7396 #endif
7397
7398 /*
7399  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
7400  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
7401  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
7402  *
7403  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
7404  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
7405  * if in function of the boot time zone sizes.
7406  */
7407 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7408         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7409 {
7410         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7411         setup_per_zone_lowmem_reserve();
7412         return 0;
7413 }
7414
7415 /*
7416  * percpu_pagelist_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
7417  * cpu.  It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
7418  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
7419  */
7420 int percpu_pagelist_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7421         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7422 {
7423         struct zone *zone;
7424         int old_percpu_pagelist_fraction;
7425         int ret;
7426
7427         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
7428         old_percpu_pagelist_fraction = percpu_pagelist_fraction;
7429
7430         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7431         if (!write || ret < 0)
7432                 goto out;
7433
7434         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
7435         if (percpu_pagelist_fraction &&
7436             percpu_pagelist_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION) {
7437                 percpu_pagelist_fraction = old_percpu_pagelist_fraction;
7438                 ret = -EINVAL;
7439                 goto out;
7440         }
7441
7442         /* No change? */
7443         if (percpu_pagelist_fraction == old_percpu_pagelist_fraction)
7444                 goto out;
7445
7446         for_each_populated_zone(zone) {
7447                 unsigned int cpu;
7448
7449                 for_each_possible_cpu(cpu)
7450                         pageset_set_high_and_batch(zone,
7451                                         per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
7452         }
7453 out:
7454         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
7455         return ret;
7456 }
7457
7458 #ifdef CONFIG_NUMA
7459 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
7460
7461 static int __init set_hashdist(char *str)
7462 {
7463         if (!str)
7464                 return 0;
7465         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
7466         return 1;
7467 }
7468 __setup("hashdist=", set_hashdist);
7469 #endif
7470
7471 #ifndef __HAVE_ARCH_RESERVED_KERNEL_PAGES
7472 /*
7473  * Returns the number of pages that arch has reserved but
7474  * is not known to alloc_large_system_hash().
7475  */
7476 static unsigned long __init arch_reserved_kernel_pages(void)
7477 {
7478         return 0;
7479 }
7480 #endif
7481
7482 /*
7483  * Adaptive scale is meant to reduce sizes of hash tables on large memory
7484  * machines. As memory size is increased the scale is also increased but at
7485  * slower pace.  Starting from ADAPT_SCALE_BASE (64G), every time memory
7486  * quadruples the scale is increased by one, which means the size of hash table
7487  * only doubles, instead of quadrupling as well.
7488  * Because 32-bit systems cannot have large physical memory, where this scaling
7489  * makes sense, it is disabled on such platforms.
7490  */
7491 #if __BITS_PER_LONG > 32
7492 #define ADAPT_SCALE_BASE        (64ul << 30)
7493 #define ADAPT_SCALE_SHIFT       2
7494 #define ADAPT_SCALE_NPAGES      (ADAPT_SCALE_BASE >> PAGE_SHIFT)
7495 #endif
7496
7497 /*
7498  * allocate a large system hash table from bootmem
7499  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
7500  *   quantity of entries
7501  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
7502  */
7503 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
7504                                      unsigned long bucketsize,
7505                                      unsigned long numentries,
7506                                      int scale,
7507                                      int flags,
7508                                      unsigned int *_hash_shift,
7509                                      unsigned int *_hash_mask,
7510                                      unsigned long low_limit,
7511                                      unsigned long high_limit)
7512 {
7513         unsigned long long max = high_limit;
7514         unsigned long log2qty, size;
7515         void *table = NULL;
7516         gfp_t gfp_flags;
7517
7518         /* allow the kernel cmdline to have a say */
7519         if (!numentries) {
7520                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
7521                 numentries = nr_kernel_pages;
7522                 numentries -= arch_reserved_kernel_pages();
7523
7524                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
7525                 if (PAGE_SHIFT < 20)
7526                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
7527
7528 #if __BITS_PER_LONG > 32
7529                 if (!high_limit) {
7530                         unsigned long adapt;
7531
7532                         for (adapt = ADAPT_SCALE_NPAGES; adapt < numentries;
7533                              adapt <<= ADAPT_SCALE_SHIFT)
7534                                 scale++;
7535                 }
7536 #endif
7537
7538                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
7539                 if (scale > PAGE_SHIFT)
7540                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
7541                 else
7542                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
7543
7544                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
7545                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
7546                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
7547                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
7548                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
7549                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
7550                                 BUG_ON(!numentries);
7551                         }
7552                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
7553                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
7554         }
7555         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
7556
7557         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
7558         if (max == 0) {
7559                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
7560                 do_div(max, bucketsize);
7561         }
7562         max = min(max, 0x80000000ULL);
7563
7564         if (numentries < low_limit)
7565                 numentries = low_limit;
7566         if (numentries > max)
7567                 numentries = max;
7568
7569         log2qty = ilog2(numentries);
7570
7571         gfp_flags = (flags & HASH_ZERO) ? GFP_ATOMIC | __GFP_ZERO : GFP_ATOMIC;
7572         do {
7573                 size = bucketsize << log2qty;
7574                 if (flags & HASH_EARLY) {
7575                         if (flags & HASH_ZERO)
7576                                 table = memblock_virt_alloc_nopanic(size, 0);
7577                         else
7578                                 table = memblock_virt_alloc_raw(size, 0);
7579                 } else if (hashdist) {
7580                         table = __vmalloc(size, gfp_flags, PAGE_KERNEL);
7581                 } else {
7582                         /*
7583                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
7584                          * some pages at the end of hash table which
7585                          * alloc_pages_exact() automatically does
7586                          */
7587                         if (get_order(size) < MAX_ORDER) {
7588                                 table = alloc_pages_exact(size, gfp_flags);
7589                                 kmemleak_alloc(table, size, 1, gfp_flags);
7590                         }
7591                 }
7592         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
7593
7594         if (!table)
7595                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
7596
7597         pr_info("%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes)\n",
7598                 tablename, 1UL << log2qty, ilog2(size) - PAGE_SHIFT, size);
7599
7600         if (_hash_shift)
7601                 *_hash_shift = log2qty;
7602         if (_hash_mask)
7603                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
7604
7605         return table;
7606 }
7607
7608 /*
7609  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
7610  * If @count is not zero, it is okay to include less @count unmovable pages
7611  *
7612  * PageLRU check without isolation or lru_lock could race so that
7613  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. And __PageMovable
7614  * check without lock_page also may miss some movable non-lru pages at
7615  * race condition. So you can't expect this function should be exact.
7616  */
7617 bool has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page, int count,
7618                          int migratetype,
7619                          bool skip_hwpoisoned_pages)
7620 {
7621         unsigned long pfn, iter, found;
7622
7623         /*
7624          * For avoiding noise data, lru_add_drain_all() should be called
7625          * If ZONE_MOVABLE, the zone never contains unmovable pages
7626          */
7627         if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
7628                 return false;
7629
7630         /*
7631          * CMA allocations (alloc_contig_range) really need to mark isolate
7632          * CMA pageblocks even when they are not movable in fact so consider
7633          * them movable here.
7634          */
7635         if (is_migrate_cma(migratetype) &&
7636                         is_migrate_cma(get_pageblock_migratetype(page)))
7637                 return false;
7638
7639         pfn = page_to_pfn(page);
7640         for (found = 0, iter = 0; iter < pageblock_nr_pages; iter++) {
7641                 unsigned long check = pfn + iter;
7642
7643                 if (!pfn_valid_within(check))
7644                         continue;
7645
7646                 page = pfn_to_page(check);
7647
7648                 if (PageReserved(page))
7649                         return true;
7650
7651                 /*
7652                  * Hugepages are not in LRU lists, but they're movable.
7653                  * We need not scan over tail pages bacause we don't
7654                  * handle each tail page individually in migration.
7655                  */
7656                 if (PageHuge(page)) {
7657                         iter = round_up(iter + 1, 1<<compound_order(page)) - 1;
7658                         continue;
7659                 }
7660
7661                 /*
7662                  * We can't use page_count without pin a page
7663                  * because another CPU can free compound page.
7664                  * This check already skips compound tails of THP
7665                  * because their page->_refcount is zero at all time.
7666                  */
7667                 if (!page_ref_count(page)) {
7668                         if (PageBuddy(page))
7669                                 iter += (1 << page_order(page)) - 1;
7670                         continue;
7671                 }
7672
7673                 /*
7674                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
7675                  * page_count() is not 0.
7676                  */
7677                 if (skip_hwpoisoned_pages && PageHWPoison(page))
7678                         continue;
7679
7680                 if (__PageMovable(page))
7681                         continue;
7682
7683                 if (!PageLRU(page))
7684                         found++;
7685                 /*
7686                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check
7687                  * it.  But now, memory offline itself doesn't call
7688                  * shrink_node_slabs() and it still to be fixed.
7689                  */
7690                 /*
7691                  * If the page is not RAM, page_count()should be 0.
7692                  * we don't need more check. This is an _used_ not-movable page.
7693                  *
7694                  * The problematic thing here is PG_reserved pages. PG_reserved
7695                  * is set to both of a memory hole page and a _used_ kernel
7696                  * page at boot.
7697                  */
7698                 if (found > count)
7699                         return true;
7700         }
7701         return false;
7702 }
7703
7704 bool is_pageblock_removable_nolock(struct page *page)
7705 {
7706         struct zone *zone;
7707         unsigned long pfn;
7708
7709         /*
7710          * We have to be careful here because we are iterating over memory
7711          * sections which are not zone aware so we might end up outside of
7712          * the zone but still within the section.
7713          * We have to take care about the node as well. If the node is offline
7714          * its NODE_DATA will be NULL - see page_zone.
7715          */
7716         if (!node_online(page_to_nid(page)))
7717                 return false;
7718
7719         zone = page_zone(page);
7720         pfn = page_to_pfn(page);
7721         if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
7722                 return false;
7723
7724         return !has_unmovable_pages(zone, page, 0, MIGRATE_MOVABLE, true);
7725 }
7726
7727 #if (defined(CONFIG_MEMORY_ISOLATION) && defined(CONFIG_COMPACTION)) || defined(CONFIG_CMA)
7728
7729 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
7730 {
7731         return pfn & ~(max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
7732                              pageblock_nr_pages) - 1);
7733 }
7734
7735 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
7736 {
7737         return ALIGN(pfn, max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
7738                                 pageblock_nr_pages));
7739 }
7740
7741 /* [start, end) must belong to a single zone. */
7742 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
7743                                         unsigned long start, unsigned long end)
7744 {
7745         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
7746         unsigned long nr_reclaimed;
7747         unsigned long pfn = start;
7748         unsigned int tries = 0;
7749         int ret = 0;
7750
7751         migrate_prep();
7752
7753         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
7754                 if (fatal_signal_pending(current)) {
7755                         ret = -EINTR;
7756                         break;
7757                 }
7758
7759                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
7760                         cc->nr_migratepages = 0;
7761                         pfn = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
7762                         if (!pfn) {
7763                                 ret = -EINTR;
7764                                 break;
7765                         }
7766                         tries = 0;
7767                 } else if (++tries == 5) {
7768                         ret = ret < 0 ? ret : -EBUSY;
7769                         break;
7770                 }
7771
7772                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
7773                                                         &cc->migratepages);
7774                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
7775
7776                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migrate_target,
7777                                     NULL, 0, cc->mode, MR_CONTIG_RANGE);
7778         }
7779         if (ret < 0) {
7780                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
7781                 return ret;
7782         }
7783         return 0;
7784 }
7785
7786 /**
7787  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
7788  * @start:      start PFN to allocate
7789  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
7790  * @migratetype:        migratetype of the underlaying pageblocks (either
7791  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
7792  *                      in range must have the same migratetype and it must
7793  *                      be either of the two.
7794  * @gfp_mask:   GFP mask to use during compaction
7795  *
7796  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
7797  * aligned.  The PFN range must belong to a single zone.
7798  *
7799  * The first thing this routine does is attempt to MIGRATE_ISOLATE all
7800  * pageblocks in the range.  Once isolated, the pageblocks should not
7801  * be modified by others.
7802  *
7803  * Returns zero on success or negative error code.  On success all
7804  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
7805  * need to be freed with free_contig_range().
7806  */
7807 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
7808                        unsigned migratetype, gfp_t gfp_mask)
7809 {
7810         unsigned long outer_start, outer_end;
7811         unsigned int order;
7812         int ret = 0;
7813
7814         struct compact_control cc = {
7815                 .nr_migratepages = 0,
7816                 .order = -1,
7817                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
7818                 .mode = MIGRATE_SYNC,
7819                 .ignore_skip_hint = true,
7820                 .no_set_skip_hint = true,
7821                 .gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask),
7822         };
7823         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
7824
7825         /*
7826          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
7827          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
7828          * have different sizes, and due to the way page allocator
7829          * work, we align the range to biggest of the two pages so
7830          * that page allocator won't try to merge buddies from
7831          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
7832          * other migration type.
7833          *
7834          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
7835          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
7836          * we are interested in).  This will put all the pages in
7837          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
7838          *
7839          * When this is done, we take the pages in range from page
7840          * allocator removing them from the buddy system.  This way
7841          * page allocator will never consider using them.
7842          *
7843          * This lets us mark the pageblocks back as
7844          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
7845          * aligned range but not in the unaligned, original range are
7846          * put back to page allocator so that buddy can use them.
7847          */
7848
7849         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
7850                                        pfn_max_align_up(end), migratetype,
7851                                        false);
7852         if (ret)
7853                 return ret;
7854
7855         /*
7856          * In case of -EBUSY, we'd like to know which page causes problem.
7857          * So, just fall through. test_pages_isolated() has a tracepoint
7858          * which will report the busy page.
7859          *
7860          * It is possible that busy pages could become available before
7861          * the call to test_pages_isolated, and the range will actually be
7862          * allocated.  So, if we fall through be sure to clear ret so that
7863          * -EBUSY is not accidentally used or returned to caller.
7864          */
7865         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
7866         if (ret && ret != -EBUSY)
7867                 goto done;
7868         ret =0;
7869
7870         /*
7871          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
7872          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
7873          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
7874          * What we are going to do is to allocate all pages from
7875          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
7876          *
7877          * The only problem is that pages at the beginning and at the
7878          * end of interesting range may be not aligned with pages that
7879          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
7880          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
7881          * once this is done free the pages we are not interested in.
7882          *
7883          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
7884          * isolated thus they won't get removed from buddy.
7885          */
7886
7887         lru_add_drain_all();
7888         drain_all_pages(cc.zone);
7889
7890         order = 0;
7891         outer_start = start;
7892         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
7893                 if (++order >= MAX_ORDER) {
7894                         outer_start = start;
7895                         break;
7896                 }
7897                 outer_start &= ~0UL << order;
7898         }
7899
7900         if (outer_start != start) {
7901                 order = page_order(pfn_to_page(outer_start));
7902
7903                 /*
7904                  * outer_start page could be small order buddy page and
7905                  * it doesn't include start page. Adjust outer_start
7906                  * in this case to report failed page properly
7907                  * on tracepoint in test_pages_isolated()
7908                  */
7909                 if (outer_start + (1UL << order) <= start)
7910                         outer_start = start;
7911         }
7912
7913         /* Make sure the range is really isolated. */
7914         if (test_pages_isolated(outer_start, end, false)) {
7915                 pr_info_ratelimited("%s: [%lx, %lx) PFNs busy\n",
7916                         __func__, outer_start, end);
7917                 ret = -EBUSY;
7918                 goto done;
7919         }
7920
7921         /* Grab isolated pages from freelists. */
7922         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
7923         if (!outer_end) {
7924                 ret = -EBUSY;
7925                 goto done;
7926         }
7927
7928         /* Free head and tail (if any) */
7929         if (start != outer_start)
7930                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
7931         if (end != outer_end)
7932                 free_contig_range(end, outer_end - end);
7933
7934 done:
7935         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
7936                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
7937         return ret;
7938 }
7939
7940 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned nr_pages)
7941 {
7942         unsigned int count = 0;
7943
7944         for (; nr_pages--; pfn++) {
7945                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
7946
7947                 count += page_count(page) != 1;
7948                 __free_page(page);
7949         }
7950         WARN(count != 0, "%d pages are still in use!\n", count);
7951 }
7952 #endif
7953
7954 #if defined CONFIG_MEMORY_HOTPLUG || defined CONFIG_CMA
7955 /*
7956  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
7957  * page high values need to be recalulated.
7958  */
7959 void __meminit zone_pcp_update(struct zone *zone)
7960 {
7961         unsigned cpu;
7962         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
7963         for_each_possible_cpu(cpu)
7964                 pageset_set_high_and_batch(zone,
7965                                 per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
7966         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
7967 }
7968 #endif
7969
7970 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
7971 {
7972         unsigned long flags;
7973         int cpu;
7974         struct per_cpu_pageset *pset;
7975
7976         /* avoid races with drain_pages()  */
7977         local_irq_save(flags);
7978         if (zone->pageset != &boot_pageset) {
7979                 for_each_online_cpu(cpu) {
7980                         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
7981                         drain_zonestat(zone, pset);
7982                 }
7983                 free_percpu(zone->pageset);
7984                 zone->pageset = &boot_pageset;
7985         }
7986         local_irq_restore(flags);
7987 }
7988
7989 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
7990 /*
7991  * All pages in the range must be in a single zone and isolated
7992  * before calling this.
7993  */
7994 void
7995 __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
7996 {
7997         struct page *page;
7998         struct zone *zone;
7999         unsigned int order, i;
8000         unsigned long pfn;
8001         unsigned long flags;
8002         /* find the first valid pfn */
8003         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++)
8004                 if (pfn_valid(pfn))
8005                         break;
8006         if (pfn == end_pfn)
8007                 return;
8008         offline_mem_sections(pfn, end_pfn);
8009         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
8010         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8011         pfn = start_pfn;
8012         while (pfn < end_pfn) {
8013                 if (!pfn_valid(pfn)) {
8014                         pfn++;
8015                         continue;
8016                 }
8017                 page = pfn_to_page(pfn);
8018                 /*
8019                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
8020                  * page_count() is not 0.
8021                  */
8022                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
8023                         pfn++;
8024                         SetPageReserved(page);
8025                         continue;
8026                 }
8027
8028                 BUG_ON(page_count(page));
8029                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
8030                 order = page_order(page);
8031 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
8032                 pr_info("remove from free list %lx %d %lx\n",
8033                         pfn, 1 << order, end_pfn);
8034 #endif
8035                 list_del(&page->lru);
8036                 rmv_page_order(page);
8037                 zone->free_area[order].nr_free--;
8038                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
8039                         SetPageReserved((page+i));
8040                 pfn += (1 << order);
8041         }
8042         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8043 }
8044 #endif
8045
8046 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
8047 {
8048         struct zone *zone = page_zone(page);
8049         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8050         unsigned long flags;
8051         unsigned int order;
8052
8053         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8054         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
8055                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
8056
8057                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order)
8058                         break;
8059         }
8060         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8061
8062         return order < MAX_ORDER;
8063 }