Merge tag 'mips_4.21' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/mips/linux
[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/memblock.h>
24 #include <linux/compiler.h>
25 #include <linux/kernel.h>
26 #include <linux/kasan.h>
27 #include <linux/module.h>
28 #include <linux/suspend.h>
29 #include <linux/pagevec.h>
30 #include <linux/blkdev.h>
31 #include <linux/slab.h>
32 #include <linux/ratelimit.h>
33 #include <linux/oom.h>
34 #include <linux/topology.h>
35 #include <linux/sysctl.h>
36 #include <linux/cpu.h>
37 #include <linux/cpuset.h>
38 #include <linux/memory_hotplug.h>
39 #include <linux/nodemask.h>
40 #include <linux/vmalloc.h>
41 #include <linux/vmstat.h>
42 #include <linux/mempolicy.h>
43 #include <linux/memremap.h>
44 #include <linux/stop_machine.h>
45 #include <linux/sort.h>
46 #include <linux/pfn.h>
47 #include <linux/backing-dev.h>
48 #include <linux/fault-inject.h>
49 #include <linux/page-isolation.h>
50 #include <linux/page_ext.h>
51 #include <linux/debugobjects.h>
52 #include <linux/kmemleak.h>
53 #include <linux/compaction.h>
54 #include <trace/events/kmem.h>
55 #include <trace/events/oom.h>
56 #include <linux/prefetch.h>
57 #include <linux/mm_inline.h>
58 #include <linux/migrate.h>
59 #include <linux/hugetlb.h>
60 #include <linux/sched/rt.h>
61 #include <linux/sched/mm.h>
62 #include <linux/page_owner.h>
63 #include <linux/kthread.h>
64 #include <linux/memcontrol.h>
65 #include <linux/ftrace.h>
66 #include <linux/lockdep.h>
67 #include <linux/nmi.h>
68 #include <linux/psi.h>
69
70 #include <asm/sections.h>
71 #include <asm/tlbflush.h>
72 #include <asm/div64.h>
73 #include "internal.h"
74
75 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
76 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
77 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION    (8)
78
79 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
80 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
81 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
82 #endif
83
84 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(vm_numa_stat_key);
85
86 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
87 /*
88  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
89  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
90  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
91  * defined in <linux/topology.h>.
92  */
93 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
94 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
95 int _node_numa_mem_[MAX_NUMNODES];
96 #endif
97
98 /* work_structs for global per-cpu drains */
99 DEFINE_MUTEX(pcpu_drain_mutex);
100 DEFINE_PER_CPU(struct work_struct, pcpu_drain);
101
102 #ifdef CONFIG_GCC_PLUGIN_LATENT_ENTROPY
103 volatile unsigned long latent_entropy __latent_entropy;
104 EXPORT_SYMBOL(latent_entropy);
105 #endif
106
107 /*
108  * Array of node states.
109  */
110 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
111         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
112         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
113 #ifndef CONFIG_NUMA
114         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
115 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
116         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
117 #endif
118         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
119         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
120 #endif  /* NUMA */
121 };
122 EXPORT_SYMBOL(node_states);
123
124 /* Protect totalram_pages and zone->managed_pages */
125 static DEFINE_SPINLOCK(managed_page_count_lock);
126
127 unsigned long totalram_pages __read_mostly;
128 unsigned long totalreserve_pages __read_mostly;
129 unsigned long totalcma_pages __read_mostly;
130
131 int percpu_pagelist_fraction;
132 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
133
134 /*
135  * A cached value of the page's pageblock's migratetype, used when the page is
136  * put on a pcplist. Used to avoid the pageblock migratetype lookup when
137  * freeing from pcplists in most cases, at the cost of possibly becoming stale.
138  * Also the migratetype set in the page does not necessarily match the pcplist
139  * index, e.g. page might have MIGRATE_CMA set but be on a pcplist with any
140  * other index - this ensures that it will be put on the correct CMA freelist.
141  */
142 static inline int get_pcppage_migratetype(struct page *page)
143 {
144         return page->index;
145 }
146
147 static inline void set_pcppage_migratetype(struct page *page, int migratetype)
148 {
149         page->index = migratetype;
150 }
151
152 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
153 /*
154  * The following functions are used by the suspend/hibernate code to temporarily
155  * change gfp_allowed_mask in order to avoid using I/O during memory allocations
156  * while devices are suspended.  To avoid races with the suspend/hibernate code,
157  * they should always be called with system_transition_mutex held
158  * (gfp_allowed_mask also should only be modified with system_transition_mutex
159  * held, unless the suspend/hibernate code is guaranteed not to run in parallel
160  * with that modification).
161  */
162
163 static gfp_t saved_gfp_mask;
164
165 void pm_restore_gfp_mask(void)
166 {
167         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
168         if (saved_gfp_mask) {
169                 gfp_allowed_mask = saved_gfp_mask;
170                 saved_gfp_mask = 0;
171         }
172 }
173
174 void pm_restrict_gfp_mask(void)
175 {
176         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
177         WARN_ON(saved_gfp_mask);
178         saved_gfp_mask = gfp_allowed_mask;
179         gfp_allowed_mask &= ~(__GFP_IO | __GFP_FS);
180 }
181
182 bool pm_suspended_storage(void)
183 {
184         if ((gfp_allowed_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
185                 return false;
186         return true;
187 }
188 #endif /* CONFIG_PM_SLEEP */
189
190 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
191 unsigned int pageblock_order __read_mostly;
192 #endif
193
194 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order);
195
196 /*
197  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
198  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
199  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
200  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
201  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
202  *      HIGHMEM allocation will leave (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
203  *
204  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
205  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
206  */
207 int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES] = {
208 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
209         [ZONE_DMA] = 256,
210 #endif
211 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
212         [ZONE_DMA32] = 256,
213 #endif
214         [ZONE_NORMAL] = 32,
215 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
216         [ZONE_HIGHMEM] = 0,
217 #endif
218         [ZONE_MOVABLE] = 0,
219 };
220
221 EXPORT_SYMBOL(totalram_pages);
222
223 static char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
224 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
225          "DMA",
226 #endif
227 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
228          "DMA32",
229 #endif
230          "Normal",
231 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
232          "HighMem",
233 #endif
234          "Movable",
235 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
236          "Device",
237 #endif
238 };
239
240 char * const migratetype_names[MIGRATE_TYPES] = {
241         "Unmovable",
242         "Movable",
243         "Reclaimable",
244         "HighAtomic",
245 #ifdef CONFIG_CMA
246         "CMA",
247 #endif
248 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
249         "Isolate",
250 #endif
251 };
252
253 compound_page_dtor * const compound_page_dtors[] = {
254         NULL,
255         free_compound_page,
256 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
257         free_huge_page,
258 #endif
259 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
260         free_transhuge_page,
261 #endif
262 };
263
264 int min_free_kbytes = 1024;
265 int user_min_free_kbytes = -1;
266 int watermark_scale_factor = 10;
267
268 static unsigned long nr_kernel_pages __meminitdata;
269 static unsigned long nr_all_pages __meminitdata;
270 static unsigned long dma_reserve __meminitdata;
271
272 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
273 static unsigned long arch_zone_lowest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __meminitdata;
274 static unsigned long arch_zone_highest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __meminitdata;
275 static unsigned long required_kernelcore __initdata;
276 static unsigned long required_kernelcore_percent __initdata;
277 static unsigned long required_movablecore __initdata;
278 static unsigned long required_movablecore_percent __initdata;
279 static unsigned long zone_movable_pfn[MAX_NUMNODES] __meminitdata;
280 static bool mirrored_kernelcore __meminitdata;
281
282 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
283 int movable_zone;
284 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
285 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
286
287 #if MAX_NUMNODES > 1
288 int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
289 int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
290 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
291 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
292 #endif
293
294 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
295
296 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
297 /* Returns true if the struct page for the pfn is uninitialised */
298 static inline bool __meminit early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
299 {
300         int nid = early_pfn_to_nid(pfn);
301
302         if (node_online(nid) && pfn >= NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn)
303                 return true;
304
305         return false;
306 }
307
308 /*
309  * Returns true when the remaining initialisation should be deferred until
310  * later in the boot cycle when it can be parallelised.
311  */
312 static bool __meminit
313 defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
314 {
315         static unsigned long prev_end_pfn, nr_initialised;
316
317         /*
318          * prev_end_pfn static that contains the end of previous zone
319          * No need to protect because called very early in boot before smp_init.
320          */
321         if (prev_end_pfn != end_pfn) {
322                 prev_end_pfn = end_pfn;
323                 nr_initialised = 0;
324         }
325
326         /* Always populate low zones for address-constrained allocations */
327         if (end_pfn < pgdat_end_pfn(NODE_DATA(nid)))
328                 return false;
329         nr_initialised++;
330         if ((nr_initialised > NODE_DATA(nid)->static_init_pgcnt) &&
331             (pfn & (PAGES_PER_SECTION - 1)) == 0) {
332                 NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn = pfn;
333                 return true;
334         }
335         return false;
336 }
337 #else
338 static inline bool early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
339 {
340         return false;
341 }
342
343 static inline bool defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
344 {
345         return false;
346 }
347 #endif
348
349 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
350 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(struct page *page,
351                                                         unsigned long pfn)
352 {
353 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
354         return __pfn_to_section(pfn)->pageblock_flags;
355 #else
356         return page_zone(page)->pageblock_flags;
357 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
358 }
359
360 static inline int pfn_to_bitidx(struct page *page, unsigned long pfn)
361 {
362 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
363         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
364         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
365 #else
366         pfn = pfn - round_down(page_zone(page)->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
367         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
368 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
369 }
370
371 /**
372  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
373  * @page: The page within the block of interest
374  * @pfn: The target page frame number
375  * @end_bitidx: The last bit of interest to retrieve
376  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
377  *
378  * Return: pageblock_bits flags
379  */
380 static __always_inline unsigned long __get_pfnblock_flags_mask(struct page *page,
381                                         unsigned long pfn,
382                                         unsigned long end_bitidx,
383                                         unsigned long mask)
384 {
385         unsigned long *bitmap;
386         unsigned long bitidx, word_bitidx;
387         unsigned long word;
388
389         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
390         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
391         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
392         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
393
394         word = bitmap[word_bitidx];
395         bitidx += end_bitidx;
396         return (word >> (BITS_PER_LONG - bitidx - 1)) & mask;
397 }
398
399 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long pfn,
400                                         unsigned long end_bitidx,
401                                         unsigned long mask)
402 {
403         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, end_bitidx, mask);
404 }
405
406 static __always_inline int get_pfnblock_migratetype(struct page *page, unsigned long pfn)
407 {
408         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, PB_migrate_end, MIGRATETYPE_MASK);
409 }
410
411 /**
412  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
413  * @page: The page within the block of interest
414  * @flags: The flags to set
415  * @pfn: The target page frame number
416  * @end_bitidx: The last bit of interest
417  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
418  */
419 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
420                                         unsigned long pfn,
421                                         unsigned long end_bitidx,
422                                         unsigned long mask)
423 {
424         unsigned long *bitmap;
425         unsigned long bitidx, word_bitidx;
426         unsigned long old_word, word;
427
428         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
429
430         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
431         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
432         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
433         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
434
435         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(page_zone(page), pfn), page);
436
437         bitidx += end_bitidx;
438         mask <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
439         flags <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
440
441         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
442         for (;;) {
443                 old_word = cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], word, (word & ~mask) | flags);
444                 if (word == old_word)
445                         break;
446                 word = old_word;
447         }
448 }
449
450 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
451 {
452         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
453                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
454                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
455
456         set_pageblock_flags_group(page, (unsigned long)migratetype,
457                                         PB_migrate, PB_migrate_end);
458 }
459
460 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
461 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
462 {
463         int ret = 0;
464         unsigned seq;
465         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
466         unsigned long sp, start_pfn;
467
468         do {
469                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
470                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
471                 sp = zone->spanned_pages;
472                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
473                         ret = 1;
474         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
475
476         if (ret)
477                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
478                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
479                         start_pfn, start_pfn + sp);
480
481         return ret;
482 }
483
484 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
485 {
486         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page)))
487                 return 0;
488         if (zone != page_zone(page))
489                 return 0;
490
491         return 1;
492 }
493 /*
494  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
495  */
496 static int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
497 {
498         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
499                 return 1;
500         if (!page_is_consistent(zone, page))
501                 return 1;
502
503         return 0;
504 }
505 #else
506 static inline int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
507 {
508         return 0;
509 }
510 #endif
511
512 static void bad_page(struct page *page, const char *reason,
513                 unsigned long bad_flags)
514 {
515         static unsigned long resume;
516         static unsigned long nr_shown;
517         static unsigned long nr_unshown;
518
519         /*
520          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
521          * or allow a steady drip of one report per second.
522          */
523         if (nr_shown == 60) {
524                 if (time_before(jiffies, resume)) {
525                         nr_unshown++;
526                         goto out;
527                 }
528                 if (nr_unshown) {
529                         pr_alert(
530                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
531                                 nr_unshown);
532                         nr_unshown = 0;
533                 }
534                 nr_shown = 0;
535         }
536         if (nr_shown++ == 0)
537                 resume = jiffies + 60 * HZ;
538
539         pr_alert("BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
540                 current->comm, page_to_pfn(page));
541         __dump_page(page, reason);
542         bad_flags &= page->flags;
543         if (bad_flags)
544                 pr_alert("bad because of flags: %#lx(%pGp)\n",
545                                                 bad_flags, &bad_flags);
546         dump_page_owner(page);
547
548         print_modules();
549         dump_stack();
550 out:
551         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
552         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
553         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
554 }
555
556 /*
557  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
558  *
559  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page" and have PG_head set.
560  *
561  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages". PageTail() is encoded
562  * in bit 0 of page->compound_head. The rest of bits is pointer to head page.
563  *
564  * The first tail page's ->compound_dtor holds the offset in array of compound
565  * page destructors. See compound_page_dtors.
566  *
567  * The first tail page's ->compound_order holds the order of allocation.
568  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
569  */
570
571 void free_compound_page(struct page *page)
572 {
573         __free_pages_ok(page, compound_order(page));
574 }
575
576 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned int order)
577 {
578         int i;
579         int nr_pages = 1 << order;
580
581         set_compound_page_dtor(page, COMPOUND_PAGE_DTOR);
582         set_compound_order(page, order);
583         __SetPageHead(page);
584         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
585                 struct page *p = page + i;
586                 set_page_count(p, 0);
587                 p->mapping = TAIL_MAPPING;
588                 set_compound_head(p, page);
589         }
590         atomic_set(compound_mapcount_ptr(page), -1);
591 }
592
593 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
594 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
595 bool _debug_pagealloc_enabled __read_mostly
596                         = IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC_ENABLE_DEFAULT);
597 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled);
598 bool _debug_guardpage_enabled __read_mostly;
599
600 static int __init early_debug_pagealloc(char *buf)
601 {
602         if (!buf)
603                 return -EINVAL;
604         return kstrtobool(buf, &_debug_pagealloc_enabled);
605 }
606 early_param("debug_pagealloc", early_debug_pagealloc);
607
608 static bool need_debug_guardpage(void)
609 {
610         /* If we don't use debug_pagealloc, we don't need guard page */
611         if (!debug_pagealloc_enabled())
612                 return false;
613
614         if (!debug_guardpage_minorder())
615                 return false;
616
617         return true;
618 }
619
620 static void init_debug_guardpage(void)
621 {
622         if (!debug_pagealloc_enabled())
623                 return;
624
625         if (!debug_guardpage_minorder())
626                 return;
627
628         _debug_guardpage_enabled = true;
629 }
630
631 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops = {
632         .need = need_debug_guardpage,
633         .init = init_debug_guardpage,
634 };
635
636 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
637 {
638         unsigned long res;
639
640         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
641                 pr_err("Bad debug_guardpage_minorder value\n");
642                 return 0;
643         }
644         _debug_guardpage_minorder = res;
645         pr_info("Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
646         return 0;
647 }
648 early_param("debug_guardpage_minorder", debug_guardpage_minorder_setup);
649
650 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
651                                 unsigned int order, int migratetype)
652 {
653         struct page_ext *page_ext;
654
655         if (!debug_guardpage_enabled())
656                 return false;
657
658         if (order >= debug_guardpage_minorder())
659                 return false;
660
661         page_ext = lookup_page_ext(page);
662         if (unlikely(!page_ext))
663                 return false;
664
665         __set_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
666
667         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
668         set_page_private(page, order);
669         /* Guard pages are not available for any usage */
670         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order), migratetype);
671
672         return true;
673 }
674
675 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
676                                 unsigned int order, int migratetype)
677 {
678         struct page_ext *page_ext;
679
680         if (!debug_guardpage_enabled())
681                 return;
682
683         page_ext = lookup_page_ext(page);
684         if (unlikely(!page_ext))
685                 return;
686
687         __clear_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
688
689         set_page_private(page, 0);
690         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
691                 __mod_zone_freepage_state(zone, (1 << order), migratetype);
692 }
693 #else
694 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops;
695 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
696                         unsigned int order, int migratetype) { return false; }
697 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
698                                 unsigned int order, int migratetype) {}
699 #endif
700
701 static inline void set_page_order(struct page *page, unsigned int order)
702 {
703         set_page_private(page, order);
704         __SetPageBuddy(page);
705 }
706
707 static inline void rmv_page_order(struct page *page)
708 {
709         __ClearPageBuddy(page);
710         set_page_private(page, 0);
711 }
712
713 /*
714  * This function checks whether a page is free && is the buddy
715  * we can coalesce a page and its buddy if
716  * (a) the buddy is not in a hole (check before calling!) &&
717  * (b) the buddy is in the buddy system &&
718  * (c) a page and its buddy have the same order &&
719  * (d) a page and its buddy are in the same zone.
720  *
721  * For recording whether a page is in the buddy system, we set PageBuddy.
722  * Setting, clearing, and testing PageBuddy is serialized by zone->lock.
723  *
724  * For recording page's order, we use page_private(page).
725  */
726 static inline int page_is_buddy(struct page *page, struct page *buddy,
727                                                         unsigned int order)
728 {
729         if (page_is_guard(buddy) && page_order(buddy) == order) {
730                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
731                         return 0;
732
733                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
734
735                 return 1;
736         }
737
738         if (PageBuddy(buddy) && page_order(buddy) == order) {
739                 /*
740                  * zone check is done late to avoid uselessly
741                  * calculating zone/node ids for pages that could
742                  * never merge.
743                  */
744                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
745                         return 0;
746
747                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
748
749                 return 1;
750         }
751         return 0;
752 }
753
754 /*
755  * Freeing function for a buddy system allocator.
756  *
757  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
758  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
759  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
760  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
761  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
762  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
763  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
764  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
765  * parts of the VM system.
766  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
767  * free pages of length of (1 << order) and marked with PageBuddy.
768  * Page's order is recorded in page_private(page) field.
769  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
770  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
771  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
772  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
773  * triggers coalescing into a block of larger size.
774  *
775  * -- nyc
776  */
777
778 static inline void __free_one_page(struct page *page,
779                 unsigned long pfn,
780                 struct zone *zone, unsigned int order,
781                 int migratetype)
782 {
783         unsigned long combined_pfn;
784         unsigned long uninitialized_var(buddy_pfn);
785         struct page *buddy;
786         unsigned int max_order;
787
788         max_order = min_t(unsigned int, MAX_ORDER, pageblock_order + 1);
789
790         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
791         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
792
793         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
794         if (likely(!is_migrate_isolate(migratetype)))
795                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
796
797         VM_BUG_ON_PAGE(pfn & ((1 << order) - 1), page);
798         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
799
800 continue_merging:
801         while (order < max_order - 1) {
802                 buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
803                 buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
804
805                 if (!pfn_valid_within(buddy_pfn))
806                         goto done_merging;
807                 if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
808                         goto done_merging;
809                 /*
810                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
811                  * merge with it and move up one order.
812                  */
813                 if (page_is_guard(buddy)) {
814                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
815                 } else {
816                         list_del(&buddy->lru);
817                         zone->free_area[order].nr_free--;
818                         rmv_page_order(buddy);
819                 }
820                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
821                 page = page + (combined_pfn - pfn);
822                 pfn = combined_pfn;
823                 order++;
824         }
825         if (max_order < MAX_ORDER) {
826                 /* If we are here, it means order is >= pageblock_order.
827                  * We want to prevent merge between freepages on isolate
828                  * pageblock and normal pageblock. Without this, pageblock
829                  * isolation could cause incorrect freepage or CMA accounting.
830                  *
831                  * We don't want to hit this code for the more frequent
832                  * low-order merging.
833                  */
834                 if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone))) {
835                         int buddy_mt;
836
837                         buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
838                         buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
839                         buddy_mt = get_pageblock_migratetype(buddy);
840
841                         if (migratetype != buddy_mt
842                                         && (is_migrate_isolate(migratetype) ||
843                                                 is_migrate_isolate(buddy_mt)))
844                                 goto done_merging;
845                 }
846                 max_order++;
847                 goto continue_merging;
848         }
849
850 done_merging:
851         set_page_order(page, order);
852
853         /*
854          * If this is not the largest possible page, check if the buddy
855          * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
856          * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
857          * that is happening, add the free page to the tail of the list
858          * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
859          * as a higher order page
860          */
861         if ((order < MAX_ORDER-2) && pfn_valid_within(buddy_pfn)) {
862                 struct page *higher_page, *higher_buddy;
863                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
864                 higher_page = page + (combined_pfn - pfn);
865                 buddy_pfn = __find_buddy_pfn(combined_pfn, order + 1);
866                 higher_buddy = higher_page + (buddy_pfn - combined_pfn);
867                 if (pfn_valid_within(buddy_pfn) &&
868                     page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1)) {
869                         list_add_tail(&page->lru,
870                                 &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
871                         goto out;
872                 }
873         }
874
875         list_add(&page->lru, &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
876 out:
877         zone->free_area[order].nr_free++;
878 }
879
880 /*
881  * A bad page could be due to a number of fields. Instead of multiple branches,
882  * try and check multiple fields with one check. The caller must do a detailed
883  * check if necessary.
884  */
885 static inline bool page_expected_state(struct page *page,
886                                         unsigned long check_flags)
887 {
888         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
889                 return false;
890
891         if (unlikely((unsigned long)page->mapping |
892                         page_ref_count(page) |
893 #ifdef CONFIG_MEMCG
894                         (unsigned long)page->mem_cgroup |
895 #endif
896                         (page->flags & check_flags)))
897                 return false;
898
899         return true;
900 }
901
902 static void free_pages_check_bad(struct page *page)
903 {
904         const char *bad_reason;
905         unsigned long bad_flags;
906
907         bad_reason = NULL;
908         bad_flags = 0;
909
910         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
911                 bad_reason = "nonzero mapcount";
912         if (unlikely(page->mapping != NULL))
913                 bad_reason = "non-NULL mapping";
914         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
915                 bad_reason = "nonzero _refcount";
916         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)) {
917                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
918                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE;
919         }
920 #ifdef CONFIG_MEMCG
921         if (unlikely(page->mem_cgroup))
922                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
923 #endif
924         bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
925 }
926
927 static inline int free_pages_check(struct page *page)
928 {
929         if (likely(page_expected_state(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)))
930                 return 0;
931
932         /* Something has gone sideways, find it */
933         free_pages_check_bad(page);
934         return 1;
935 }
936
937 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
938 {
939         int ret = 1;
940
941         /*
942          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
943          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
944          */
945         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
946
947         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM)) {
948                 ret = 0;
949                 goto out;
950         }
951         switch (page - head_page) {
952         case 1:
953                 /* the first tail page: ->mapping may be compound_mapcount() */
954                 if (unlikely(compound_mapcount(page))) {
955                         bad_page(page, "nonzero compound_mapcount", 0);
956                         goto out;
957                 }
958                 break;
959         case 2:
960                 /*
961                  * the second tail page: ->mapping is
962                  * deferred_list.next -- ignore value.
963                  */
964                 break;
965         default:
966                 if (page->mapping != TAIL_MAPPING) {
967                         bad_page(page, "corrupted mapping in tail page", 0);
968                         goto out;
969                 }
970                 break;
971         }
972         if (unlikely(!PageTail(page))) {
973                 bad_page(page, "PageTail not set", 0);
974                 goto out;
975         }
976         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
977                 bad_page(page, "compound_head not consistent", 0);
978                 goto out;
979         }
980         ret = 0;
981 out:
982         page->mapping = NULL;
983         clear_compound_head(page);
984         return ret;
985 }
986
987 static __always_inline bool free_pages_prepare(struct page *page,
988                                         unsigned int order, bool check_free)
989 {
990         int bad = 0;
991
992         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
993
994         trace_mm_page_free(page, order);
995
996         /*
997          * Check tail pages before head page information is cleared to
998          * avoid checking PageCompound for order-0 pages.
999          */
1000         if (unlikely(order)) {
1001                 bool compound = PageCompound(page);
1002                 int i;
1003
1004                 VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
1005
1006                 if (compound)
1007                         ClearPageDoubleMap(page);
1008                 for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1009                         if (compound)
1010                                 bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
1011                         if (unlikely(free_pages_check(page + i))) {
1012                                 bad++;
1013                                 continue;
1014                         }
1015                         (page + i)->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1016                 }
1017         }
1018         if (PageMappingFlags(page))
1019                 page->mapping = NULL;
1020         if (memcg_kmem_enabled() && PageKmemcg(page))
1021                 memcg_kmem_uncharge(page, order);
1022         if (check_free)
1023                 bad += free_pages_check(page);
1024         if (bad)
1025                 return false;
1026
1027         page_cpupid_reset_last(page);
1028         page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1029         reset_page_owner(page, order);
1030
1031         if (!PageHighMem(page)) {
1032                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1033                                            PAGE_SIZE << order);
1034                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1035                                            PAGE_SIZE << order);
1036         }
1037         arch_free_page(page, order);
1038         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 0);
1039         kernel_map_pages(page, 1 << order, 0);
1040         kasan_free_pages(page, order);
1041
1042         return true;
1043 }
1044
1045 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1046 static inline bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1047 {
1048         return free_pages_prepare(page, 0, true);
1049 }
1050
1051 static inline bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1052 {
1053         return false;
1054 }
1055 #else
1056 static bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1057 {
1058         return free_pages_prepare(page, 0, false);
1059 }
1060
1061 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1062 {
1063         return free_pages_check(page);
1064 }
1065 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1066
1067 static inline void prefetch_buddy(struct page *page)
1068 {
1069         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1070         unsigned long buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, 0);
1071         struct page *buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
1072
1073         prefetch(buddy);
1074 }
1075
1076 /*
1077  * Frees a number of pages from the PCP lists
1078  * Assumes all pages on list are in same zone, and of same order.
1079  * count is the number of pages to free.
1080  *
1081  * If the zone was previously in an "all pages pinned" state then look to
1082  * see if this freeing clears that state.
1083  *
1084  * And clear the zone's pages_scanned counter, to hold off the "all pages are
1085  * pinned" detection logic.
1086  */
1087 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
1088                                         struct per_cpu_pages *pcp)
1089 {
1090         int migratetype = 0;
1091         int batch_free = 0;
1092         int prefetch_nr = 0;
1093         bool isolated_pageblocks;
1094         struct page *page, *tmp;
1095         LIST_HEAD(head);
1096
1097         while (count) {
1098                 struct list_head *list;
1099
1100                 /*
1101                  * Remove pages from lists in a round-robin fashion. A
1102                  * batch_free count is maintained that is incremented when an
1103                  * empty list is encountered.  This is so more pages are freed
1104                  * off fuller lists instead of spinning excessively around empty
1105                  * lists
1106                  */
1107                 do {
1108                         batch_free++;
1109                         if (++migratetype == MIGRATE_PCPTYPES)
1110                                 migratetype = 0;
1111                         list = &pcp->lists[migratetype];
1112                 } while (list_empty(list));
1113
1114                 /* This is the only non-empty list. Free them all. */
1115                 if (batch_free == MIGRATE_PCPTYPES)
1116                         batch_free = count;
1117
1118                 do {
1119                         page = list_last_entry(list, struct page, lru);
1120                         /* must delete to avoid corrupting pcp list */
1121                         list_del(&page->lru);
1122                         pcp->count--;
1123
1124                         if (bulkfree_pcp_prepare(page))
1125                                 continue;
1126
1127                         list_add_tail(&page->lru, &head);
1128
1129                         /*
1130                          * We are going to put the page back to the global
1131                          * pool, prefetch its buddy to speed up later access
1132                          * under zone->lock. It is believed the overhead of
1133                          * an additional test and calculating buddy_pfn here
1134                          * can be offset by reduced memory latency later. To
1135                          * avoid excessive prefetching due to large count, only
1136                          * prefetch buddy for the first pcp->batch nr of pages.
1137                          */
1138                         if (prefetch_nr++ < pcp->batch)
1139                                 prefetch_buddy(page);
1140                 } while (--count && --batch_free && !list_empty(list));
1141         }
1142
1143         spin_lock(&zone->lock);
1144         isolated_pageblocks = has_isolate_pageblock(zone);
1145
1146         /*
1147          * Use safe version since after __free_one_page(),
1148          * page->lru.next will not point to original list.
1149          */
1150         list_for_each_entry_safe(page, tmp, &head, lru) {
1151                 int mt = get_pcppage_migratetype(page);
1152                 /* MIGRATE_ISOLATE page should not go to pcplists */
1153                 VM_BUG_ON_PAGE(is_migrate_isolate(mt), page);
1154                 /* Pageblock could have been isolated meanwhile */
1155                 if (unlikely(isolated_pageblocks))
1156                         mt = get_pageblock_migratetype(page);
1157
1158                 __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, 0, mt);
1159                 trace_mm_page_pcpu_drain(page, 0, mt);
1160         }
1161         spin_unlock(&zone->lock);
1162 }
1163
1164 static void free_one_page(struct zone *zone,
1165                                 struct page *page, unsigned long pfn,
1166                                 unsigned int order,
1167                                 int migratetype)
1168 {
1169         spin_lock(&zone->lock);
1170         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1171                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1172                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1173         }
1174         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype);
1175         spin_unlock(&zone->lock);
1176 }
1177
1178 static void __meminit __init_single_page(struct page *page, unsigned long pfn,
1179                                 unsigned long zone, int nid)
1180 {
1181         mm_zero_struct_page(page);
1182         set_page_links(page, zone, nid, pfn);
1183         init_page_count(page);
1184         page_mapcount_reset(page);
1185         page_cpupid_reset_last(page);
1186
1187         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1188 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
1189         /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
1190         if (!is_highmem_idx(zone))
1191                 set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
1192 #endif
1193 }
1194
1195 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1196 static void __meminit init_reserved_page(unsigned long pfn)
1197 {
1198         pg_data_t *pgdat;
1199         int nid, zid;
1200
1201         if (!early_page_uninitialised(pfn))
1202                 return;
1203
1204         nid = early_pfn_to_nid(pfn);
1205         pgdat = NODE_DATA(nid);
1206
1207         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1208                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zid];
1209
1210                 if (pfn >= zone->zone_start_pfn && pfn < zone_end_pfn(zone))
1211                         break;
1212         }
1213         __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zid, nid);
1214 }
1215 #else
1216 static inline void init_reserved_page(unsigned long pfn)
1217 {
1218 }
1219 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1220
1221 /*
1222  * Initialised pages do not have PageReserved set. This function is
1223  * called for each range allocated by the bootmem allocator and
1224  * marks the pages PageReserved. The remaining valid pages are later
1225  * sent to the buddy page allocator.
1226  */
1227 void __meminit reserve_bootmem_region(phys_addr_t start, phys_addr_t end)
1228 {
1229         unsigned long start_pfn = PFN_DOWN(start);
1230         unsigned long end_pfn = PFN_UP(end);
1231
1232         for (; start_pfn < end_pfn; start_pfn++) {
1233                 if (pfn_valid(start_pfn)) {
1234                         struct page *page = pfn_to_page(start_pfn);
1235
1236                         init_reserved_page(start_pfn);
1237
1238                         /* Avoid false-positive PageTail() */
1239                         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1240
1241                         /*
1242                          * no need for atomic set_bit because the struct
1243                          * page is not visible yet so nobody should
1244                          * access it yet.
1245                          */
1246                         __SetPageReserved(page);
1247                 }
1248         }
1249 }
1250
1251 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order)
1252 {
1253         unsigned long flags;
1254         int migratetype;
1255         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1256
1257         if (!free_pages_prepare(page, order, true))
1258                 return;
1259
1260         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1261         local_irq_save(flags);
1262         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1263         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype);
1264         local_irq_restore(flags);
1265 }
1266
1267 static void __init __free_pages_boot_core(struct page *page, unsigned int order)
1268 {
1269         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1270         struct page *p = page;
1271         unsigned int loop;
1272
1273         prefetchw(p);
1274         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1275                 prefetchw(p + 1);
1276                 __ClearPageReserved(p);
1277                 set_page_count(p, 0);
1278         }
1279         __ClearPageReserved(p);
1280         set_page_count(p, 0);
1281
1282         page_zone(page)->managed_pages += nr_pages;
1283         set_page_refcounted(page);
1284         __free_pages(page, order);
1285 }
1286
1287 #if defined(CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID) || \
1288         defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP)
1289
1290 static struct mminit_pfnnid_cache early_pfnnid_cache __meminitdata;
1291
1292 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
1293 {
1294         static DEFINE_SPINLOCK(early_pfn_lock);
1295         int nid;
1296
1297         spin_lock(&early_pfn_lock);
1298         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1299         if (nid < 0)
1300                 nid = first_online_node;
1301         spin_unlock(&early_pfn_lock);
1302
1303         return nid;
1304 }
1305 #endif
1306
1307 #ifdef CONFIG_NODES_SPAN_OTHER_NODES
1308 static inline bool __meminit __maybe_unused
1309 meminit_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node,
1310                    struct mminit_pfnnid_cache *state)
1311 {
1312         int nid;
1313
1314         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, state);
1315         if (nid >= 0 && nid != node)
1316                 return false;
1317         return true;
1318 }
1319
1320 /* Only safe to use early in boot when initialisation is single-threaded */
1321 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1322 {
1323         return meminit_pfn_in_nid(pfn, node, &early_pfnnid_cache);
1324 }
1325
1326 #else
1327
1328 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1329 {
1330         return true;
1331 }
1332 static inline bool __meminit  __maybe_unused
1333 meminit_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node,
1334                    struct mminit_pfnnid_cache *state)
1335 {
1336         return true;
1337 }
1338 #endif
1339
1340
1341 void __init memblock_free_pages(struct page *page, unsigned long pfn,
1342                                                         unsigned int order)
1343 {
1344         if (early_page_uninitialised(pfn))
1345                 return;
1346         return __free_pages_boot_core(page, order);
1347 }
1348
1349 /*
1350  * Check that the whole (or subset of) a pageblock given by the interval of
1351  * [start_pfn, end_pfn) is valid and within the same zone, before scanning it
1352  * with the migration of free compaction scanner. The scanners then need to
1353  * use only pfn_valid_within() check for arches that allow holes within
1354  * pageblocks.
1355  *
1356  * Return struct page pointer of start_pfn, or NULL if checks were not passed.
1357  *
1358  * It's possible on some configurations to have a setup like node0 node1 node0
1359  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of pages do not
1360  * belong to a single zone. We assume that a border between node0 and node1
1361  * can occur within a single pageblock, but not a node0 node1 node0
1362  * interleaving within a single pageblock. It is therefore sufficient to check
1363  * the first and last page of a pageblock and avoid checking each individual
1364  * page in a pageblock.
1365  */
1366 struct page *__pageblock_pfn_to_page(unsigned long start_pfn,
1367                                      unsigned long end_pfn, struct zone *zone)
1368 {
1369         struct page *start_page;
1370         struct page *end_page;
1371
1372         /* end_pfn is one past the range we are checking */
1373         end_pfn--;
1374
1375         if (!pfn_valid(start_pfn) || !pfn_valid(end_pfn))
1376                 return NULL;
1377
1378         start_page = pfn_to_online_page(start_pfn);
1379         if (!start_page)
1380                 return NULL;
1381
1382         if (page_zone(start_page) != zone)
1383                 return NULL;
1384
1385         end_page = pfn_to_page(end_pfn);
1386
1387         /* This gives a shorter code than deriving page_zone(end_page) */
1388         if (page_zone_id(start_page) != page_zone_id(end_page))
1389                 return NULL;
1390
1391         return start_page;
1392 }
1393
1394 void set_zone_contiguous(struct zone *zone)
1395 {
1396         unsigned long block_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
1397         unsigned long block_end_pfn;
1398
1399         block_end_pfn = ALIGN(block_start_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
1400         for (; block_start_pfn < zone_end_pfn(zone);
1401                         block_start_pfn = block_end_pfn,
1402                          block_end_pfn += pageblock_nr_pages) {
1403
1404                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, zone_end_pfn(zone));
1405
1406                 if (!__pageblock_pfn_to_page(block_start_pfn,
1407                                              block_end_pfn, zone))
1408                         return;
1409         }
1410
1411         /* We confirm that there is no hole */
1412         zone->contiguous = true;
1413 }
1414
1415 void clear_zone_contiguous(struct zone *zone)
1416 {
1417         zone->contiguous = false;
1418 }
1419
1420 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1421 static void __init deferred_free_range(unsigned long pfn,
1422                                        unsigned long nr_pages)
1423 {
1424         struct page *page;
1425         unsigned long i;
1426
1427         if (!nr_pages)
1428                 return;
1429
1430         page = pfn_to_page(pfn);
1431
1432         /* Free a large naturally-aligned chunk if possible */
1433         if (nr_pages == pageblock_nr_pages &&
1434             (pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0) {
1435                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1436                 __free_pages_boot_core(page, pageblock_order);
1437                 return;
1438         }
1439
1440         for (i = 0; i < nr_pages; i++, page++, pfn++) {
1441                 if ((pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0)
1442                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1443                 __free_pages_boot_core(page, 0);
1444         }
1445 }
1446
1447 /* Completion tracking for deferred_init_memmap() threads */
1448 static atomic_t pgdat_init_n_undone __initdata;
1449 static __initdata DECLARE_COMPLETION(pgdat_init_all_done_comp);
1450
1451 static inline void __init pgdat_init_report_one_done(void)
1452 {
1453         if (atomic_dec_and_test(&pgdat_init_n_undone))
1454                 complete(&pgdat_init_all_done_comp);
1455 }
1456
1457 /*
1458  * Returns true if page needs to be initialized or freed to buddy allocator.
1459  *
1460  * First we check if pfn is valid on architectures where it is possible to have
1461  * holes within pageblock_nr_pages. On systems where it is not possible, this
1462  * function is optimized out.
1463  *
1464  * Then, we check if a current large page is valid by only checking the validity
1465  * of the head pfn.
1466  *
1467  * Finally, meminit_pfn_in_nid is checked on systems where pfns can interleave
1468  * within a node: a pfn is between start and end of a node, but does not belong
1469  * to this memory node.
1470  */
1471 static inline bool __init
1472 deferred_pfn_valid(int nid, unsigned long pfn,
1473                    struct mminit_pfnnid_cache *nid_init_state)
1474 {
1475         if (!pfn_valid_within(pfn))
1476                 return false;
1477         if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) && !pfn_valid(pfn))
1478                 return false;
1479         if (!meminit_pfn_in_nid(pfn, nid, nid_init_state))
1480                 return false;
1481         return true;
1482 }
1483
1484 /*
1485  * Free pages to buddy allocator. Try to free aligned pages in
1486  * pageblock_nr_pages sizes.
1487  */
1488 static void __init deferred_free_pages(int nid, int zid, unsigned long pfn,
1489                                        unsigned long end_pfn)
1490 {
1491         struct mminit_pfnnid_cache nid_init_state = { };
1492         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1493         unsigned long nr_free = 0;
1494
1495         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1496                 if (!deferred_pfn_valid(nid, pfn, &nid_init_state)) {
1497                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1498                         nr_free = 0;
1499                 } else if (!(pfn & nr_pgmask)) {
1500                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1501                         nr_free = 1;
1502                         touch_nmi_watchdog();
1503                 } else {
1504                         nr_free++;
1505                 }
1506         }
1507         /* Free the last block of pages to allocator */
1508         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1509 }
1510
1511 /*
1512  * Initialize struct pages.  We minimize pfn page lookups and scheduler checks
1513  * by performing it only once every pageblock_nr_pages.
1514  * Return number of pages initialized.
1515  */
1516 static unsigned long  __init deferred_init_pages(int nid, int zid,
1517                                                  unsigned long pfn,
1518                                                  unsigned long end_pfn)
1519 {
1520         struct mminit_pfnnid_cache nid_init_state = { };
1521         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1522         unsigned long nr_pages = 0;
1523         struct page *page = NULL;
1524
1525         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1526                 if (!deferred_pfn_valid(nid, pfn, &nid_init_state)) {
1527                         page = NULL;
1528                         continue;
1529                 } else if (!page || !(pfn & nr_pgmask)) {
1530                         page = pfn_to_page(pfn);
1531                         touch_nmi_watchdog();
1532                 } else {
1533                         page++;
1534                 }
1535                 __init_single_page(page, pfn, zid, nid);
1536                 nr_pages++;
1537         }
1538         return (nr_pages);
1539 }
1540
1541 /* Initialise remaining memory on a node */
1542 static int __init deferred_init_memmap(void *data)
1543 {
1544         pg_data_t *pgdat = data;
1545         int nid = pgdat->node_id;
1546         unsigned long start = jiffies;
1547         unsigned long nr_pages = 0;
1548         unsigned long spfn, epfn, first_init_pfn, flags;
1549         phys_addr_t spa, epa;
1550         int zid;
1551         struct zone *zone;
1552         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
1553         u64 i;
1554
1555         /* Bind memory initialisation thread to a local node if possible */
1556         if (!cpumask_empty(cpumask))
1557                 set_cpus_allowed_ptr(current, cpumask);
1558
1559         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
1560         first_init_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1561         if (first_init_pfn == ULONG_MAX) {
1562                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1563                 pgdat_init_report_one_done();
1564                 return 0;
1565         }
1566
1567         /* Sanity check boundaries */
1568         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn < pgdat->node_start_pfn);
1569         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn > pgdat_end_pfn(pgdat));
1570         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
1571
1572         /* Only the highest zone is deferred so find it */
1573         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1574                 zone = pgdat->node_zones + zid;
1575                 if (first_init_pfn < zone_end_pfn(zone))
1576                         break;
1577         }
1578         first_init_pfn = max(zone->zone_start_pfn, first_init_pfn);
1579
1580         /*
1581          * Initialize and free pages. We do it in two loops: first we initialize
1582          * struct page, than free to buddy allocator, because while we are
1583          * freeing pages we can access pages that are ahead (computing buddy
1584          * page in __free_one_page()).
1585          */
1586         for_each_free_mem_range(i, nid, MEMBLOCK_NONE, &spa, &epa, NULL) {
1587                 spfn = max_t(unsigned long, first_init_pfn, PFN_UP(spa));
1588                 epfn = min_t(unsigned long, zone_end_pfn(zone), PFN_DOWN(epa));
1589                 nr_pages += deferred_init_pages(nid, zid, spfn, epfn);
1590         }
1591         for_each_free_mem_range(i, nid, MEMBLOCK_NONE, &spa, &epa, NULL) {
1592                 spfn = max_t(unsigned long, first_init_pfn, PFN_UP(spa));
1593                 epfn = min_t(unsigned long, zone_end_pfn(zone), PFN_DOWN(epa));
1594                 deferred_free_pages(nid, zid, spfn, epfn);
1595         }
1596         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1597
1598         /* Sanity check that the next zone really is unpopulated */
1599         WARN_ON(++zid < MAX_NR_ZONES && populated_zone(++zone));
1600
1601         pr_info("node %d initialised, %lu pages in %ums\n", nid, nr_pages,
1602                                         jiffies_to_msecs(jiffies - start));
1603
1604         pgdat_init_report_one_done();
1605         return 0;
1606 }
1607
1608 /*
1609  * During boot we initialize deferred pages on-demand, as needed, but once
1610  * page_alloc_init_late() has finished, the deferred pages are all initialized,
1611  * and we can permanently disable that path.
1612  */
1613 static DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(deferred_pages);
1614
1615 /*
1616  * If this zone has deferred pages, try to grow it by initializing enough
1617  * deferred pages to satisfy the allocation specified by order, rounded up to
1618  * the nearest PAGES_PER_SECTION boundary.  So we're adding memory in increments
1619  * of SECTION_SIZE bytes by initializing struct pages in increments of
1620  * PAGES_PER_SECTION * sizeof(struct page) bytes.
1621  *
1622  * Return true when zone was grown, otherwise return false. We return true even
1623  * when we grow less than requested, to let the caller decide if there are
1624  * enough pages to satisfy the allocation.
1625  *
1626  * Note: We use noinline because this function is needed only during boot, and
1627  * it is called from a __ref function _deferred_grow_zone. This way we are
1628  * making sure that it is not inlined into permanent text section.
1629  */
1630 static noinline bool __init
1631 deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
1632 {
1633         int zid = zone_idx(zone);
1634         int nid = zone_to_nid(zone);
1635         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
1636         unsigned long nr_pages_needed = ALIGN(1 << order, PAGES_PER_SECTION);
1637         unsigned long nr_pages = 0;
1638         unsigned long first_init_pfn, spfn, epfn, t, flags;
1639         unsigned long first_deferred_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1640         phys_addr_t spa, epa;
1641         u64 i;
1642
1643         /* Only the last zone may have deferred pages */
1644         if (zone_end_pfn(zone) != pgdat_end_pfn(pgdat))
1645                 return false;
1646
1647         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
1648
1649         /*
1650          * If deferred pages have been initialized while we were waiting for
1651          * the lock, return true, as the zone was grown.  The caller will retry
1652          * this zone.  We won't return to this function since the caller also
1653          * has this static branch.
1654          */
1655         if (!static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
1656                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1657                 return true;
1658         }
1659
1660         /*
1661          * If someone grew this zone while we were waiting for spinlock, return
1662          * true, as there might be enough pages already.
1663          */
1664         if (first_deferred_pfn != pgdat->first_deferred_pfn) {
1665                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1666                 return true;
1667         }
1668
1669         first_init_pfn = max(zone->zone_start_pfn, first_deferred_pfn);
1670
1671         if (first_init_pfn >= pgdat_end_pfn(pgdat)) {
1672                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1673                 return false;
1674         }
1675
1676         for_each_free_mem_range(i, nid, MEMBLOCK_NONE, &spa, &epa, NULL) {
1677                 spfn = max_t(unsigned long, first_init_pfn, PFN_UP(spa));
1678                 epfn = min_t(unsigned long, zone_end_pfn(zone), PFN_DOWN(epa));
1679
1680                 while (spfn < epfn && nr_pages < nr_pages_needed) {
1681                         t = ALIGN(spfn + PAGES_PER_SECTION, PAGES_PER_SECTION);
1682                         first_deferred_pfn = min(t, epfn);
1683                         nr_pages += deferred_init_pages(nid, zid, spfn,
1684                                                         first_deferred_pfn);
1685                         spfn = first_deferred_pfn;
1686                 }
1687
1688                 if (nr_pages >= nr_pages_needed)
1689                         break;
1690         }
1691
1692         for_each_free_mem_range(i, nid, MEMBLOCK_NONE, &spa, &epa, NULL) {
1693                 spfn = max_t(unsigned long, first_init_pfn, PFN_UP(spa));
1694                 epfn = min_t(unsigned long, first_deferred_pfn, PFN_DOWN(epa));
1695                 deferred_free_pages(nid, zid, spfn, epfn);
1696
1697                 if (first_deferred_pfn == epfn)
1698                         break;
1699         }
1700         pgdat->first_deferred_pfn = first_deferred_pfn;
1701         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1702
1703         return nr_pages > 0;
1704 }
1705
1706 /*
1707  * deferred_grow_zone() is __init, but it is called from
1708  * get_page_from_freelist() during early boot until deferred_pages permanently
1709  * disables this call. This is why we have refdata wrapper to avoid warning,
1710  * and to ensure that the function body gets unloaded.
1711  */
1712 static bool __ref
1713 _deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
1714 {
1715         return deferred_grow_zone(zone, order);
1716 }
1717
1718 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1719
1720 void __init page_alloc_init_late(void)
1721 {
1722         struct zone *zone;
1723
1724 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1725         int nid;
1726
1727         /* There will be num_node_state(N_MEMORY) threads */
1728         atomic_set(&pgdat_init_n_undone, num_node_state(N_MEMORY));
1729         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
1730                 kthread_run(deferred_init_memmap, NODE_DATA(nid), "pgdatinit%d", nid);
1731         }
1732
1733         /* Block until all are initialised */
1734         wait_for_completion(&pgdat_init_all_done_comp);
1735
1736         /*
1737          * We initialized the rest of the deferred pages.  Permanently disable
1738          * on-demand struct page initialization.
1739          */
1740         static_branch_disable(&deferred_pages);
1741
1742         /* Reinit limits that are based on free pages after the kernel is up */
1743         files_maxfiles_init();
1744 #endif
1745 #ifdef CONFIG_ARCH_DISCARD_MEMBLOCK
1746         /* Discard memblock private memory */
1747         memblock_discard();
1748 #endif
1749
1750         for_each_populated_zone(zone)
1751                 set_zone_contiguous(zone);
1752 }
1753
1754 #ifdef CONFIG_CMA
1755 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
1756 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
1757 {
1758         unsigned i = pageblock_nr_pages;
1759         struct page *p = page;
1760
1761         do {
1762                 __ClearPageReserved(p);
1763                 set_page_count(p, 0);
1764         } while (++p, --i);
1765
1766         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
1767
1768         if (pageblock_order >= MAX_ORDER) {
1769                 i = pageblock_nr_pages;
1770                 p = page;
1771                 do {
1772                         set_page_refcounted(p);
1773                         __free_pages(p, MAX_ORDER - 1);
1774                         p += MAX_ORDER_NR_PAGES;
1775                 } while (i -= MAX_ORDER_NR_PAGES);
1776         } else {
1777                 set_page_refcounted(page);
1778                 __free_pages(page, pageblock_order);
1779         }
1780
1781         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
1782 }
1783 #endif
1784
1785 /*
1786  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
1787  * Please do not alter this order without good reasons and regression
1788  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
1789  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
1790  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
1791  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
1792  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
1793  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
1794  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
1795  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
1796  *
1797  * -- nyc
1798  */
1799 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
1800         int low, int high, struct free_area *area,
1801         int migratetype)
1802 {
1803         unsigned long size = 1 << high;
1804
1805         while (high > low) {
1806                 area--;
1807                 high--;
1808                 size >>= 1;
1809                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
1810
1811                 /*
1812                  * Mark as guard pages (or page), that will allow to
1813                  * merge back to allocator when buddy will be freed.
1814                  * Corresponding page table entries will not be touched,
1815                  * pages will stay not present in virtual address space
1816                  */
1817                 if (set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype))
1818                         continue;
1819
1820                 list_add(&page[size].lru, &area->free_list[migratetype]);
1821                 area->nr_free++;
1822                 set_page_order(&page[size], high);
1823         }
1824 }
1825
1826 static void check_new_page_bad(struct page *page)
1827 {
1828         const char *bad_reason = NULL;
1829         unsigned long bad_flags = 0;
1830
1831         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1832                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1833         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1834                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1835         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
1836                 bad_reason = "nonzero _count";
1837         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
1838                 bad_reason = "HWPoisoned (hardware-corrupted)";
1839                 bad_flags = __PG_HWPOISON;
1840                 /* Don't complain about hwpoisoned pages */
1841                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
1842                 return;
1843         }
1844         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)) {
1845                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag set";
1846                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1847         }
1848 #ifdef CONFIG_MEMCG
1849         if (unlikely(page->mem_cgroup))
1850                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
1851 #endif
1852         bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
1853 }
1854
1855 /*
1856  * This page is about to be returned from the page allocator
1857  */
1858 static inline int check_new_page(struct page *page)
1859 {
1860         if (likely(page_expected_state(page,
1861                                 PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP|__PG_HWPOISON)))
1862                 return 0;
1863
1864         check_new_page_bad(page);
1865         return 1;
1866 }
1867
1868 static inline bool free_pages_prezeroed(void)
1869 {
1870         return IS_ENABLED(CONFIG_PAGE_POISONING_ZERO) &&
1871                 page_poisoning_enabled();
1872 }
1873
1874 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1875 static bool check_pcp_refill(struct page *page)
1876 {
1877         return false;
1878 }
1879
1880 static bool check_new_pcp(struct page *page)
1881 {
1882         return check_new_page(page);
1883 }
1884 #else
1885 static bool check_pcp_refill(struct page *page)
1886 {
1887         return check_new_page(page);
1888 }
1889 static bool check_new_pcp(struct page *page)
1890 {
1891         return false;
1892 }
1893 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1894
1895 static bool check_new_pages(struct page *page, unsigned int order)
1896 {
1897         int i;
1898         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
1899                 struct page *p = page + i;
1900
1901                 if (unlikely(check_new_page(p)))
1902                         return true;
1903         }
1904
1905         return false;
1906 }
1907
1908 inline void post_alloc_hook(struct page *page, unsigned int order,
1909                                 gfp_t gfp_flags)
1910 {
1911         set_page_private(page, 0);
1912         set_page_refcounted(page);
1913
1914         arch_alloc_page(page, order);
1915         kernel_map_pages(page, 1 << order, 1);
1916         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 1);
1917         kasan_alloc_pages(page, order);
1918         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
1919 }
1920
1921 static void prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
1922                                                         unsigned int alloc_flags)
1923 {
1924         int i;
1925
1926         post_alloc_hook(page, order, gfp_flags);
1927
1928         if (!free_pages_prezeroed() && (gfp_flags & __GFP_ZERO))
1929                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
1930                         clear_highpage(page + i);
1931
1932         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
1933                 prep_compound_page(page, order);
1934
1935         /*
1936          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
1937          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
1938          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
1939          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
1940          */
1941         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
1942                 set_page_pfmemalloc(page);
1943         else
1944                 clear_page_pfmemalloc(page);
1945 }
1946
1947 /*
1948  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
1949  * the smallest available page from the freelists
1950  */
1951 static __always_inline
1952 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
1953                                                 int migratetype)
1954 {
1955         unsigned int current_order;
1956         struct free_area *area;
1957         struct page *page;
1958
1959         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
1960         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
1961                 area = &(zone->free_area[current_order]);
1962                 page = list_first_entry_or_null(&area->free_list[migratetype],
1963                                                         struct page, lru);
1964                 if (!page)
1965                         continue;
1966                 list_del(&page->lru);
1967                 rmv_page_order(page);
1968                 area->nr_free--;
1969                 expand(zone, page, order, current_order, area, migratetype);
1970                 set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
1971                 return page;
1972         }
1973
1974         return NULL;
1975 }
1976
1977
1978 /*
1979  * This array describes the order lists are fallen back to when
1980  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
1981  */
1982 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][4] = {
1983         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
1984         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
1985         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_TYPES },
1986 #ifdef CONFIG_CMA
1987         [MIGRATE_CMA]         = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
1988 #endif
1989 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
1990         [MIGRATE_ISOLATE]     = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
1991 #endif
1992 };
1993
1994 #ifdef CONFIG_CMA
1995 static __always_inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1996                                         unsigned int order)
1997 {
1998         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
1999 }
2000 #else
2001 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2002                                         unsigned int order) { return NULL; }
2003 #endif
2004
2005 /*
2006  * Move the free pages in a range to the free lists of the requested type.
2007  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
2008  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
2009  */
2010 static int move_freepages(struct zone *zone,
2011                           struct page *start_page, struct page *end_page,
2012                           int migratetype, int *num_movable)
2013 {
2014         struct page *page;
2015         unsigned int order;
2016         int pages_moved = 0;
2017
2018 #ifndef CONFIG_HOLES_IN_ZONE
2019         /*
2020          * page_zone is not safe to call in this context when
2021          * CONFIG_HOLES_IN_ZONE is set. This bug check is probably redundant
2022          * anyway as we check zone boundaries in move_freepages_block().
2023          * Remove at a later date when no bug reports exist related to
2024          * grouping pages by mobility
2025          */
2026         VM_BUG_ON(pfn_valid(page_to_pfn(start_page)) &&
2027                   pfn_valid(page_to_pfn(end_page)) &&
2028                   page_zone(start_page) != page_zone(end_page));
2029 #endif
2030         for (page = start_page; page <= end_page;) {
2031                 if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page))) {
2032                         page++;
2033                         continue;
2034                 }
2035
2036                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
2037                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
2038
2039                 if (!PageBuddy(page)) {
2040                         /*
2041                          * We assume that pages that could be isolated for
2042                          * migration are movable. But we don't actually try
2043                          * isolating, as that would be expensive.
2044                          */
2045                         if (num_movable &&
2046                                         (PageLRU(page) || __PageMovable(page)))
2047                                 (*num_movable)++;
2048
2049                         page++;
2050                         continue;
2051                 }
2052
2053                 order = page_order(page);
2054                 list_move(&page->lru,
2055                           &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
2056                 page += 1 << order;
2057                 pages_moved += 1 << order;
2058         }
2059
2060         return pages_moved;
2061 }
2062
2063 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
2064                                 int migratetype, int *num_movable)
2065 {
2066         unsigned long start_pfn, end_pfn;
2067         struct page *start_page, *end_page;
2068
2069         if (num_movable)
2070                 *num_movable = 0;
2071
2072         start_pfn = page_to_pfn(page);
2073         start_pfn = start_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
2074         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
2075         end_page = start_page + pageblock_nr_pages - 1;
2076         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
2077
2078         /* Do not cross zone boundaries */
2079         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
2080                 start_page = page;
2081         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
2082                 return 0;
2083
2084         return move_freepages(zone, start_page, end_page, migratetype,
2085                                                                 num_movable);
2086 }
2087
2088 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
2089                                         int start_order, int migratetype)
2090 {
2091         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
2092
2093         while (nr_pageblocks--) {
2094                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
2095                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
2096         }
2097 }
2098
2099 /*
2100  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
2101  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
2102  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
2103  *
2104  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
2105  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
2106  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
2107  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
2108  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
2109  * pageblocks.
2110  */
2111 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
2112 {
2113         /*
2114          * Leaving this order check is intended, although there is
2115          * relaxed order check in next check. The reason is that
2116          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
2117          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
2118          * so could be changed anytime.
2119          */
2120         if (order >= pageblock_order)
2121                 return true;
2122
2123         if (order >= pageblock_order / 2 ||
2124                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
2125                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
2126                 page_group_by_mobility_disabled)
2127                 return true;
2128
2129         return false;
2130 }
2131
2132 /*
2133  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
2134  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
2135  * pageblock to our migratetype and determine how many already-allocated pages
2136  * are there in the pageblock with a compatible migratetype. If at least half
2137  * of pages are free or compatible, we can change migratetype of the pageblock
2138  * itself, so pages freed in the future will be put on the correct free list.
2139  */
2140 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
2141                                         int start_type, bool whole_block)
2142 {
2143         unsigned int current_order = page_order(page);
2144         struct free_area *area;
2145         int free_pages, movable_pages, alike_pages;
2146         int old_block_type;
2147
2148         old_block_type = get_pageblock_migratetype(page);
2149
2150         /*
2151          * This can happen due to races and we want to prevent broken
2152          * highatomic accounting.
2153          */
2154         if (is_migrate_highatomic(old_block_type))
2155                 goto single_page;
2156
2157         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
2158         if (current_order >= pageblock_order) {
2159                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
2160                 goto single_page;
2161         }
2162
2163         /* We are not allowed to try stealing from the whole block */
2164         if (!whole_block)
2165                 goto single_page;
2166
2167         free_pages = move_freepages_block(zone, page, start_type,
2168                                                 &movable_pages);
2169         /*
2170          * Determine how many pages are compatible with our allocation.
2171          * For movable allocation, it's the number of movable pages which
2172          * we just obtained. For other types it's a bit more tricky.
2173          */
2174         if (start_type == MIGRATE_MOVABLE) {
2175                 alike_pages = movable_pages;
2176         } else {
2177                 /*
2178                  * If we are falling back a RECLAIMABLE or UNMOVABLE allocation
2179                  * to MOVABLE pageblock, consider all non-movable pages as
2180                  * compatible. If it's UNMOVABLE falling back to RECLAIMABLE or
2181                  * vice versa, be conservative since we can't distinguish the
2182                  * exact migratetype of non-movable pages.
2183                  */
2184                 if (old_block_type == MIGRATE_MOVABLE)
2185                         alike_pages = pageblock_nr_pages
2186                                                 - (free_pages + movable_pages);
2187                 else
2188                         alike_pages = 0;
2189         }
2190
2191         /* moving whole block can fail due to zone boundary conditions */
2192         if (!free_pages)
2193                 goto single_page;
2194
2195         /*
2196          * If a sufficient number of pages in the block are either free or of
2197          * comparable migratability as our allocation, claim the whole block.
2198          */
2199         if (free_pages + alike_pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
2200                         page_group_by_mobility_disabled)
2201                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
2202
2203         return;
2204
2205 single_page:
2206         area = &zone->free_area[current_order];
2207         list_move(&page->lru, &area->free_list[start_type]);
2208 }
2209
2210 /*
2211  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
2212  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
2213  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
2214  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
2215  */
2216 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
2217                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
2218 {
2219         int i;
2220         int fallback_mt;
2221
2222         if (area->nr_free == 0)
2223                 return -1;
2224
2225         *can_steal = false;
2226         for (i = 0;; i++) {
2227                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
2228                 if (fallback_mt == MIGRATE_TYPES)
2229                         break;
2230
2231                 if (list_empty(&area->free_list[fallback_mt]))
2232                         continue;
2233
2234                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
2235                         *can_steal = true;
2236
2237                 if (!only_stealable)
2238                         return fallback_mt;
2239
2240                 if (*can_steal)
2241                         return fallback_mt;
2242         }
2243
2244         return -1;
2245 }
2246
2247 /*
2248  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
2249  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
2250  */
2251 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone,
2252                                 unsigned int alloc_order)
2253 {
2254         int mt;
2255         unsigned long max_managed, flags;
2256
2257         /*
2258          * Limit the number reserved to 1 pageblock or roughly 1% of a zone.
2259          * Check is race-prone but harmless.
2260          */
2261         max_managed = (zone->managed_pages / 100) + pageblock_nr_pages;
2262         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2263                 return;
2264
2265         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2266
2267         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
2268         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2269                 goto out_unlock;
2270
2271         /* Yoink! */
2272         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2273         if (!is_migrate_highatomic(mt) && !is_migrate_isolate(mt)
2274             && !is_migrate_cma(mt)) {
2275                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
2276                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2277                 move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_HIGHATOMIC, NULL);
2278         }
2279
2280 out_unlock:
2281         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2282 }
2283
2284 /*
2285  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
2286  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
2287  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
2288  * to recover from than an OOM.
2289  *
2290  * If @force is true, try to unreserve a pageblock even though highatomic
2291  * pageblock is exhausted.
2292  */
2293 static bool unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac,
2294                                                 bool force)
2295 {
2296         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2297         unsigned long flags;
2298         struct zoneref *z;
2299         struct zone *zone;
2300         struct page *page;
2301         int order;
2302         bool ret;
2303
2304         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->high_zoneidx,
2305                                                                 ac->nodemask) {
2306                 /*
2307                  * Preserve at least one pageblock unless memory pressure
2308                  * is really high.
2309                  */
2310                 if (!force && zone->nr_reserved_highatomic <=
2311                                         pageblock_nr_pages)
2312                         continue;
2313
2314                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2315                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
2316                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
2317
2318                         page = list_first_entry_or_null(
2319                                         &area->free_list[MIGRATE_HIGHATOMIC],
2320                                         struct page, lru);
2321                         if (!page)
2322                                 continue;
2323
2324                         /*
2325                          * In page freeing path, migratetype change is racy so
2326                          * we can counter several free pages in a pageblock
2327                          * in this loop althoug we changed the pageblock type
2328                          * from highatomic to ac->migratetype. So we should
2329                          * adjust the count once.
2330                          */
2331                         if (is_migrate_highatomic_page(page)) {
2332                                 /*
2333                                  * It should never happen but changes to
2334                                  * locking could inadvertently allow a per-cpu
2335                                  * drain to add pages to MIGRATE_HIGHATOMIC
2336                                  * while unreserving so be safe and watch for
2337                                  * underflows.
2338                                  */
2339                                 zone->nr_reserved_highatomic -= min(
2340                                                 pageblock_nr_pages,
2341                                                 zone->nr_reserved_highatomic);
2342                         }
2343
2344                         /*
2345                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
2346                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
2347                          * is doing the work and needs the pages. More
2348                          * importantly, if the block was always converted to
2349                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
2350                          * of pageblocks that cannot be completely freed
2351                          * may increase.
2352                          */
2353                         set_pageblock_migratetype(page, ac->migratetype);
2354                         ret = move_freepages_block(zone, page, ac->migratetype,
2355                                                                         NULL);
2356                         if (ret) {
2357                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2358                                 return ret;
2359                         }
2360                 }
2361                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2362         }
2363
2364         return false;
2365 }
2366
2367 /*
2368  * Try finding a free buddy page on the fallback list and put it on the free
2369  * list of requested migratetype, possibly along with other pages from the same
2370  * block, depending on fragmentation avoidance heuristics. Returns true if
2371  * fallback was found so that __rmqueue_smallest() can grab it.
2372  *
2373  * The use of signed ints for order and current_order is a deliberate
2374  * deviation from the rest of this file, to make the for loop
2375  * condition simpler.
2376  */
2377 static __always_inline bool
2378 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, int order, int start_migratetype)
2379 {
2380         struct free_area *area;
2381         int current_order;
2382         struct page *page;
2383         int fallback_mt;
2384         bool can_steal;
2385
2386         /*
2387          * Find the largest available free page in the other list. This roughly
2388          * approximates finding the pageblock with the most free pages, which
2389          * would be too costly to do exactly.
2390          */
2391         for (current_order = MAX_ORDER - 1; current_order >= order;
2392                                 --current_order) {
2393                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2394                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2395                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2396                 if (fallback_mt == -1)
2397                         continue;
2398
2399                 /*
2400                  * We cannot steal all free pages from the pageblock and the
2401                  * requested migratetype is movable. In that case it's better to
2402                  * steal and split the smallest available page instead of the
2403                  * largest available page, because even if the next movable
2404                  * allocation falls back into a different pageblock than this
2405                  * one, it won't cause permanent fragmentation.
2406                  */
2407                 if (!can_steal && start_migratetype == MIGRATE_MOVABLE
2408                                         && current_order > order)
2409                         goto find_smallest;
2410
2411                 goto do_steal;
2412         }
2413
2414         return false;
2415
2416 find_smallest:
2417         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER;
2418                                                         current_order++) {
2419                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2420                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2421                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2422                 if (fallback_mt != -1)
2423                         break;
2424         }
2425
2426         /*
2427          * This should not happen - we already found a suitable fallback
2428          * when looking for the largest page.
2429          */
2430         VM_BUG_ON(current_order == MAX_ORDER);
2431
2432 do_steal:
2433         page = list_first_entry(&area->free_list[fallback_mt],
2434                                                         struct page, lru);
2435
2436         steal_suitable_fallback(zone, page, start_migratetype, can_steal);
2437
2438         trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
2439                 start_migratetype, fallback_mt);
2440
2441         return true;
2442
2443 }
2444
2445 /*
2446  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
2447  * Call me with the zone->lock already held.
2448  */
2449 static __always_inline struct page *
2450 __rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order, int migratetype)
2451 {
2452         struct page *page;
2453
2454 retry:
2455         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
2456         if (unlikely(!page)) {
2457                 if (migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
2458                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2459
2460                 if (!page && __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype))
2461                         goto retry;
2462         }
2463
2464         trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
2465         return page;
2466 }
2467
2468 /*
2469  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
2470  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
2471  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
2472  */
2473 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
2474                         unsigned long count, struct list_head *list,
2475                         int migratetype)
2476 {
2477         int i, alloced = 0;
2478
2479         spin_lock(&zone->lock);
2480         for (i = 0; i < count; ++i) {
2481                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
2482                 if (unlikely(page == NULL))
2483                         break;
2484
2485                 if (unlikely(check_pcp_refill(page)))
2486                         continue;
2487
2488                 /*
2489                  * Split buddy pages returned by expand() are received here in
2490                  * physical page order. The page is added to the tail of
2491                  * caller's list. From the callers perspective, the linked list
2492                  * is ordered by page number under some conditions. This is
2493                  * useful for IO devices that can forward direction from the
2494                  * head, thus also in the physical page order. This is useful
2495                  * for IO devices that can merge IO requests if the physical
2496                  * pages are ordered properly.
2497                  */
2498                 list_add_tail(&page->lru, list);
2499                 alloced++;
2500                 if (is_migrate_cma(get_pcppage_migratetype(page)))
2501                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
2502                                               -(1 << order));
2503         }
2504
2505         /*
2506          * i pages were removed from the buddy list even if some leak due
2507          * to check_pcp_refill failing so adjust NR_FREE_PAGES based
2508          * on i. Do not confuse with 'alloced' which is the number of
2509          * pages added to the pcp list.
2510          */
2511         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
2512         spin_unlock(&zone->lock);
2513         return alloced;
2514 }
2515
2516 #ifdef CONFIG_NUMA
2517 /*
2518  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
2519  * currently executing processor on remote nodes after they have
2520  * expired.
2521  *
2522  * Note that this function must be called with the thread pinned to
2523  * a single processor.
2524  */
2525 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
2526 {
2527         unsigned long flags;
2528         int to_drain, batch;
2529
2530         local_irq_save(flags);
2531         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2532         to_drain = min(pcp->count, batch);
2533         if (to_drain > 0)
2534                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp);
2535         local_irq_restore(flags);
2536 }
2537 #endif
2538
2539 /*
2540  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
2541  *
2542  * The processor must either be the current processor and the
2543  * thread pinned to the current processor or a processor that
2544  * is not online.
2545  */
2546 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
2547 {
2548         unsigned long flags;
2549         struct per_cpu_pageset *pset;
2550         struct per_cpu_pages *pcp;
2551
2552         local_irq_save(flags);
2553         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2554
2555         pcp = &pset->pcp;
2556         if (pcp->count)
2557                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp);
2558         local_irq_restore(flags);
2559 }
2560
2561 /*
2562  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
2563  *
2564  * The processor must either be the current processor and the
2565  * thread pinned to the current processor or a processor that
2566  * is not online.
2567  */
2568 static void drain_pages(unsigned int cpu)
2569 {
2570         struct zone *zone;
2571
2572         for_each_populated_zone(zone) {
2573                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2574         }
2575 }
2576
2577 /*
2578  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
2579  *
2580  * The CPU has to be pinned. When zone parameter is non-NULL, spill just
2581  * the single zone's pages.
2582  */
2583 void drain_local_pages(struct zone *zone)
2584 {
2585         int cpu = smp_processor_id();
2586
2587         if (zone)
2588                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2589         else
2590                 drain_pages(cpu);
2591 }
2592
2593 static void drain_local_pages_wq(struct work_struct *work)
2594 {
2595         /*
2596          * drain_all_pages doesn't use proper cpu hotplug protection so
2597          * we can race with cpu offline when the WQ can move this from
2598          * a cpu pinned worker to an unbound one. We can operate on a different
2599          * cpu which is allright but we also have to make sure to not move to
2600          * a different one.
2601          */
2602         preempt_disable();
2603         drain_local_pages(NULL);
2604         preempt_enable();
2605 }
2606
2607 /*
2608  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
2609  *
2610  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
2611  *
2612  * Note that this can be extremely slow as the draining happens in a workqueue.
2613  */
2614 void drain_all_pages(struct zone *zone)
2615 {
2616         int cpu;
2617
2618         /*
2619          * Allocate in the BSS so we wont require allocation in
2620          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
2621          */
2622         static cpumask_t cpus_with_pcps;
2623
2624         /*
2625          * Make sure nobody triggers this path before mm_percpu_wq is fully
2626          * initialized.
2627          */
2628         if (WARN_ON_ONCE(!mm_percpu_wq))
2629                 return;
2630
2631         /*
2632          * Do not drain if one is already in progress unless it's specific to
2633          * a zone. Such callers are primarily CMA and memory hotplug and need
2634          * the drain to be complete when the call returns.
2635          */
2636         if (unlikely(!mutex_trylock(&pcpu_drain_mutex))) {
2637                 if (!zone)
2638                         return;
2639                 mutex_lock(&pcpu_drain_mutex);
2640         }
2641
2642         /*
2643          * We don't care about racing with CPU hotplug event
2644          * as offline notification will cause the notified
2645          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
2646          * disables preemption as part of its processing
2647          */
2648         for_each_online_cpu(cpu) {
2649                 struct per_cpu_pageset *pcp;
2650                 struct zone *z;
2651                 bool has_pcps = false;
2652
2653                 if (zone) {
2654                         pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2655                         if (pcp->pcp.count)
2656                                 has_pcps = true;
2657                 } else {
2658                         for_each_populated_zone(z) {
2659                                 pcp = per_cpu_ptr(z->pageset, cpu);
2660                                 if (pcp->pcp.count) {
2661                                         has_pcps = true;
2662                                         break;
2663                                 }
2664                         }
2665                 }
2666
2667                 if (has_pcps)
2668                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2669                 else
2670                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2671         }
2672
2673         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps) {
2674                 struct work_struct *work = per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu);
2675                 INIT_WORK(work, drain_local_pages_wq);
2676                 queue_work_on(cpu, mm_percpu_wq, work);
2677         }
2678         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps)
2679                 flush_work(per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu));
2680
2681         mutex_unlock(&pcpu_drain_mutex);
2682 }
2683
2684 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
2685
2686 /*
2687  * Touch the watchdog for every WD_PAGE_COUNT pages.
2688  */
2689 #define WD_PAGE_COUNT   (128*1024)
2690
2691 void mark_free_pages(struct zone *zone)
2692 {
2693         unsigned long pfn, max_zone_pfn, page_count = WD_PAGE_COUNT;
2694         unsigned long flags;
2695         unsigned int order, t;
2696         struct page *page;
2697
2698         if (zone_is_empty(zone))
2699                 return;
2700
2701         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2702
2703         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
2704         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
2705                 if (pfn_valid(pfn)) {
2706                         page = pfn_to_page(pfn);
2707
2708                         if (!--page_count) {
2709                                 touch_nmi_watchdog();
2710                                 page_count = WD_PAGE_COUNT;
2711                         }
2712
2713                         if (page_zone(page) != zone)
2714                                 continue;
2715
2716                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
2717                                 swsusp_unset_page_free(page);
2718                 }
2719
2720         for_each_migratetype_order(order, t) {
2721                 list_for_each_entry(page,
2722                                 &zone->free_area[order].free_list[t], lru) {
2723                         unsigned long i;
2724
2725                         pfn = page_to_pfn(page);
2726                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++) {
2727                                 if (!--page_count) {
2728                                         touch_nmi_watchdog();
2729                                         page_count = WD_PAGE_COUNT;
2730                                 }
2731                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
2732                         }
2733                 }
2734         }
2735         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2736 }
2737 #endif /* CONFIG_PM */
2738
2739 static bool free_unref_page_prepare(struct page *page, unsigned long pfn)
2740 {
2741         int migratetype;
2742
2743         if (!free_pcp_prepare(page))
2744                 return false;
2745
2746         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
2747         set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2748         return true;
2749 }
2750
2751 static void free_unref_page_commit(struct page *page, unsigned long pfn)
2752 {
2753         struct zone *zone = page_zone(page);
2754         struct per_cpu_pages *pcp;
2755         int migratetype;
2756
2757         migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
2758         __count_vm_event(PGFREE);
2759
2760         /*
2761          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
2762          * Free ISOLATE pages back to the allocator because they are being
2763          * offlined but treat HIGHATOMIC as movable pages so we can get those
2764          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
2765          * excessively into the page allocator
2766          */
2767         if (migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES) {
2768                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
2769                         free_one_page(zone, page, pfn, 0, migratetype);
2770                         return;
2771                 }
2772                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
2773         }
2774
2775         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
2776         list_add(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
2777         pcp->count++;
2778         if (pcp->count >= pcp->high) {
2779                 unsigned long batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2780                 free_pcppages_bulk(zone, batch, pcp);
2781         }
2782 }
2783
2784 /*
2785  * Free a 0-order page
2786  */
2787 void free_unref_page(struct page *page)
2788 {
2789         unsigned long flags;
2790         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
2791
2792         if (!free_unref_page_prepare(page, pfn))
2793                 return;
2794
2795         local_irq_save(flags);
2796         free_unref_page_commit(page, pfn);
2797         local_irq_restore(flags);
2798 }
2799
2800 /*
2801  * Free a list of 0-order pages
2802  */
2803 void free_unref_page_list(struct list_head *list)
2804 {
2805         struct page *page, *next;
2806         unsigned long flags, pfn;
2807         int batch_count = 0;
2808
2809         /* Prepare pages for freeing */
2810         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
2811                 pfn = page_to_pfn(page);
2812                 if (!free_unref_page_prepare(page, pfn))
2813                         list_del(&page->lru);
2814                 set_page_private(page, pfn);
2815         }
2816
2817         local_irq_save(flags);
2818         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
2819                 unsigned long pfn = page_private(page);
2820
2821                 set_page_private(page, 0);
2822                 trace_mm_page_free_batched(page);
2823                 free_unref_page_commit(page, pfn);
2824
2825                 /*
2826                  * Guard against excessive IRQ disabled times when we get
2827                  * a large list of pages to free.
2828                  */
2829                 if (++batch_count == SWAP_CLUSTER_MAX) {
2830                         local_irq_restore(flags);
2831                         batch_count = 0;
2832                         local_irq_save(flags);
2833                 }
2834         }
2835         local_irq_restore(flags);
2836 }
2837
2838 /*
2839  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
2840  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
2841  * Each sub-page must be freed individually.
2842  *
2843  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
2844  * Please consult with lkml before using this in your driver.
2845  */
2846 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
2847 {
2848         int i;
2849
2850         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
2851         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
2852
2853         for (i = 1; i < (1 << order); i++)
2854                 set_page_refcounted(page + i);
2855         split_page_owner(page, order);
2856 }
2857 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
2858
2859 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
2860 {
2861         unsigned long watermark;
2862         struct zone *zone;
2863         int mt;
2864
2865         BUG_ON(!PageBuddy(page));
2866
2867         zone = page_zone(page);
2868         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2869
2870         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
2871                 /*
2872                  * Obey watermarks as if the page was being allocated. We can
2873                  * emulate a high-order watermark check with a raised order-0
2874                  * watermark, because we already know our high-order page
2875                  * exists.
2876                  */
2877                 watermark = min_wmark_pages(zone) + (1UL << order);
2878                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, ALLOC_CMA))
2879                         return 0;
2880
2881                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
2882         }
2883
2884         /* Remove page from free list */
2885         list_del(&page->lru);
2886         zone->free_area[order].nr_free--;
2887         rmv_page_order(page);
2888
2889         /*
2890          * Set the pageblock if the isolated page is at least half of a
2891          * pageblock
2892          */
2893         if (order >= pageblock_order - 1) {
2894                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
2895                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
2896                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
2897                         if (!is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt)
2898                             && !is_migrate_highatomic(mt))
2899                                 set_pageblock_migratetype(page,
2900                                                           MIGRATE_MOVABLE);
2901                 }
2902         }
2903
2904
2905         return 1UL << order;
2906 }
2907
2908 /*
2909  * Update NUMA hit/miss statistics
2910  *
2911  * Must be called with interrupts disabled.
2912  */
2913 static inline void zone_statistics(struct zone *preferred_zone, struct zone *z)
2914 {
2915 #ifdef CONFIG_NUMA
2916         enum numa_stat_item local_stat = NUMA_LOCAL;
2917
2918         /* skip numa counters update if numa stats is disabled */
2919         if (!static_branch_likely(&vm_numa_stat_key))
2920                 return;
2921
2922         if (zone_to_nid(z) != numa_node_id())
2923                 local_stat = NUMA_OTHER;
2924
2925         if (zone_to_nid(z) == zone_to_nid(preferred_zone))
2926                 __inc_numa_state(z, NUMA_HIT);
2927         else {
2928                 __inc_numa_state(z, NUMA_MISS);
2929                 __inc_numa_state(preferred_zone, NUMA_FOREIGN);
2930         }
2931         __inc_numa_state(z, local_stat);
2932 #endif
2933 }
2934
2935 /* Remove page from the per-cpu list, caller must protect the list */
2936 static struct page *__rmqueue_pcplist(struct zone *zone, int migratetype,
2937                         struct per_cpu_pages *pcp,
2938                         struct list_head *list)
2939 {
2940         struct page *page;
2941
2942         do {
2943                 if (list_empty(list)) {
2944                         pcp->count += rmqueue_bulk(zone, 0,
2945                                         pcp->batch, list,
2946                                         migratetype);
2947                         if (unlikely(list_empty(list)))
2948                                 return NULL;
2949                 }
2950
2951                 page = list_first_entry(list, struct page, lru);
2952                 list_del(&page->lru);
2953                 pcp->count--;
2954         } while (check_new_pcp(page));
2955
2956         return page;
2957 }
2958
2959 /* Lock and remove page from the per-cpu list */
2960 static struct page *rmqueue_pcplist(struct zone *preferred_zone,
2961                         struct zone *zone, unsigned int order,
2962                         gfp_t gfp_flags, int migratetype)
2963 {
2964         struct per_cpu_pages *pcp;
2965         struct list_head *list;
2966         struct page *page;
2967         unsigned long flags;
2968
2969         local_irq_save(flags);
2970         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
2971         list = &pcp->lists[migratetype];
2972         page = __rmqueue_pcplist(zone,  migratetype, pcp, list);
2973         if (page) {
2974                 __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
2975                 zone_statistics(preferred_zone, zone);
2976         }
2977         local_irq_restore(flags);
2978         return page;
2979 }
2980
2981 /*
2982  * Allocate a page from the given zone. Use pcplists for order-0 allocations.
2983  */
2984 static inline
2985 struct page *rmqueue(struct zone *preferred_zone,
2986                         struct zone *zone, unsigned int order,
2987                         gfp_t gfp_flags, unsigned int alloc_flags,
2988                         int migratetype)
2989 {
2990         unsigned long flags;
2991         struct page *page;
2992
2993         if (likely(order == 0)) {
2994                 page = rmqueue_pcplist(preferred_zone, zone, order,
2995                                 gfp_flags, migratetype);
2996                 goto out;
2997         }
2998
2999         /*
3000          * We most definitely don't want callers attempting to
3001          * allocate greater than order-1 page units with __GFP_NOFAIL.
3002          */
3003         WARN_ON_ONCE((gfp_flags & __GFP_NOFAIL) && (order > 1));
3004         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3005
3006         do {
3007                 page = NULL;
3008                 if (alloc_flags & ALLOC_HARDER) {
3009                         page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
3010                         if (page)
3011                                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
3012                 }
3013                 if (!page)
3014                         page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
3015         } while (page && check_new_pages(page, order));
3016         spin_unlock(&zone->lock);
3017         if (!page)
3018                 goto failed;
3019         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
3020                                   get_pcppage_migratetype(page));
3021
3022         __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
3023         zone_statistics(preferred_zone, zone);
3024         local_irq_restore(flags);
3025
3026 out:
3027         VM_BUG_ON_PAGE(page && bad_range(zone, page), page);
3028         return page;
3029
3030 failed:
3031         local_irq_restore(flags);
3032         return NULL;
3033 }
3034
3035 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
3036
3037 static struct {
3038         struct fault_attr attr;
3039
3040         bool ignore_gfp_highmem;
3041         bool ignore_gfp_reclaim;
3042         u32 min_order;
3043 } fail_page_alloc = {
3044         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
3045         .ignore_gfp_reclaim = true,
3046         .ignore_gfp_highmem = true,
3047         .min_order = 1,
3048 };
3049
3050 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
3051 {
3052         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
3053 }
3054 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
3055
3056 static bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3057 {
3058         if (order < fail_page_alloc.min_order)
3059                 return false;
3060         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3061                 return false;
3062         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
3063                 return false;
3064         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim &&
3065                         (gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3066                 return false;
3067
3068         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
3069 }
3070
3071 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
3072
3073 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
3074 {
3075         umode_t mode = S_IFREG | 0600;
3076         struct dentry *dir;
3077
3078         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
3079                                         &fail_page_alloc.attr);
3080         if (IS_ERR(dir))
3081                 return PTR_ERR(dir);
3082
3083         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
3084                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim))
3085                 goto fail;
3086         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
3087                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem))
3088                 goto fail;
3089         if (!debugfs_create_u32("min-order", mode, dir,
3090                                 &fail_page_alloc.min_order))
3091                 goto fail;
3092
3093         return 0;
3094 fail:
3095         debugfs_remove_recursive(dir);
3096
3097         return -ENOMEM;
3098 }
3099
3100 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
3101
3102 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
3103
3104 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3105
3106 static inline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3107 {
3108         return false;
3109 }
3110
3111 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3112
3113 /*
3114  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
3115  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
3116  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
3117  * to check in the allocation paths if no pages are free.
3118  */
3119 bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3120                          int classzone_idx, unsigned int alloc_flags,
3121                          long free_pages)
3122 {
3123         long min = mark;
3124         int o;
3125         const bool alloc_harder = (alloc_flags & (ALLOC_HARDER|ALLOC_OOM));
3126
3127         /* free_pages may go negative - that's OK */
3128         free_pages -= (1 << order) - 1;
3129
3130         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
3131                 min -= min / 2;
3132
3133         /*
3134          * If the caller does not have rights to ALLOC_HARDER then subtract
3135          * the high-atomic reserves. This will over-estimate the size of the
3136          * atomic reserve but it avoids a search.
3137          */
3138         if (likely(!alloc_harder)) {
3139                 free_pages -= z->nr_reserved_highatomic;
3140         } else {
3141                 /*
3142                  * OOM victims can try even harder than normal ALLOC_HARDER
3143                  * users on the grounds that it's definitely going to be in
3144                  * the exit path shortly and free memory. Any allocation it
3145                  * makes during the free path will be small and short-lived.
3146                  */
3147                 if (alloc_flags & ALLOC_OOM)
3148                         min -= min / 2;
3149                 else
3150                         min -= min / 4;
3151         }
3152
3153
3154 #ifdef CONFIG_CMA
3155         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
3156         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
3157                 free_pages -= zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
3158 #endif
3159
3160         /*
3161          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
3162          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
3163          * even if a suitable page happened to be free.
3164          */
3165         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
3166                 return false;
3167
3168         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
3169         if (!order)
3170                 return true;
3171
3172         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
3173         for (o = order; o < MAX_ORDER; o++) {
3174                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
3175                 int mt;
3176
3177                 if (!area->nr_free)
3178                         continue;
3179
3180                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
3181                         if (!list_empty(&area->free_list[mt]))
3182                                 return true;
3183                 }
3184
3185 #ifdef CONFIG_CMA
3186                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
3187                     !list_empty(&area->free_list[MIGRATE_CMA])) {
3188                         return true;
3189                 }
3190 #endif
3191                 if (alloc_harder &&
3192                         !list_empty(&area->free_list[MIGRATE_HIGHATOMIC]))
3193                         return true;
3194         }
3195         return false;
3196 }
3197
3198 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3199                       int classzone_idx, unsigned int alloc_flags)
3200 {
3201         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
3202                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
3203 }
3204
3205 static inline bool zone_watermark_fast(struct zone *z, unsigned int order,
3206                 unsigned long mark, int classzone_idx, unsigned int alloc_flags)
3207 {
3208         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3209         long cma_pages = 0;
3210
3211 #ifdef CONFIG_CMA
3212         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
3213         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
3214                 cma_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
3215 #endif
3216
3217         /*
3218          * Fast check for order-0 only. If this fails then the reserves
3219          * need to be calculated. There is a corner case where the check
3220          * passes but only the high-order atomic reserve are free. If
3221          * the caller is !atomic then it'll uselessly search the free
3222          * list. That corner case is then slower but it is harmless.
3223          */
3224         if (!order && (free_pages - cma_pages) > mark + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
3225                 return true;
3226
3227         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
3228                                         free_pages);
3229 }
3230
3231 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
3232                         unsigned long mark, int classzone_idx)
3233 {
3234         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3235
3236         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
3237                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
3238
3239         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, 0,
3240                                                                 free_pages);
3241 }
3242
3243 #ifdef CONFIG_NUMA
3244 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3245 {
3246         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <=
3247                                 RECLAIM_DISTANCE;
3248 }
3249 #else   /* CONFIG_NUMA */
3250 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3251 {
3252         return true;
3253 }
3254 #endif  /* CONFIG_NUMA */
3255
3256 /*
3257  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
3258  * a page.
3259  */
3260 static struct page *
3261 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
3262                                                 const struct alloc_context *ac)
3263 {
3264         struct zoneref *z = ac->preferred_zoneref;
3265         struct zone *zone;
3266         struct pglist_data *last_pgdat_dirty_limit = NULL;
3267
3268         /*
3269          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
3270          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
3271          */
3272         for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
3273                                                                 ac->nodemask) {
3274                 struct page *page;
3275                 unsigned long mark;
3276
3277                 if (cpusets_enabled() &&
3278                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
3279                         !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
3280                                 continue;
3281                 /*
3282                  * When allocating a page cache page for writing, we
3283                  * want to get it from a node that is within its dirty
3284                  * limit, such that no single node holds more than its
3285                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
3286                  * The dirty limits take into account the node's
3287                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
3288                  * should be able to balance it without having to
3289                  * write pages from its LRU list.
3290                  *
3291                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
3292                  * exceed the per-node dirty limit in the slowpath
3293                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
3294                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
3295                  * nodes are together not big enough to reach the
3296                  * global limit.  The proper fix for these situations
3297                  * will require awareness of nodes in the
3298                  * dirty-throttling and the flusher threads.
3299                  */
3300                 if (ac->spread_dirty_pages) {
3301                         if (last_pgdat_dirty_limit == zone->zone_pgdat)
3302                                 continue;
3303
3304                         if (!node_dirty_ok(zone->zone_pgdat)) {
3305                                 last_pgdat_dirty_limit = zone->zone_pgdat;
3306                                 continue;
3307                         }
3308                 }
3309
3310                 mark = zone->watermark[alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK];
3311                 if (!zone_watermark_fast(zone, order, mark,
3312                                        ac_classzone_idx(ac), alloc_flags)) {
3313                         int ret;
3314
3315 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
3316                         /*
3317                          * Watermark failed for this zone, but see if we can
3318                          * grow this zone if it contains deferred pages.
3319                          */
3320                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
3321                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
3322                                         goto try_this_zone;
3323                         }
3324 #endif
3325                         /* Checked here to keep the fast path fast */
3326                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
3327                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
3328                                 goto try_this_zone;
3329
3330                         if (node_reclaim_mode == 0 ||
3331                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zoneref->zone, zone))
3332                                 continue;
3333
3334                         ret = node_reclaim(zone->zone_pgdat, gfp_mask, order);
3335                         switch (ret) {
3336                         case NODE_RECLAIM_NOSCAN:
3337                                 /* did not scan */
3338                                 continue;
3339                         case NODE_RECLAIM_FULL:
3340                                 /* scanned but unreclaimable */
3341                                 continue;
3342                         default:
3343                                 /* did we reclaim enough */
3344                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
3345                                                 ac_classzone_idx(ac), alloc_flags))
3346                                         goto try_this_zone;
3347
3348                                 continue;
3349                         }
3350                 }
3351
3352 try_this_zone:
3353                 page = rmqueue(ac->preferred_zoneref->zone, zone, order,
3354                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
3355                 if (page) {
3356                         prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
3357
3358                         /*
3359                          * If this is a high-order atomic allocation then check
3360                          * if the pageblock should be reserved for the future
3361                          */
3362                         if (unlikely(order && (alloc_flags & ALLOC_HARDER)))
3363                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone, order);
3364
3365                         return page;
3366                 } else {
3367 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
3368                         /* Try again if zone has deferred pages */
3369                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
3370                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
3371                                         goto try_this_zone;
3372                         }
3373 #endif
3374                 }
3375         }
3376
3377         return NULL;
3378 }
3379
3380 static void warn_alloc_show_mem(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
3381 {
3382         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3383         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(show_mem_rs, HZ, 1);
3384
3385         if (!__ratelimit(&show_mem_rs))
3386                 return;
3387
3388         /*
3389          * This documents exceptions given to allocations in certain
3390          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
3391          * of allowed nodes.
3392          */
3393         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3394                 if (tsk_is_oom_victim(current) ||
3395                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
3396                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3397         if (in_interrupt() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3398                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3399
3400         show_mem(filter, nodemask);
3401 }
3402
3403 void warn_alloc(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask, const char *fmt, ...)
3404 {
3405         struct va_format vaf;
3406         va_list args;
3407         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs, DEFAULT_RATELIMIT_INTERVAL,
3408                                       DEFAULT_RATELIMIT_BURST);
3409
3410         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) || !__ratelimit(&nopage_rs))
3411                 return;
3412
3413         va_start(args, fmt);
3414         vaf.fmt = fmt;
3415         vaf.va = &args;
3416         pr_warn("%s: %pV, mode:%#x(%pGg), nodemask=%*pbl\n",
3417                         current->comm, &vaf, gfp_mask, &gfp_mask,
3418                         nodemask_pr_args(nodemask));
3419         va_end(args);
3420
3421         cpuset_print_current_mems_allowed();
3422
3423         dump_stack();
3424         warn_alloc_show_mem(gfp_mask, nodemask);
3425 }
3426
3427 static inline struct page *
3428 __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3429                               unsigned int alloc_flags,
3430                               const struct alloc_context *ac)
3431 {
3432         struct page *page;
3433
3434         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3435                         alloc_flags|ALLOC_CPUSET, ac);
3436         /*
3437          * fallback to ignore cpuset restriction if our nodes
3438          * are depleted
3439          */
3440         if (!page)
3441                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3442                                 alloc_flags, ac);
3443
3444         return page;
3445 }
3446
3447 static inline struct page *
3448 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3449         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
3450 {
3451         struct oom_control oc = {
3452                 .zonelist = ac->zonelist,
3453                 .nodemask = ac->nodemask,
3454                 .memcg = NULL,
3455                 .gfp_mask = gfp_mask,
3456                 .order = order,
3457         };
3458         struct page *page;
3459
3460         *did_some_progress = 0;
3461
3462         /*
3463          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
3464          * making progress for us.
3465          */
3466         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
3467                 *did_some_progress = 1;
3468                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
3469                 return NULL;
3470         }
3471
3472         /*
3473          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
3474          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
3475          * we're still under heavy pressure. But make sure that this reclaim
3476          * attempt shall not depend on __GFP_DIRECT_RECLAIM && !__GFP_NORETRY
3477          * allocation which will never fail due to oom_lock already held.
3478          */
3479         page = get_page_from_freelist((gfp_mask | __GFP_HARDWALL) &
3480                                       ~__GFP_DIRECT_RECLAIM, order,
3481                                       ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
3482         if (page)
3483                 goto out;
3484
3485         /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
3486         if (current->flags & PF_DUMPCORE)
3487                 goto out;
3488         /* The OOM killer will not help higher order allocs */
3489         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3490                 goto out;
3491         /*
3492          * We have already exhausted all our reclaim opportunities without any
3493          * success so it is time to admit defeat. We will skip the OOM killer
3494          * because it is very likely that the caller has a more reasonable
3495          * fallback than shooting a random task.
3496          */
3497         if (gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL)
3498                 goto out;
3499         /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
3500         if (ac->high_zoneidx < ZONE_NORMAL)
3501                 goto out;
3502         if (pm_suspended_storage())
3503                 goto out;
3504         /*
3505          * XXX: GFP_NOFS allocations should rather fail than rely on
3506          * other request to make a forward progress.
3507          * We are in an unfortunate situation where out_of_memory cannot
3508          * do much for this context but let's try it to at least get
3509          * access to memory reserved if the current task is killed (see
3510          * out_of_memory). Once filesystems are ready to handle allocation
3511          * failures more gracefully we should just bail out here.
3512          */
3513
3514         /* The OOM killer may not free memory on a specific node */
3515         if (gfp_mask & __GFP_THISNODE)
3516                 goto out;
3517
3518         /* Exhausted what can be done so it's blame time */
3519         if (out_of_memory(&oc) || WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
3520                 *did_some_progress = 1;
3521
3522                 /*
3523                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
3524                  * reserves
3525                  */
3526                 if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3527                         page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order,
3528                                         ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3529         }
3530 out:
3531         mutex_unlock(&oom_lock);
3532         return page;
3533 }
3534
3535 /*
3536  * Maximum number of compaction retries wit a progress before OOM
3537  * killer is consider as the only way to move forward.
3538  */
3539 #define MAX_COMPACT_RETRIES 16
3540
3541 #ifdef CONFIG_COMPACTION
3542 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
3543 static struct page *
3544 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3545                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3546                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
3547 {
3548         struct page *page;
3549         unsigned long pflags;
3550         unsigned int noreclaim_flag;
3551
3552         if (!order)
3553                 return NULL;
3554
3555         psi_memstall_enter(&pflags);
3556         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
3557
3558         *compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3559                                                                         prio);
3560
3561         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
3562         psi_memstall_leave(&pflags);
3563
3564         if (*compact_result <= COMPACT_INACTIVE)
3565                 return NULL;
3566
3567         /*
3568          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
3569          * count a compaction stall
3570          */
3571         count_vm_event(COMPACTSTALL);
3572
3573         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3574
3575         if (page) {
3576                 struct zone *zone = page_zone(page);
3577
3578                 zone->compact_blockskip_flush = false;
3579                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
3580                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
3581                 return page;
3582         }
3583
3584         /*
3585          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
3586          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
3587          */
3588         count_vm_event(COMPACTFAIL);
3589
3590         cond_resched();
3591
3592         return NULL;
3593 }
3594
3595 static inline bool
3596 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, int order, int alloc_flags,
3597                      enum compact_result compact_result,
3598                      enum compact_priority *compact_priority,
3599                      int *compaction_retries)
3600 {
3601         int max_retries = MAX_COMPACT_RETRIES;
3602         int min_priority;
3603         bool ret = false;
3604         int retries = *compaction_retries;
3605         enum compact_priority priority = *compact_priority;
3606
3607         if (!order)
3608                 return false;
3609
3610         if (compaction_made_progress(compact_result))
3611                 (*compaction_retries)++;
3612
3613         /*
3614          * compaction considers all the zone as desperately out of memory
3615          * so it doesn't really make much sense to retry except when the
3616          * failure could be caused by insufficient priority
3617          */
3618         if (compaction_failed(compact_result))
3619                 goto check_priority;
3620
3621         /*
3622          * make sure the compaction wasn't deferred or didn't bail out early
3623          * due to locks contention before we declare that we should give up.
3624          * But do not retry if the given zonelist is not suitable for
3625          * compaction.
3626          */
3627         if (compaction_withdrawn(compact_result)) {
3628                 ret = compaction_zonelist_suitable(ac, order, alloc_flags);
3629                 goto out;
3630         }
3631
3632         /*
3633          * !costly requests are much more important than __GFP_RETRY_MAYFAIL
3634          * costly ones because they are de facto nofail and invoke OOM
3635          * killer to move on while costly can fail and users are ready
3636          * to cope with that. 1/4 retries is rather arbitrary but we
3637          * would need much more detailed feedback from compaction to
3638          * make a better decision.
3639          */
3640         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3641                 max_retries /= 4;
3642         if (*compaction_retries <= max_retries) {
3643                 ret = true;
3644                 goto out;
3645         }
3646
3647         /*
3648          * Make sure there are attempts at the highest priority if we exhausted
3649          * all retries or failed at the lower priorities.
3650          */
3651 check_priority:
3652         min_priority = (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) ?
3653                         MIN_COMPACT_COSTLY_PRIORITY : MIN_COMPACT_PRIORITY;
3654
3655         if (*compact_priority > min_priority) {
3656                 (*compact_priority)--;
3657                 *compaction_retries = 0;
3658                 ret = true;
3659         }
3660 out:
3661         trace_compact_retry(order, priority, compact_result, retries, max_retries, ret);
3662         return ret;
3663 }
3664 #else
3665 static inline struct page *
3666 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3667                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3668                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
3669 {
3670         *compact_result = COMPACT_SKIPPED;
3671         return NULL;
3672 }
3673
3674 static inline bool
3675 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, unsigned int order, int alloc_flags,
3676                      enum compact_result compact_result,
3677                      enum compact_priority *compact_priority,
3678                      int *compaction_retries)
3679 {
3680         struct zone *zone;
3681         struct zoneref *z;
3682
3683         if (!order || order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3684                 return false;
3685
3686         /*
3687          * There are setups with compaction disabled which would prefer to loop
3688          * inside the allocator rather than hit the oom killer prematurely.
3689          * Let's give them a good hope and keep retrying while the order-0
3690          * watermarks are OK.
3691          */
3692         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
3693                                         ac->nodemask) {
3694                 if (zone_watermark_ok(zone, 0, min_wmark_pages(zone),
3695                                         ac_classzone_idx(ac), alloc_flags))
3696                         return true;
3697         }
3698         return false;
3699 }
3700 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
3701
3702 #ifdef CONFIG_LOCKDEP
3703 static struct lockdep_map __fs_reclaim_map =
3704         STATIC_LOCKDEP_MAP_INIT("fs_reclaim", &__fs_reclaim_map);
3705
3706 static bool __need_fs_reclaim(gfp_t gfp_mask)
3707 {
3708         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
3709
3710         /* no reclaim without waiting on it */
3711         if (!(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3712                 return false;
3713
3714         /* this guy won't enter reclaim */
3715         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
3716                 return false;
3717
3718         /* We're only interested __GFP_FS allocations for now */
3719         if (!(gfp_mask & __GFP_FS))
3720                 return false;
3721
3722         if (gfp_mask & __GFP_NOLOCKDEP)
3723                 return false;
3724
3725         return true;
3726 }
3727
3728 void __fs_reclaim_acquire(void)
3729 {
3730         lock_map_acquire(&__fs_reclaim_map);
3731 }
3732
3733 void __fs_reclaim_release(void)
3734 {
3735         lock_map_release(&__fs_reclaim_map);
3736 }
3737
3738 void fs_reclaim_acquire(gfp_t gfp_mask)
3739 {
3740         if (__need_fs_reclaim(gfp_mask))
3741                 __fs_reclaim_acquire();
3742 }
3743 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_acquire);
3744
3745 void fs_reclaim_release(gfp_t gfp_mask)
3746 {
3747         if (__need_fs_reclaim(gfp_mask))
3748                 __fs_reclaim_release();
3749 }
3750 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_release);
3751 #endif
3752
3753 /* Perform direct synchronous page reclaim */
3754 static int
3755 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3756                                         const struct alloc_context *ac)
3757 {
3758         struct reclaim_state reclaim_state;
3759         int progress;
3760         unsigned int noreclaim_flag;
3761         unsigned long pflags;
3762
3763         cond_resched();
3764
3765         /* We now go into synchronous reclaim */
3766         cpuset_memory_pressure_bump();
3767         psi_memstall_enter(&pflags);
3768         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
3769         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
3770         reclaim_state.reclaimed_slab = 0;
3771         current->reclaim_state = &reclaim_state;
3772
3773         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
3774                                                                 ac->nodemask);
3775
3776         current->reclaim_state = NULL;
3777         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
3778         fs_reclaim_release(gfp_mask);
3779         psi_memstall_leave(&pflags);
3780
3781         cond_resched();
3782
3783         return progress;
3784 }
3785
3786 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
3787 static inline struct page *
3788 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3789                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3790                 unsigned long *did_some_progress)
3791 {
3792         struct page *page = NULL;
3793         bool drained = false;
3794
3795         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
3796         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
3797                 return NULL;
3798
3799 retry:
3800         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3801
3802         /*
3803          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
3804          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
3805          * Shrink them them and try again
3806          */
3807         if (!page && !drained) {
3808                 unreserve_highatomic_pageblock(ac, false);
3809                 drain_all_pages(NULL);
3810                 drained = true;
3811                 goto retry;
3812         }
3813
3814         return page;
3815 }
3816
3817 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, gfp_t gfp_mask,
3818                              const struct alloc_context *ac)
3819 {
3820         struct zoneref *z;
3821         struct zone *zone;
3822         pg_data_t *last_pgdat = NULL;
3823         enum zone_type high_zoneidx = ac->high_zoneidx;
3824
3825         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, high_zoneidx,
3826                                         ac->nodemask) {
3827                 if (last_pgdat != zone->zone_pgdat)
3828                         wakeup_kswapd(zone, gfp_mask, order, high_zoneidx);
3829                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
3830         }
3831 }
3832
3833 static inline unsigned int
3834 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
3835 {
3836         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
3837
3838         /* __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH to save a branch. */
3839         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
3840
3841         /*
3842          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
3843          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
3844          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
3845          * set both ALLOC_HARDER (__GFP_ATOMIC) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
3846          */
3847         alloc_flags |= (__force int) (gfp_mask & __GFP_HIGH);
3848
3849         if (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) {
3850                 /*
3851                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
3852                  * if it can't schedule.
3853                  */
3854                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3855                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
3856                 /*
3857                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
3858                  * comment for __cpuset_node_allowed().
3859                  */
3860                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
3861         } else if (unlikely(rt_task(current)) && !in_interrupt())
3862                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
3863
3864 #ifdef CONFIG_CMA
3865         if (gfpflags_to_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
3866                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3867 #endif
3868         return alloc_flags;
3869 }
3870
3871 static bool oom_reserves_allowed(struct task_struct *tsk)
3872 {
3873         if (!tsk_is_oom_victim(tsk))
3874                 return false;
3875
3876         /*
3877          * !MMU doesn't have oom reaper so give access to memory reserves
3878          * only to the thread with TIF_MEMDIE set
3879          */
3880         if (!IS_ENABLED(CONFIG_MMU) && !test_thread_flag(TIF_MEMDIE))
3881                 return false;
3882
3883         return true;
3884 }
3885
3886 /*
3887  * Distinguish requests which really need access to full memory
3888  * reserves from oom victims which can live with a portion of it
3889  */
3890 static inline int __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_t gfp_mask)
3891 {
3892         if (unlikely(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3893                 return 0;
3894         if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
3895                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
3896         if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
3897                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
3898         if (!in_interrupt()) {
3899                 if (current->flags & PF_MEMALLOC)
3900                         return ALLOC_NO_WATERMARKS;
3901                 else if (oom_reserves_allowed(current))
3902                         return ALLOC_OOM;
3903         }
3904
3905         return 0;
3906 }
3907
3908 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
3909 {
3910         return !!__gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
3911 }
3912
3913 /*
3914  * Checks whether it makes sense to retry the reclaim to make a forward progress
3915  * for the given allocation request.
3916  *
3917  * We give up when we either have tried MAX_RECLAIM_RETRIES in a row
3918  * without success, or when we couldn't even meet the watermark if we
3919  * reclaimed all remaining pages on the LRU lists.
3920  *
3921  * Returns true if a retry is viable or false to enter the oom path.
3922  */
3923 static inline bool
3924 should_reclaim_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned order,
3925                      struct alloc_context *ac, int alloc_flags,
3926                      bool did_some_progress, int *no_progress_loops)
3927 {
3928         struct zone *zone;
3929         struct zoneref *z;
3930         bool ret = false;
3931
3932         /*
3933          * Costly allocations might have made a progress but this doesn't mean
3934          * their order will become available due to high fragmentation so
3935          * always increment the no progress counter for them
3936          */
3937         if (did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3938                 *no_progress_loops = 0;
3939         else
3940                 (*no_progress_loops)++;
3941
3942         /*
3943          * Make sure we converge to OOM if we cannot make any progress
3944          * several times in the row.
3945          */
3946         if (*no_progress_loops > MAX_RECLAIM_RETRIES) {
3947                 /* Before OOM, exhaust highatomic_reserve */
3948                 return unreserve_highatomic_pageblock(ac, true);
3949         }
3950
3951         /*
3952          * Keep reclaiming pages while there is a chance this will lead
3953          * somewhere.  If none of the target zones can satisfy our allocation
3954          * request even if all reclaimable pages are considered then we are
3955          * screwed and have to go OOM.
3956          */
3957         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
3958                                         ac->nodemask) {
3959                 unsigned long available;
3960                 unsigned long reclaimable;
3961                 unsigned long min_wmark = min_wmark_pages(zone);
3962                 bool wmark;
3963
3964                 available = reclaimable = zone_reclaimable_pages(zone);
3965                 available += zone_page_state_snapshot(zone, NR_FREE_PAGES);
3966
3967                 /*
3968                  * Would the allocation succeed if we reclaimed all
3969                  * reclaimable pages?
3970                  */
3971                 wmark = __zone_watermark_ok(zone, order, min_wmark,
3972                                 ac_classzone_idx(ac), alloc_flags, available);
3973                 trace_reclaim_retry_zone(z, order, reclaimable,
3974                                 available, min_wmark, *no_progress_loops, wmark);
3975                 if (wmark) {
3976                         /*
3977                          * If we didn't make any progress and have a lot of
3978                          * dirty + writeback pages then we should wait for
3979                          * an IO to complete to slow down the reclaim and
3980                          * prevent from pre mature OOM
3981                          */
3982                         if (!did_some_progress) {
3983                                 unsigned long write_pending;
3984
3985                                 write_pending = zone_page_state_snapshot(zone,
3986                                                         NR_ZONE_WRITE_PENDING);
3987
3988                                 if (2 * write_pending > reclaimable) {
3989                                         congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
3990                                         return true;
3991                                 }
3992                         }
3993
3994                         ret = true;
3995                         goto out;
3996                 }
3997         }
3998
3999 out:
4000         /*
4001          * Memory allocation/reclaim might be called from a WQ context and the
4002          * current implementation of the WQ concurrency control doesn't
4003          * recognize that a particular WQ is congested if the worker thread is
4004          * looping without ever sleeping. Therefore we have to do a short sleep
4005          * here rather than calling cond_resched().
4006          */
4007         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
4008                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
4009         else
4010                 cond_resched();
4011         return ret;
4012 }
4013
4014 static inline bool
4015 check_retry_cpuset(int cpuset_mems_cookie, struct alloc_context *ac)
4016 {
4017         /*
4018          * It's possible that cpuset's mems_allowed and the nodemask from
4019          * mempolicy don't intersect. This should be normally dealt with by
4020          * policy_nodemask(), but it's possible to race with cpuset update in
4021          * such a way the check therein was true, and then it became false
4022          * before we got our cpuset_mems_cookie here.
4023          * This assumes that for all allocations, ac->nodemask can come only
4024          * from MPOL_BIND mempolicy (whose documented semantics is to be ignored
4025          * when it does not intersect with the cpuset restrictions) or the
4026          * caller can deal with a violated nodemask.
4027          */
4028         if (cpusets_enabled() && ac->nodemask &&
4029                         !cpuset_nodemask_valid_mems_allowed(ac->nodemask)) {
4030                 ac->nodemask = NULL;
4031                 return true;
4032         }
4033
4034         /*
4035          * When updating a task's mems_allowed or mempolicy nodemask, it is
4036          * possible to race with parallel threads in such a way that our
4037          * allocation can fail while the mask is being updated. If we are about
4038          * to fail, check if the cpuset changed during allocation and if so,
4039          * retry.
4040          */
4041         if (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))
4042                 return true;
4043
4044         return false;
4045 }
4046
4047 static inline struct page *
4048 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4049                                                 struct alloc_context *ac)
4050 {
4051         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
4052         const bool costly_order = order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER;
4053         struct page *page = NULL;
4054         unsigned int alloc_flags;
4055         unsigned long did_some_progress;
4056         enum compact_priority compact_priority;
4057         enum compact_result compact_result;
4058         int compaction_retries;
4059         int no_progress_loops;
4060         unsigned int cpuset_mems_cookie;
4061         int reserve_flags;
4062
4063         /*
4064          * We also sanity check to catch abuse of atomic reserves being used by
4065          * callers that are not in atomic context.
4066          */
4067         if (WARN_ON_ONCE((gfp_mask & (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)) ==
4068                                 (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)))
4069                 gfp_mask &= ~__GFP_ATOMIC;
4070
4071 retry_cpuset:
4072         compaction_retries = 0;
4073         no_progress_loops = 0;
4074         compact_priority = DEF_COMPACT_PRIORITY;
4075         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
4076
4077         /*
4078          * The fast path uses conservative alloc_flags to succeed only until
4079          * kswapd needs to be woken up, and to avoid the cost of setting up
4080          * alloc_flags precisely. So we do that now.
4081          */
4082         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
4083
4084         /*
4085          * We need to recalculate the starting point for the zonelist iterator
4086          * because we might have used different nodemask in the fast path, or
4087          * there was a cpuset modification and we are retrying - otherwise we
4088          * could end up iterating over non-eligible zones endlessly.
4089          */
4090         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4091                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
4092         if (!ac->preferred_zoneref->zone)
4093                 goto nopage;
4094
4095         if (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM)
4096                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4097
4098         /*
4099          * The adjusted alloc_flags might result in immediate success, so try
4100          * that first
4101          */
4102         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4103         if (page)
4104                 goto got_pg;
4105
4106         /*
4107          * For costly allocations, try direct compaction first, as it's likely
4108          * that we have enough base pages and don't need to reclaim. For non-
4109          * movable high-order allocations, do that as well, as compaction will
4110          * try prevent permanent fragmentation by migrating from blocks of the
4111          * same migratetype.
4112          * Don't try this for allocations that are allowed to ignore
4113          * watermarks, as the ALLOC_NO_WATERMARKS attempt didn't yet happen.
4114          */
4115         if (can_direct_reclaim &&
4116                         (costly_order ||
4117                            (order > 0 && ac->migratetype != MIGRATE_MOVABLE))
4118                         && !gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_mask)) {
4119                 page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order,
4120                                                 alloc_flags, ac,
4121                                                 INIT_COMPACT_PRIORITY,
4122                                                 &compact_result);
4123                 if (page)
4124                         goto got_pg;
4125
4126                 /*
4127                  * Checks for costly allocations with __GFP_NORETRY, which
4128                  * includes THP page fault allocations
4129                  */
4130                 if (costly_order && (gfp_mask & __GFP_NORETRY)) {
4131                         /*
4132                          * If compaction is deferred for high-order allocations,
4133                          * it is because sync compaction recently failed. If
4134                          * this is the case and the caller requested a THP
4135                          * allocation, we do not want to heavily disrupt the
4136                          * system, so we fail the allocation instead of entering
4137                          * direct reclaim.
4138                          */
4139                         if (compact_result == COMPACT_DEFERRED)
4140                                 goto nopage;
4141
4142                         /*
4143                          * Looks like reclaim/compaction is worth trying, but
4144                          * sync compaction could be very expensive, so keep
4145                          * using async compaction.
4146                          */
4147                         compact_priority = INIT_COMPACT_PRIORITY;
4148                 }
4149         }
4150
4151 retry:
4152         /* Ensure kswapd doesn't accidentally go to sleep as long as we loop */
4153         if (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM)
4154                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4155
4156         reserve_flags = __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4157         if (reserve_flags)
4158                 alloc_flags = reserve_flags;
4159
4160         /*
4161          * Reset the nodemask and zonelist iterators if memory policies can be
4162          * ignored. These allocations are high priority and system rather than
4163          * user oriented.
4164          */
4165         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) || reserve_flags) {
4166                 ac->nodemask = NULL;
4167                 ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4168                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
4169         }
4170
4171         /* Attempt with potentially adjusted zonelist and alloc_flags */
4172         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4173         if (page)
4174                 goto got_pg;
4175
4176         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
4177         if (!can_direct_reclaim)
4178                 goto nopage;
4179
4180         /* Avoid recursion of direct reclaim */
4181         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4182                 goto nopage;
4183
4184         /* Try direct reclaim and then allocating */
4185         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4186                                                         &did_some_progress);
4187         if (page)
4188                 goto got_pg;
4189
4190         /* Try direct compaction and then allocating */
4191         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4192                                         compact_priority, &compact_result);
4193         if (page)
4194                 goto got_pg;
4195
4196         /* Do not loop if specifically requested */
4197         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
4198                 goto nopage;
4199
4200         /*
4201          * Do not retry costly high order allocations unless they are
4202          * __GFP_RETRY_MAYFAIL
4203          */
4204         if (costly_order && !(gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL))
4205                 goto nopage;
4206
4207         if (should_reclaim_retry(gfp_mask, order, ac, alloc_flags,
4208                                  did_some_progress > 0, &no_progress_loops))
4209                 goto retry;
4210
4211         /*
4212          * It doesn't make any sense to retry for the compaction if the order-0
4213          * reclaim is not able to make any progress because the current
4214          * implementation of the compaction depends on the sufficient amount
4215          * of free memory (see __compaction_suitable)
4216          */
4217         if (did_some_progress > 0 &&
4218                         should_compact_retry(ac, order, alloc_flags,
4219                                 compact_result, &compact_priority,
4220                                 &compaction_retries))
4221                 goto retry;
4222
4223
4224         /* Deal with possible cpuset update races before we start OOM killing */
4225         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
4226                 goto retry_cpuset;
4227
4228         /* Reclaim has failed us, start killing things */
4229         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
4230         if (page)
4231                 goto got_pg;
4232
4233         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
4234         if (tsk_is_oom_victim(current) &&
4235             (alloc_flags == ALLOC_OOM ||
4236              (gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC)))
4237                 goto nopage;
4238
4239         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
4240         if (did_some_progress) {
4241                 no_progress_loops = 0;
4242                 goto retry;
4243         }
4244
4245 nopage:
4246         /* Deal with possible cpuset update races before we fail */
4247         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
4248                 goto retry_cpuset;
4249
4250         /*
4251          * Make sure that __GFP_NOFAIL request doesn't leak out and make sure
4252          * we always retry
4253          */
4254         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL) {
4255                 /*
4256                  * All existing users of the __GFP_NOFAIL are blockable, so warn
4257                  * of any new users that actually require GFP_NOWAIT
4258                  */
4259                 if (WARN_ON_ONCE(!can_direct_reclaim))
4260                         goto fail;
4261
4262                 /*
4263                  * PF_MEMALLOC request from this context is rather bizarre
4264                  * because we cannot reclaim anything and only can loop waiting
4265                  * for somebody to do a work for us
4266                  */
4267                 WARN_ON_ONCE(current->flags & PF_MEMALLOC);
4268
4269                 /*
4270                  * non failing costly orders are a hard requirement which we
4271                  * are not prepared for much so let's warn about these users
4272                  * so that we can identify them and convert them to something
4273                  * else.
4274                  */
4275                 WARN_ON_ONCE(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
4276
4277                 /*
4278                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
4279                  * reserves but do not use ALLOC_NO_WATERMARKS because this
4280                  * could deplete whole memory reserves which would just make
4281                  * the situation worse
4282                  */
4283                 page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order, ALLOC_HARDER, ac);
4284                 if (page)
4285                         goto got_pg;
4286
4287                 cond_resched();
4288                 goto retry;
4289         }
4290 fail:
4291         warn_alloc(gfp_mask, ac->nodemask,
4292                         "page allocation failure: order:%u", order);
4293 got_pg:
4294         return page;
4295 }
4296
4297 static inline bool prepare_alloc_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4298                 int preferred_nid, nodemask_t *nodemask,
4299                 struct alloc_context *ac, gfp_t *alloc_mask,
4300                 unsigned int *alloc_flags)
4301 {
4302         ac->high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
4303         ac->zonelist = node_zonelist(preferred_nid, gfp_mask);
4304         ac->nodemask = nodemask;
4305         ac->migratetype = gfpflags_to_migratetype(gfp_mask);
4306
4307         if (cpusets_enabled()) {
4308                 *alloc_mask |= __GFP_HARDWALL;
4309                 if (!ac->nodemask)
4310                         ac->nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
4311                 else
4312                         *alloc_flags |= ALLOC_CPUSET;
4313         }
4314
4315         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
4316         fs_reclaim_release(gfp_mask);
4317
4318         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM);
4319
4320         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
4321                 return false;
4322
4323         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA) && ac->migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
4324                 *alloc_flags |= ALLOC_CMA;
4325
4326         return true;
4327 }
4328
4329 /* Determine whether to spread dirty pages and what the first usable zone */
4330 static inline void finalise_ac(gfp_t gfp_mask, 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         /*
4357          * There are several places where we assume that the order value is sane
4358          * so bail out early if the request is out of bound.
4359          */
4360         if (unlikely(order >= MAX_ORDER)) {
4361                 WARN_ON_ONCE(!(gfp_mask & __GFP_NOWARN));
4362                 return NULL;
4363         }
4364
4365         gfp_mask &= gfp_allowed_mask;
4366         alloc_mask = gfp_mask;
4367         if (!prepare_alloc_pages(gfp_mask, order, preferred_nid, nodemask, &ac, &alloc_mask, &alloc_flags))
4368                 return NULL;
4369
4370         finalise_ac(gfp_mask, &ac);
4371
4372         /* First allocation attempt */
4373         page = get_page_from_freelist(alloc_mask, order, alloc_flags, &ac);
4374         if (likely(page))
4375                 goto out;
4376
4377         /*
4378          * Apply scoped allocation constraints. This is mainly about GFP_NOFS
4379          * resp. GFP_NOIO which has to be inherited for all allocation requests
4380          * from a particular context which has been marked by
4381          * memalloc_no{fs,io}_{save,restore}.
4382          */
4383         alloc_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4384         ac.spread_dirty_pages = false;
4385
4386         /*
4387          * Restore the original nodemask if it was potentially replaced with
4388          * &cpuset_current_mems_allowed to optimize the fast-path attempt.
4389          */
4390         if (unlikely(ac.nodemask != nodemask))
4391                 ac.nodemask = nodemask;
4392
4393         page = __alloc_pages_slowpath(alloc_mask, order, &ac);
4394
4395 out:
4396         if (memcg_kmem_enabled() && (gfp_mask & __GFP_ACCOUNT) && page &&
4397             unlikely(memcg_kmem_charge(page, gfp_mask, order) != 0)) {
4398                 __free_pages(page, order);
4399                 page = NULL;
4400         }
4401
4402         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_mask, ac.migratetype);
4403
4404         return page;
4405 }
4406 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages_nodemask);
4407
4408 /*
4409  * Common helper functions. Never use with __GFP_HIGHMEM because the returned
4410  * address cannot represent highmem pages. Use alloc_pages and then kmap if
4411  * you need to access high mem.
4412  */
4413 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
4414 {
4415         struct page *page;
4416
4417         page = alloc_pages(gfp_mask & ~__GFP_HIGHMEM, order);
4418         if (!page)
4419                 return 0;
4420         return (unsigned long) page_address(page);
4421 }
4422 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
4423
4424 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
4425 {
4426         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
4427 }
4428 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
4429
4430 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
4431 {
4432         if (put_page_testzero(page)) {
4433                 if (order == 0)
4434                         free_unref_page(page);
4435                 else
4436                         __free_pages_ok(page, order);
4437         }
4438 }
4439
4440 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
4441
4442 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
4443 {
4444         if (addr != 0) {
4445                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
4446                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
4447         }
4448 }
4449
4450 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
4451
4452 /*
4453  * Page Fragment:
4454  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
4455  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
4456  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
4457  *
4458  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
4459  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
4460  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
4461  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
4462  */
4463 static struct page *__page_frag_cache_refill(struct page_frag_cache *nc,
4464                                              gfp_t gfp_mask)
4465 {
4466         struct page *page = NULL;
4467         gfp_t gfp = gfp_mask;
4468
4469 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4470         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
4471                     __GFP_NOMEMALLOC;
4472         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
4473                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
4474         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
4475 #endif
4476         if (unlikely(!page))
4477                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
4478
4479         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
4480
4481         return page;
4482 }
4483
4484 void __page_frag_cache_drain(struct page *page, unsigned int count)
4485 {
4486         VM_BUG_ON_PAGE(page_ref_count(page) == 0, page);
4487
4488         if (page_ref_sub_and_test(page, count)) {
4489                 unsigned int order = compound_order(page);
4490
4491                 if (order == 0)
4492                         free_unref_page(page);
4493                 else
4494                         __free_pages_ok(page, order);
4495         }
4496 }
4497 EXPORT_SYMBOL(__page_frag_cache_drain);
4498
4499 void *page_frag_alloc(struct page_frag_cache *nc,
4500                       unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask)
4501 {
4502         unsigned int size = PAGE_SIZE;
4503         struct page *page;
4504         int offset;
4505
4506         if (unlikely(!nc->va)) {
4507 refill:
4508                 page = __page_frag_cache_refill(nc, gfp_mask);
4509                 if (!page)
4510                         return NULL;
4511
4512 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4513                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
4514                 size = nc->size;
4515 #endif
4516                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
4517                  * This would break get_page_unless_zero() users.
4518                  */
4519                 page_ref_add(page, size - 1);
4520
4521                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
4522                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
4523                 nc->pagecnt_bias = size;
4524                 nc->offset = size;
4525         }
4526
4527         offset = nc->offset - fragsz;
4528         if (unlikely(offset < 0)) {
4529                 page = virt_to_page(nc->va);
4530
4531                 if (!page_ref_sub_and_test(page, nc->pagecnt_bias))
4532                         goto refill;
4533
4534 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4535                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
4536                 size = nc->size;
4537 #endif
4538                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
4539                 set_page_count(page, size);
4540
4541                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
4542                 nc->pagecnt_bias = size;
4543                 offset = size - fragsz;
4544         }
4545
4546         nc->pagecnt_bias--;
4547         nc->offset = offset;
4548
4549         return nc->va + offset;
4550 }
4551 EXPORT_SYMBOL(page_frag_alloc);
4552
4553 /*
4554  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
4555  */
4556 void page_frag_free(void *addr)
4557 {
4558         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
4559
4560         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
4561                 __free_pages_ok(page, compound_order(page));
4562 }
4563 EXPORT_SYMBOL(page_frag_free);
4564
4565 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
4566                 size_t size)
4567 {
4568         if (addr) {
4569                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
4570                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
4571
4572                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
4573                 while (used < alloc_end) {
4574                         free_page(used);
4575                         used += PAGE_SIZE;
4576                 }
4577         }
4578         return (void *)addr;
4579 }
4580
4581 /**
4582  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
4583  * @size: the number of bytes to allocate
4584  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
4585  *
4586  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
4587  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
4588  * allocate memory in power-of-two pages.
4589  *
4590  * This function is also limited by MAX_ORDER.
4591  *
4592  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
4593  */
4594 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
4595 {
4596         unsigned int order = get_order(size);
4597         unsigned long addr;
4598
4599         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
4600         return make_alloc_exact(addr, order, size);
4601 }
4602 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
4603
4604 /**
4605  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
4606  *                         pages on a node.
4607  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
4608  * @size: the number of bytes to allocate
4609  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
4610  *
4611  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
4612  * back.
4613  */
4614 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
4615 {
4616         unsigned int order = get_order(size);
4617         struct page *p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
4618         if (!p)
4619                 return NULL;
4620         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
4621 }
4622
4623 /**
4624  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
4625  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
4626  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
4627  *
4628  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
4629  */
4630 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
4631 {
4632         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
4633         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
4634
4635         while (addr < end) {
4636                 free_page(addr);
4637                 addr += PAGE_SIZE;
4638         }
4639 }
4640 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
4641
4642 /**
4643  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
4644  * @offset: The zone index of the highest zone
4645  *
4646  * nr_free_zone_pages() counts the number of counts pages which are beyond the
4647  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
4648  * zone, the number of pages is calculated as:
4649  *
4650  *     nr_free_zone_pages = managed_pages - high_pages
4651  */
4652 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
4653 {
4654         struct zoneref *z;
4655         struct zone *zone;
4656
4657         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
4658         unsigned long sum = 0;
4659
4660         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
4661
4662         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
4663                 unsigned long size = zone->managed_pages;
4664                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
4665                 if (size > high)
4666                         sum += size - high;
4667         }
4668
4669         return sum;
4670 }
4671
4672 /**
4673  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
4674  *
4675  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
4676  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
4677  */
4678 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
4679 {
4680         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
4681 }
4682 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
4683
4684 /**
4685  * nr_free_pagecache_pages - count number of pages beyond high watermark
4686  *
4687  * nr_free_pagecache_pages() counts the number of pages which are beyond the
4688  * high watermark within all zones.
4689  */
4690 unsigned long nr_free_pagecache_pages(void)
4691 {
4692         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
4693 }
4694
4695 static inline void show_node(struct zone *zone)
4696 {
4697         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
4698                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
4699 }
4700
4701 long si_mem_available(void)
4702 {
4703         long available;
4704         unsigned long pagecache;
4705         unsigned long wmark_low = 0;
4706         unsigned long pages[NR_LRU_LISTS];
4707         unsigned long reclaimable;
4708         struct zone *zone;
4709         int lru;
4710
4711         for (lru = LRU_BASE; lru < NR_LRU_LISTS; lru++)
4712                 pages[lru] = global_node_page_state(NR_LRU_BASE + lru);
4713
4714         for_each_zone(zone)
4715                 wmark_low += zone->watermark[WMARK_LOW];
4716
4717         /*
4718          * Estimate the amount of memory available for userspace allocations,
4719          * without causing swapping.
4720          */
4721         available = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES) - totalreserve_pages;
4722
4723         /*
4724          * Not all the page cache can be freed, otherwise the system will
4725          * start swapping. Assume at least half of the page cache, or the
4726          * low watermark worth of cache, needs to stay.
4727          */
4728         pagecache = pages[LRU_ACTIVE_FILE] + pages[LRU_INACTIVE_FILE];
4729         pagecache -= min(pagecache / 2, wmark_low);
4730         available += pagecache;
4731
4732         /*
4733          * Part of the reclaimable slab and other kernel memory consists of
4734          * items that are in use, and cannot be freed. Cap this estimate at the
4735          * low watermark.
4736          */
4737         reclaimable = global_node_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE) +
4738                         global_node_page_state(NR_KERNEL_MISC_RECLAIMABLE);
4739         available += reclaimable - min(reclaimable / 2, wmark_low);
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 zone_to_nid(z->zone);
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 /* If zone is ZONE_MOVABLE but memory is mirrored, it is an overlapped init */
5451 static bool __meminit
5452 overlap_memmap_init(unsigned long zone, unsigned long *pfn)
5453 {
5454 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5455         static struct memblock_region *r;
5456
5457         if (mirrored_kernelcore && zone == ZONE_MOVABLE) {
5458                 if (!r || *pfn >= memblock_region_memory_end_pfn(r)) {
5459                         for_each_memblock(memory, r) {
5460                                 if (*pfn < memblock_region_memory_end_pfn(r))
5461                                         break;
5462                         }
5463                 }
5464                 if (*pfn >= memblock_region_memory_base_pfn(r) &&
5465                     memblock_is_mirror(r)) {
5466                         *pfn = memblock_region_memory_end_pfn(r);
5467                         return true;
5468                 }
5469         }
5470 #endif
5471         return false;
5472 }
5473
5474 /*
5475  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
5476  * up by memblock_free_all() once the early boot process is
5477  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
5478  */
5479 void __meminit memmap_init_zone(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
5480                 unsigned long start_pfn, enum memmap_context context,
5481                 struct vmem_altmap *altmap)
5482 {
5483         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + size;
5484         struct page *page;
5485
5486         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
5487                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
5488
5489 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
5490         /*
5491          * Honor reservation requested by the driver for this ZONE_DEVICE
5492          * memory. We limit the total number of pages to initialize to just
5493          * those that might contain the memory mapping. We will defer the
5494          * ZONE_DEVICE page initialization until after we have released
5495          * the hotplug lock.
5496          */
5497         if (zone == ZONE_DEVICE) {
5498                 if (!altmap)
5499                         return;
5500
5501                 if (start_pfn == altmap->base_pfn)
5502                         start_pfn += altmap->reserve;
5503                 end_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
5504         }
5505 #endif
5506
5507         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
5508                 /*
5509                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s handed to this
5510                  * function.  They do not exist on hotplugged memory.
5511                  */
5512                 if (context == MEMMAP_EARLY) {
5513                         if (!early_pfn_valid(pfn))
5514                                 continue;
5515                         if (!early_pfn_in_nid(pfn, nid))
5516                                 continue;
5517                         if (overlap_memmap_init(zone, &pfn))
5518                                 continue;
5519                         if (defer_init(nid, pfn, end_pfn))
5520                                 break;
5521                 }
5522
5523                 page = pfn_to_page(pfn);
5524                 __init_single_page(page, pfn, zone, nid);
5525                 if (context == MEMMAP_HOTPLUG)
5526                         __SetPageReserved(page);
5527
5528                 /*
5529                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
5530                  * movable at startup. This will force kernel allocations
5531                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
5532                  * the address space during boot when many long-lived
5533                  * kernel allocations are made.
5534                  *
5535                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
5536                  * can be created for invalid pages (for alignment)
5537                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
5538                  * pfn out of zone.
5539                  */
5540                 if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1))) {
5541                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
5542                         cond_resched();
5543                 }
5544         }
5545 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
5546         /*
5547          * If the zone does not span the rest of the section then
5548          * we should at least initialize those pages. Otherwise we
5549          * could blow up on a poisoned page in some paths which depend
5550          * on full sections being initialized (e.g. memory hotplug).
5551          */
5552         while (end_pfn % PAGES_PER_SECTION) {
5553                 __init_single_page(pfn_to_page(end_pfn), end_pfn, zone, nid);
5554                 end_pfn++;
5555         }
5556 #endif
5557 }
5558
5559 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
5560 void __ref memmap_init_zone_device(struct zone *zone,
5561                                    unsigned long start_pfn,
5562                                    unsigned long size,
5563                                    struct dev_pagemap *pgmap)
5564 {
5565         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + size;
5566         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
5567         unsigned long zone_idx = zone_idx(zone);
5568         unsigned long start = jiffies;
5569         int nid = pgdat->node_id;
5570
5571         if (WARN_ON_ONCE(!pgmap || !is_dev_zone(zone)))
5572                 return;
5573
5574         /*
5575          * The call to memmap_init_zone should have already taken care
5576          * of the pages reserved for the memmap, so we can just jump to
5577          * the end of that region and start processing the device pages.
5578          */
5579         if (pgmap->altmap_valid) {
5580                 struct vmem_altmap *altmap = &pgmap->altmap;
5581
5582                 start_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
5583                 size = end_pfn - start_pfn;
5584         }
5585
5586         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
5587                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
5588
5589                 __init_single_page(page, pfn, zone_idx, nid);
5590
5591                 /*
5592                  * Mark page reserved as it will need to wait for onlining
5593                  * phase for it to be fully associated with a zone.
5594                  *
5595                  * We can use the non-atomic __set_bit operation for setting
5596                  * the flag as we are still initializing the pages.
5597                  */
5598                 __SetPageReserved(page);
5599
5600                 /*
5601                  * ZONE_DEVICE pages union ->lru with a ->pgmap back
5602                  * pointer and hmm_data.  It is a bug if a ZONE_DEVICE
5603                  * page is ever freed or placed on a driver-private list.
5604                  */
5605                 page->pgmap = pgmap;
5606                 page->hmm_data = 0;
5607
5608                 /*
5609                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
5610                  * movable at startup. This will force kernel allocations
5611                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
5612                  * the address space during boot when many long-lived
5613                  * kernel allocations are made.
5614                  *
5615                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
5616                  * can be created for invalid pages (for alignment)
5617                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
5618                  * pfn out of zone.
5619                  *
5620                  * Please note that MEMMAP_HOTPLUG path doesn't clear memmap
5621                  * because this is done early in sparse_add_one_section
5622                  */
5623                 if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1))) {
5624                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
5625                         cond_resched();
5626                 }
5627         }
5628
5629         pr_info("%s initialised, %lu pages in %ums\n", dev_name(pgmap->dev),
5630                 size, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
5631 }
5632
5633 #endif
5634 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
5635 {
5636         unsigned int order, t;
5637         for_each_migratetype_order(order, t) {
5638                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
5639                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
5640         }
5641 }
5642
5643 void __meminit __weak memmap_init(unsigned long size, int nid,
5644                                   unsigned long zone, unsigned long start_pfn)
5645 {
5646         memmap_init_zone(size, nid, zone, start_pfn, MEMMAP_EARLY, NULL);
5647 }
5648
5649 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
5650 {
5651 #ifdef CONFIG_MMU
5652         int batch;
5653
5654         /*
5655          * The per-cpu-pages pools are set to around 1000th of the
5656          * size of the zone.
5657          */
5658         batch = zone->managed_pages / 1024;
5659         /* But no more than a meg. */
5660         if (batch * PAGE_SIZE > 1024 * 1024)
5661                 batch = (1024 * 1024) / PAGE_SIZE;
5662         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
5663         if (batch < 1)
5664                 batch = 1;
5665
5666         /*
5667          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
5668          * of 2 value was found to be more likely to have
5669          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
5670          *
5671          * For example if 2 tasks are alternately allocating
5672          * batches of pages, one task can end up with a lot
5673          * of pages of one half of the possible page colors
5674          * and the other with pages of the other colors.
5675          */
5676         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
5677
5678         return batch;
5679
5680 #else
5681         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
5682          * conditions.
5683          *
5684          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
5685          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
5686          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
5687          *
5688          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
5689          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
5690          * can be a significant delay between the individual batches being
5691          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
5692          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
5693          */
5694         return 0;
5695 #endif
5696 }
5697
5698 /*
5699  * pcp->high and pcp->batch values are related and dependent on one another:
5700  * ->batch must never be higher then ->high.
5701  * The following function updates them in a safe manner without read side
5702  * locking.
5703  *
5704  * Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they can cope with
5705  * those fields changing asynchronously (acording the the above rule).
5706  *
5707  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
5708  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
5709  * exist).
5710  */
5711 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
5712                 unsigned long batch)
5713 {
5714        /* start with a fail safe value for batch */
5715         pcp->batch = 1;
5716         smp_wmb();
5717
5718        /* Update high, then batch, in order */
5719         pcp->high = high;
5720         smp_wmb();
5721
5722         pcp->batch = batch;
5723 }
5724
5725 /* a companion to pageset_set_high() */
5726 static void pageset_set_batch(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
5727 {
5728         pageset_update(&p->pcp, 6 * batch, max(1UL, 1 * batch));
5729 }
5730
5731 static void pageset_init(struct per_cpu_pageset *p)
5732 {
5733         struct per_cpu_pages *pcp;
5734         int migratetype;
5735
5736         memset(p, 0, sizeof(*p));
5737
5738         pcp = &p->pcp;
5739         pcp->count = 0;
5740         for (migratetype = 0; migratetype < MIGRATE_PCPTYPES; migratetype++)
5741                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[migratetype]);
5742 }
5743
5744 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
5745 {
5746         pageset_init(p);
5747         pageset_set_batch(p, batch);
5748 }
5749
5750 /*
5751  * pageset_set_high() sets the high water mark for hot per_cpu_pagelist
5752  * to the value high for the pageset p.
5753  */
5754 static void pageset_set_high(struct per_cpu_pageset *p,
5755                                 unsigned long high)
5756 {
5757         unsigned long batch = max(1UL, high / 4);
5758         if ((high / 4) > (PAGE_SHIFT * 8))
5759                 batch = PAGE_SHIFT * 8;
5760
5761         pageset_update(&p->pcp, high, batch);
5762 }
5763
5764 static void pageset_set_high_and_batch(struct zone *zone,
5765                                        struct per_cpu_pageset *pcp)
5766 {
5767         if (percpu_pagelist_fraction)
5768                 pageset_set_high(pcp,
5769                         (zone->managed_pages /
5770                                 percpu_pagelist_fraction));
5771         else
5772                 pageset_set_batch(pcp, zone_batchsize(zone));
5773 }
5774
5775 static void __meminit zone_pageset_init(struct zone *zone, int cpu)
5776 {
5777         struct per_cpu_pageset *pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
5778
5779         pageset_init(pcp);
5780         pageset_set_high_and_batch(zone, pcp);
5781 }
5782
5783 void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
5784 {
5785         int cpu;
5786         zone->pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pageset);
5787         for_each_possible_cpu(cpu)
5788                 zone_pageset_init(zone, cpu);
5789 }
5790
5791 /*
5792  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
5793  * Before this call only boot pagesets were available.
5794  */
5795 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
5796 {
5797         struct pglist_data *pgdat;
5798         struct zone *zone;
5799
5800         for_each_populated_zone(zone)
5801                 setup_zone_pageset(zone);
5802
5803         for_each_online_pgdat(pgdat)
5804                 pgdat->per_cpu_nodestats =
5805                         alloc_percpu(struct per_cpu_nodestat);
5806 }
5807
5808 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
5809 {
5810         /*
5811          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
5812          * relies on the ability of the linker to provide the
5813          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
5814          */
5815         zone->pageset = &boot_pageset;
5816
5817         if (populated_zone(zone))
5818                 printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n",
5819                         zone->name, zone->present_pages,
5820                                          zone_batchsize(zone));
5821 }
5822
5823 void __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
5824                                         unsigned long zone_start_pfn,
5825                                         unsigned long size)
5826 {
5827         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
5828         int zone_idx = zone_idx(zone) + 1;
5829
5830         if (zone_idx > pgdat->nr_zones)
5831                 pgdat->nr_zones = zone_idx;
5832
5833         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
5834
5835         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
5836                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
5837                         pgdat->node_id,
5838                         (unsigned long)zone_idx(zone),
5839                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
5840
5841         zone_init_free_lists(zone);
5842         zone->initialized = 1;
5843 }
5844
5845 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5846 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID
5847
5848 /*
5849  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
5850  */
5851 int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn,
5852                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
5853 {
5854         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5855         int nid;
5856
5857         if (state->last_start <= pfn && pfn < state->last_end)
5858                 return state->last_nid;
5859
5860         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
5861         if (nid != -1) {
5862                 state->last_start = start_pfn;
5863                 state->last_end = end_pfn;
5864                 state->last_nid = nid;
5865         }
5866
5867         return nid;
5868 }
5869 #endif /* CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID */
5870
5871 /**
5872  * free_bootmem_with_active_regions - Call memblock_free_early_nid for each active range
5873  * @nid: The node to free memory on. If MAX_NUMNODES, all nodes are freed.
5874  * @max_low_pfn: The highest PFN that will be passed to memblock_free_early_nid
5875  *
5876  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes
5877  * and may be freed, this this function may be used instead of calling
5878  * memblock_free_early_nid() manually.
5879  */
5880 void __init free_bootmem_with_active_regions(int nid, unsigned long max_low_pfn)
5881 {
5882         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5883         int i, this_nid;
5884
5885         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid) {
5886                 start_pfn = min(start_pfn, max_low_pfn);
5887                 end_pfn = min(end_pfn, max_low_pfn);
5888
5889                 if (start_pfn < end_pfn)
5890                         memblock_free_early_nid(PFN_PHYS(start_pfn),
5891                                         (end_pfn - start_pfn) << PAGE_SHIFT,
5892                                         this_nid);
5893         }
5894 }
5895
5896 /**
5897  * sparse_memory_present_with_active_regions - Call memory_present for each active range
5898  * @nid: The node to call memory_present for. If MAX_NUMNODES, all nodes will be used.
5899  *
5900  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes and may
5901  * be freed, this function may be used instead of calling memory_present() manually.
5902  */
5903 void __init sparse_memory_present_with_active_regions(int nid)
5904 {
5905         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5906         int i, this_nid;
5907
5908         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid)
5909                 memory_present(this_nid, start_pfn, end_pfn);
5910 }
5911
5912 /**
5913  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
5914  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
5915  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
5916  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
5917  *
5918  * It returns the start and end page frame of a node based on information
5919  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
5920  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
5921  * PFNs will be 0.
5922  */
5923 void __meminit get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
5924                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
5925 {
5926         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
5927         int i;
5928
5929         *start_pfn = -1UL;
5930         *end_pfn = 0;
5931
5932         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
5933                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
5934                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
5935         }
5936
5937         if (*start_pfn == -1UL)
5938                 *start_pfn = 0;
5939 }
5940
5941 /*
5942  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
5943  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
5944  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
5945  */
5946 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
5947 {
5948         int zone_index;
5949         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
5950                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
5951                         continue;
5952
5953                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
5954                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
5955                         break;
5956         }
5957
5958         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
5959         movable_zone = zone_index;
5960 }
5961
5962 /*
5963  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
5964  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
5965  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
5966  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
5967  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
5968  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
5969  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
5970  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
5971  */
5972 static void __meminit adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
5973                                         unsigned long zone_type,
5974                                         unsigned long node_start_pfn,
5975                                         unsigned long node_end_pfn,
5976                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5977                                         unsigned long *zone_end_pfn)
5978 {
5979         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
5980         if (zone_movable_pfn[nid]) {
5981                 /* Size ZONE_MOVABLE */
5982                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
5983                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
5984                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
5985                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
5986
5987                 /* Adjust for ZONE_MOVABLE starting within this range */
5988                 } else if (!mirrored_kernelcore &&
5989                         *zone_start_pfn < zone_movable_pfn[nid] &&
5990                         *zone_end_pfn > zone_movable_pfn[nid]) {
5991                         *zone_end_pfn = zone_movable_pfn[nid];
5992
5993                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
5994                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
5995                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
5996         }
5997 }
5998
5999 /*
6000  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
6001  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
6002  */
6003 static unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
6004                                         unsigned long zone_type,
6005                                         unsigned long node_start_pfn,
6006                                         unsigned long node_end_pfn,
6007                                         unsigned long *zone_start_pfn,
6008                                         unsigned long *zone_end_pfn,
6009                                         unsigned long *ignored)
6010 {
6011         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
6012         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
6013                 return 0;
6014
6015         /* Get the start and end of the zone */
6016         *zone_start_pfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
6017         *zone_end_pfn = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
6018         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
6019                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
6020                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6021
6022         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
6023         if (*zone_end_pfn < node_start_pfn || *zone_start_pfn > node_end_pfn)
6024                 return 0;
6025
6026         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
6027         *zone_end_pfn = min(*zone_end_pfn, node_end_pfn);
6028         *zone_start_pfn = max(*zone_start_pfn, node_start_pfn);
6029
6030         /* Return the spanned pages */
6031         return *zone_end_pfn - *zone_start_pfn;
6032 }
6033
6034 /*
6035  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
6036  * then all holes in the requested range will be accounted for.
6037  */
6038 unsigned long __meminit __absent_pages_in_range(int nid,
6039                                 unsigned long range_start_pfn,
6040                                 unsigned long range_end_pfn)
6041 {
6042         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
6043         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6044         int i;
6045
6046         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
6047                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
6048                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
6049                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
6050         }
6051         return nr_absent;
6052 }
6053
6054 /**
6055  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
6056  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
6057  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
6058  *
6059  * It returns the number of pages frames in memory holes within a range.
6060  */
6061 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
6062                                                         unsigned long end_pfn)
6063 {
6064         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
6065 }
6066
6067 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
6068 static unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
6069                                         unsigned long zone_type,
6070                                         unsigned long node_start_pfn,
6071                                         unsigned long node_end_pfn,
6072                                         unsigned long *ignored)
6073 {
6074         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
6075         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
6076         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
6077         unsigned long nr_absent;
6078
6079         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
6080         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
6081                 return 0;
6082
6083         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
6084         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
6085
6086         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
6087                         node_start_pfn, node_end_pfn,
6088                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
6089         nr_absent = __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6090
6091         /*
6092          * ZONE_MOVABLE handling.
6093          * Treat pages to be ZONE_MOVABLE in ZONE_NORMAL as absent pages
6094          * and vice versa.
6095          */
6096         if (mirrored_kernelcore && zone_movable_pfn[nid]) {
6097                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
6098                 struct memblock_region *r;
6099
6100                 for_each_memblock(memory, r) {
6101                         start_pfn = clamp(memblock_region_memory_base_pfn(r),
6102                                           zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6103                         end_pfn = clamp(memblock_region_memory_end_pfn(r),
6104                                         zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6105
6106                         if (zone_type == ZONE_MOVABLE &&
6107                             memblock_is_mirror(r))
6108                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
6109
6110                         if (zone_type == ZONE_NORMAL &&
6111                             !memblock_is_mirror(r))
6112                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
6113                 }
6114         }
6115
6116         return nr_absent;
6117 }
6118
6119 #else /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6120 static inline unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
6121                                         unsigned long zone_type,
6122                                         unsigned long node_start_pfn,
6123                                         unsigned long node_end_pfn,
6124                                         unsigned long *zone_start_pfn,
6125                                         unsigned long *zone_end_pfn,
6126                                         unsigned long *zones_size)
6127 {
6128         unsigned int zone;
6129
6130         *zone_start_pfn = node_start_pfn;
6131         for (zone = 0; zone < zone_type; zone++)
6132                 *zone_start_pfn += zones_size[zone];
6133
6134         *zone_end_pfn = *zone_start_pfn + zones_size[zone_type];
6135
6136         return zones_size[zone_type];
6137 }
6138
6139 static inline unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
6140                                                 unsigned long zone_type,
6141                                                 unsigned long node_start_pfn,
6142                                                 unsigned long node_end_pfn,
6143                                                 unsigned long *zholes_size)
6144 {
6145         if (!zholes_size)
6146                 return 0;
6147
6148         return zholes_size[zone_type];
6149 }
6150
6151 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6152
6153 static void __meminit calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
6154                                                 unsigned long node_start_pfn,
6155                                                 unsigned long node_end_pfn,
6156                                                 unsigned long *zones_size,
6157                                                 unsigned long *zholes_size)
6158 {
6159         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
6160         enum zone_type i;
6161
6162         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6163                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
6164                 unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
6165                 unsigned long size, real_size;
6166
6167                 size = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
6168                                                   node_start_pfn,
6169                                                   node_end_pfn,
6170                                                   &zone_start_pfn,
6171                                                   &zone_end_pfn,
6172                                                   zones_size);
6173                 real_size = size - zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
6174                                                   node_start_pfn, node_end_pfn,
6175                                                   zholes_size);
6176                 if (size)
6177                         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
6178                 else
6179                         zone->zone_start_pfn = 0;
6180                 zone->spanned_pages = size;
6181                 zone->present_pages = real_size;
6182
6183                 totalpages += size;
6184                 realtotalpages += real_size;
6185         }
6186
6187         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
6188         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
6189         printk(KERN_DEBUG "On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id,
6190                                                         realtotalpages);
6191 }
6192
6193 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
6194 /*
6195  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
6196  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
6197  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
6198  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
6199  * bytes.
6200  */
6201 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
6202 {
6203         unsigned long usemapsize;
6204
6205         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
6206         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
6207         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
6208         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
6209         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
6210
6211         return usemapsize / 8;
6212 }
6213
6214 static void __ref setup_usemap(struct pglist_data *pgdat,
6215                                 struct zone *zone,
6216                                 unsigned long zone_start_pfn,
6217                                 unsigned long zonesize)
6218 {
6219         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone_start_pfn, zonesize);
6220         zone->pageblock_flags = NULL;
6221         if (usemapsize)
6222                 zone->pageblock_flags =
6223                         memblock_alloc_node_nopanic(usemapsize,
6224                                                          pgdat->node_id);
6225 }
6226 #else
6227 static inline void setup_usemap(struct pglist_data *pgdat, struct zone *zone,
6228                                 unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize) {}
6229 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
6230
6231 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
6232
6233 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
6234 void __init set_pageblock_order(void)
6235 {
6236         unsigned int order;
6237
6238         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
6239         if (pageblock_order)
6240                 return;
6241
6242         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT)
6243                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
6244         else
6245                 order = MAX_ORDER - 1;
6246
6247         /*
6248          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
6249          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
6250          * powerpc.
6251          */
6252         pageblock_order = order;
6253 }
6254 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
6255
6256 /*
6257  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
6258  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
6259  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
6260  * the kernel config
6261  */
6262 void __init set_pageblock_order(void)
6263 {
6264 }
6265
6266 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
6267
6268 static unsigned long __init calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
6269                                                 unsigned long present_pages)
6270 {
6271         unsigned long pages = spanned_pages;
6272
6273         /*
6274          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
6275          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
6276          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
6277          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
6278          * populated regions may not be naturally aligned on page boundary.
6279          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
6280          */
6281         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
6282             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
6283                 pages = present_pages;
6284
6285         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
6286 }
6287
6288 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
6289 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat)
6290 {
6291         spin_lock_init(&pgdat->split_queue_lock);
6292         INIT_LIST_HEAD(&pgdat->split_queue);
6293         pgdat->split_queue_len = 0;
6294 }
6295 #else
6296 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat) {}
6297 #endif
6298
6299 #ifdef CONFIG_COMPACTION
6300 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat)
6301 {
6302         init_waitqueue_head(&pgdat->kcompactd_wait);
6303 }
6304 #else
6305 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat) {}
6306 #endif
6307
6308 static void __meminit pgdat_init_internals(struct pglist_data *pgdat)
6309 {
6310         pgdat_resize_init(pgdat);
6311
6312         pgdat_init_split_queue(pgdat);
6313         pgdat_init_kcompactd(pgdat);
6314
6315         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
6316         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
6317
6318         pgdat_page_ext_init(pgdat);
6319         spin_lock_init(&pgdat->lru_lock);
6320         lruvec_init(node_lruvec(pgdat));
6321 }
6322
6323 static void __meminit zone_init_internals(struct zone *zone, enum zone_type idx, int nid,
6324                                                         unsigned long remaining_pages)
6325 {
6326         zone->managed_pages = remaining_pages;
6327         zone_set_nid(zone, nid);
6328         zone->name = zone_names[idx];
6329         zone->zone_pgdat = NODE_DATA(nid);
6330         spin_lock_init(&zone->lock);
6331         zone_seqlock_init(zone);
6332         zone_pcp_init(zone);
6333 }
6334
6335 /*
6336  * Set up the zone data structures
6337  * - init pgdat internals
6338  * - init all zones belonging to this node
6339  *
6340  * NOTE: this function is only called during memory hotplug
6341  */
6342 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
6343 void __ref free_area_init_core_hotplug(int nid)
6344 {
6345         enum zone_type z;
6346         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6347
6348         pgdat_init_internals(pgdat);
6349         for (z = 0; z < MAX_NR_ZONES; z++)
6350                 zone_init_internals(&pgdat->node_zones[z], z, nid, 0);
6351 }
6352 #endif
6353
6354 /*
6355  * Set up the zone data structures:
6356  *   - mark all pages reserved
6357  *   - mark all memory queues empty
6358  *   - clear the memory bitmaps
6359  *
6360  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
6361  * NOTE: this function is only called during early init.
6362  */
6363 static void __init free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat)
6364 {
6365         enum zone_type j;
6366         int nid = pgdat->node_id;
6367
6368         pgdat_init_internals(pgdat);
6369         pgdat->per_cpu_nodestats = &boot_nodestats;
6370
6371         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6372                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
6373                 unsigned long size, freesize, memmap_pages;
6374                 unsigned long zone_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
6375
6376                 size = zone->spanned_pages;
6377                 freesize = zone->present_pages;
6378
6379                 /*
6380                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
6381                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
6382                  * and per-cpu initialisations
6383                  */
6384                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, freesize);
6385                 if (!is_highmem_idx(j)) {
6386                         if (freesize >= memmap_pages) {
6387                                 freesize -= memmap_pages;
6388                                 if (memmap_pages)
6389                                         printk(KERN_DEBUG
6390                                                "  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
6391                                                zone_names[j], memmap_pages);
6392                         } else
6393                                 pr_warn("  %s zone: %lu pages exceeds freesize %lu\n",
6394                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
6395                 }
6396
6397                 /* Account for reserved pages */
6398                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
6399                         freesize -= dma_reserve;
6400                         printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages reserved\n",
6401                                         zone_names[0], dma_reserve);
6402                 }
6403
6404                 if (!is_highmem_idx(j))
6405                         nr_kernel_pages += freesize;
6406                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
6407                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
6408                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
6409                 nr_all_pages += freesize;
6410
6411                 /*
6412                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
6413                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
6414                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
6415                  */
6416                 zone_init_internals(zone, j, nid, freesize);
6417
6418                 if (!size)
6419                         continue;
6420
6421                 set_pageblock_order();
6422                 setup_usemap(pgdat, zone, zone_start_pfn, size);
6423                 init_currently_empty_zone(zone, zone_start_pfn, size);
6424                 memmap_init(size, nid, j, zone_start_pfn);
6425         }
6426 }
6427
6428 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
6429 static void __ref alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
6430 {
6431         unsigned long __maybe_unused start = 0;
6432         unsigned long __maybe_unused offset = 0;
6433
6434         /* Skip empty nodes */
6435         if (!pgdat->node_spanned_pages)
6436                 return;
6437
6438         start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
6439         offset = pgdat->node_start_pfn - start;
6440         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
6441         if (!pgdat->node_mem_map) {
6442                 unsigned long size, end;
6443                 struct page *map;
6444
6445                 /*
6446                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
6447                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
6448                  * for the buddy allocator to function correctly.
6449                  */
6450                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
6451                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
6452                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
6453                 map = memblock_alloc_node_nopanic(size, pgdat->node_id);
6454                 pgdat->node_mem_map = map + offset;
6455         }
6456         pr_debug("%s: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
6457                                 __func__, pgdat->node_id, (unsigned long)pgdat,
6458                                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
6459 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
6460         /*
6461          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
6462          */
6463         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
6464                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
6465 #if defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP) || defined(CONFIG_FLATMEM)
6466                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
6467                         mem_map -= offset;
6468 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6469         }
6470 #endif
6471 }
6472 #else
6473 static void __ref alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat) { }
6474 #endif /* CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
6475
6476 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
6477 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat)
6478 {
6479         /*
6480          * We start only with one section of pages, more pages are added as
6481          * needed until the rest of deferred pages are initialized.
6482          */
6483         pgdat->static_init_pgcnt = min_t(unsigned long, PAGES_PER_SECTION,
6484                                                 pgdat->node_spanned_pages);
6485         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
6486 }
6487 #else
6488 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat) {}
6489 #endif
6490
6491 void __init free_area_init_node(int nid, unsigned long *zones_size,
6492                                    unsigned long node_start_pfn,
6493                                    unsigned long *zholes_size)
6494 {
6495         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6496         unsigned long start_pfn = 0;
6497         unsigned long end_pfn = 0;
6498
6499         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
6500         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->kswapd_classzone_idx);
6501
6502         pgdat->node_id = nid;
6503         pgdat->node_start_pfn = node_start_pfn;
6504         pgdat->per_cpu_nodestats = NULL;
6505 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
6506         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
6507         pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
6508                 (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
6509                 end_pfn ? ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1 : 0);
6510 #else
6511         start_pfn = node_start_pfn;
6512 #endif
6513         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn,
6514                                   zones_size, zholes_size);
6515
6516         alloc_node_mem_map(pgdat);
6517         pgdat_set_deferred_range(pgdat);
6518
6519         free_area_init_core(pgdat);
6520 }
6521
6522 #if !defined(CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP)
6523 /*
6524  * Zero all valid struct pages in range [spfn, epfn), return number of struct
6525  * pages zeroed
6526  */
6527 static u64 zero_pfn_range(unsigned long spfn, unsigned long epfn)
6528 {
6529         unsigned long pfn;
6530         u64 pgcnt = 0;
6531
6532         for (pfn = spfn; pfn < epfn; pfn++) {
6533                 if (!pfn_valid(ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages))) {
6534                         pfn = ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages)
6535                                 + pageblock_nr_pages - 1;
6536                         continue;
6537                 }
6538                 mm_zero_struct_page(pfn_to_page(pfn));
6539                 pgcnt++;
6540         }
6541
6542         return pgcnt;
6543 }
6544
6545 /*
6546  * Only struct pages that are backed by physical memory are zeroed and
6547  * initialized by going through __init_single_page(). But, there are some
6548  * struct pages which are reserved in memblock allocator and their fields
6549  * may be accessed (for example page_to_pfn() on some configuration accesses
6550  * flags). We must explicitly zero those struct pages.
6551  *
6552  * This function also addresses a similar issue where struct pages are left
6553  * uninitialized because the physical address range is not covered by
6554  * memblock.memory or memblock.reserved. That could happen when memblock
6555  * layout is manually configured via memmap=.
6556  */
6557 void __init zero_resv_unavail(void)
6558 {
6559         phys_addr_t start, end;
6560         u64 i, pgcnt;
6561         phys_addr_t next = 0;
6562
6563         /*
6564          * Loop through unavailable ranges not covered by memblock.memory.
6565          */
6566         pgcnt = 0;
6567         for_each_mem_range(i, &memblock.memory, NULL,
6568                         NUMA_NO_NODE, MEMBLOCK_NONE, &start, &end, NULL) {
6569                 if (next < start)
6570                         pgcnt += zero_pfn_range(PFN_DOWN(next), PFN_UP(start));
6571                 next = end;
6572         }
6573         pgcnt += zero_pfn_range(PFN_DOWN(next), max_pfn);
6574
6575         /*
6576          * Struct pages that do not have backing memory. This could be because
6577          * firmware is using some of this memory, or for some other reasons.
6578          */
6579         if (pgcnt)
6580                 pr_info("Zeroed struct page in unavailable ranges: %lld pages", pgcnt);
6581 }
6582 #endif /* !CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
6583
6584 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
6585
6586 #if MAX_NUMNODES > 1
6587 /*
6588  * Figure out the number of possible node ids.
6589  */
6590 void __init setup_nr_node_ids(void)
6591 {
6592         unsigned int highest;
6593
6594         highest = find_last_bit(node_possible_map.bits, MAX_NUMNODES);
6595         nr_node_ids = highest + 1;
6596 }
6597 #endif
6598
6599 /**
6600  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
6601  *
6602  * This function should be called after node map is populated and sorted.
6603  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
6604  * all the nodes.
6605  *
6606  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
6607  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
6608  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
6609  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
6610  *
6611  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
6612  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
6613  * populated node map.
6614  *
6615  * Returns the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
6616  * requirement (single node).
6617  */
6618 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
6619 {
6620         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
6621         unsigned long start, end, mask;
6622         int last_nid = -1;
6623         int i, nid;
6624
6625         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
6626                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
6627                         last_nid = nid;
6628                         last_end = end;
6629                         continue;
6630                 }
6631
6632                 /*
6633                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
6634                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
6635                  * too coarse to separate the current node from the last.
6636                  */
6637                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
6638                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
6639                         mask <<= 1;
6640
6641                 /* accumulate all internode masks */
6642                 accl_mask |= mask;
6643         }
6644
6645         /* convert mask to number of pages */
6646         return ~accl_mask + 1;
6647 }
6648
6649 /* Find the lowest pfn for a node */
6650 static unsigned long __init find_min_pfn_for_node(int nid)
6651 {
6652         unsigned long min_pfn = ULONG_MAX;
6653         unsigned long start_pfn;
6654         int i;
6655
6656         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, NULL, NULL)
6657                 min_pfn = min(min_pfn, start_pfn);
6658
6659         if (min_pfn == ULONG_MAX) {
6660                 pr_warn("Could not find start_pfn for node %d\n", nid);
6661                 return 0;
6662         }
6663
6664         return min_pfn;
6665 }
6666
6667 /**
6668  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
6669  *
6670  * It returns the minimum PFN based on information provided via
6671  * memblock_set_node().
6672  */
6673 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
6674 {
6675         return find_min_pfn_for_node(MAX_NUMNODES);
6676 }
6677
6678 /*
6679  * early_calculate_totalpages()
6680  * Sum pages in active regions for movable zone.
6681  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
6682  */
6683 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
6684 {
6685         unsigned long totalpages = 0;
6686         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6687         int i, nid;
6688
6689         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
6690                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
6691
6692                 totalpages += pages;
6693                 if (pages)
6694                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
6695         }
6696         return totalpages;
6697 }
6698
6699 /*
6700  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
6701  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
6702  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
6703  * others
6704  */
6705 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
6706 {
6707         int i, nid;
6708         unsigned long usable_startpfn;
6709         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
6710         /* save the state before borrow the nodemask */
6711         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
6712         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
6713         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
6714         struct memblock_region *r;
6715
6716         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
6717         find_usable_zone_for_movable();
6718
6719         /*
6720          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
6721          * options.
6722          */
6723         if (movable_node_is_enabled()) {
6724                 for_each_memblock(memory, r) {
6725                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
6726                                 continue;
6727
6728                         nid = r->nid;
6729
6730                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
6731                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
6732                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
6733                                 usable_startpfn;
6734                 }
6735
6736                 goto out2;
6737         }
6738
6739         /*
6740          * If kernelcore=mirror is specified, ignore movablecore option
6741          */
6742         if (mirrored_kernelcore) {
6743                 bool mem_below_4gb_not_mirrored = false;
6744
6745                 for_each_memblock(memory, r) {
6746                         if (memblock_is_mirror(r))
6747                                 continue;
6748
6749                         nid = r->nid;
6750
6751                         usable_startpfn = memblock_region_memory_base_pfn(r);
6752
6753                         if (usable_startpfn < 0x100000) {
6754                                 mem_below_4gb_not_mirrored = true;
6755                                 continue;
6756                         }
6757
6758                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
6759                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
6760                                 usable_startpfn;
6761                 }
6762
6763                 if (mem_below_4gb_not_mirrored)
6764                         pr_warn("This configuration results in unmirrored kernel memory.");
6765
6766                 goto out2;
6767         }
6768
6769         /*
6770          * If kernelcore=nn% or movablecore=nn% was specified, calculate the
6771          * amount of necessary memory.
6772          */
6773         if (required_kernelcore_percent)
6774                 required_kernelcore = (totalpages * 100 * required_kernelcore_percent) /
6775                                        10000UL;
6776         if (required_movablecore_percent)
6777                 required_movablecore = (totalpages * 100 * required_movablecore_percent) /
6778                                         10000UL;
6779
6780         /*
6781          * If movablecore= was specified, calculate what size of
6782          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
6783          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
6784          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
6785          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
6786          * what movablecore would have allowed.
6787          */
6788         if (required_movablecore) {
6789                 unsigned long corepages;
6790
6791                 /*
6792                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
6793                  * was requested by the user
6794                  */
6795                 required_movablecore =
6796                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
6797                 required_movablecore = min(totalpages, required_movablecore);
6798                 corepages = totalpages - required_movablecore;
6799
6800                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
6801         }
6802
6803         /*
6804          * If kernelcore was not specified or kernelcore size is larger
6805          * than totalpages, there is no ZONE_MOVABLE.
6806          */
6807         if (!required_kernelcore || required_kernelcore >= totalpages)
6808                 goto out;
6809
6810         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
6811         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
6812
6813 restart:
6814         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
6815         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
6816         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
6817                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
6818
6819                 /*
6820                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
6821                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
6822                  * amount of memory for the kernel
6823                  */
6824                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
6825                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
6826
6827                 /*
6828                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
6829                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
6830                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
6831                  */
6832                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
6833
6834                 /* Go through each range of PFNs within this node */
6835                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
6836                         unsigned long size_pages;
6837
6838                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
6839                         if (start_pfn >= end_pfn)
6840                                 continue;
6841
6842                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
6843                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
6844                                 unsigned long kernel_pages;
6845                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
6846                                                                 - start_pfn;
6847
6848                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
6849                                                         kernelcore_remaining);
6850                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
6851                                                         required_kernelcore);
6852
6853                                 /* Continue if range is now fully accounted */
6854                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
6855
6856                                         /*
6857                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
6858                                          * that if we have to rebalance
6859                                          * kernelcore across nodes, we will
6860                                          * not double account here
6861                                          */
6862                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
6863                                         continue;
6864                                 }
6865                                 start_pfn = usable_startpfn;
6866                         }
6867
6868                         /*
6869                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
6870                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
6871                          * number of pages used as kernelcore
6872                          */
6873                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
6874                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
6875                                 size_pages = kernelcore_remaining;
6876                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
6877
6878                         /*
6879                          * Some kernelcore has been met, update counts and
6880                          * break if the kernelcore for this node has been
6881                          * satisfied
6882                          */
6883                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
6884                                                                 size_pages);
6885                         kernelcore_remaining -= size_pages;
6886                         if (!kernelcore_remaining)
6887                                 break;
6888                 }
6889         }
6890
6891         /*
6892          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
6893          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
6894          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
6895          * satisfied
6896          */
6897         usable_nodes--;
6898         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
6899                 goto restart;
6900
6901 out2:
6902         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
6903         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++)
6904                 zone_movable_pfn[nid] =
6905                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
6906
6907 out:
6908         /* restore the node_state */
6909         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
6910 }
6911
6912 /* Any regular or high memory on that node ? */
6913 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
6914 {
6915         enum zone_type zone_type;
6916
6917         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
6918                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
6919                 if (populated_zone(zone)) {
6920                         if (IS_ENABLED(CONFIG_HIGHMEM))
6921                                 node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
6922                         if (zone_type <= ZONE_NORMAL)
6923                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
6924                         break;
6925                 }
6926         }
6927 }
6928
6929 /**
6930  * free_area_init_nodes - Initialise all pg_data_t and zone data
6931  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
6932  *
6933  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
6934  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
6935  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
6936  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
6937  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
6938  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
6939  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
6940  * at arch_max_dma_pfn.
6941  */
6942 void __init free_area_init_nodes(unsigned long *max_zone_pfn)
6943 {
6944         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6945         int i, nid;
6946
6947         /* Record where the zone boundaries are */
6948         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
6949                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
6950         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
6951                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
6952
6953         start_pfn = find_min_pfn_with_active_regions();
6954
6955         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6956                 if (i == ZONE_MOVABLE)
6957                         continue;
6958
6959                 end_pfn = max(max_zone_pfn[i], start_pfn);
6960                 arch_zone_lowest_possible_pfn[i] = start_pfn;
6961                 arch_zone_highest_possible_pfn[i] = end_pfn;
6962
6963                 start_pfn = end_pfn;
6964         }
6965
6966         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
6967         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
6968         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
6969
6970         /* Print out the zone ranges */
6971         pr_info("Zone ranges:\n");
6972         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6973                 if (i == ZONE_MOVABLE)
6974                         continue;
6975                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
6976                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
6977                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
6978                         pr_cont("empty\n");
6979                 else
6980                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
6981                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
6982                                         << PAGE_SHIFT,
6983                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
6984                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
6985         }
6986
6987         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
6988         pr_info("Movable zone start for each node\n");
6989         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
6990                 if (zone_movable_pfn[i])
6991                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
6992                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
6993         }
6994
6995         /* Print out the early node map */
6996         pr_info("Early memory node ranges\n");
6997         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid)
6998                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
6999                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
7000                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
7001
7002         /* Initialise every node */
7003         mminit_verify_pageflags_layout();
7004         setup_nr_node_ids();
7005         zero_resv_unavail();
7006         for_each_online_node(nid) {
7007                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
7008                 free_area_init_node(nid, NULL,
7009                                 find_min_pfn_for_node(nid), NULL);
7010
7011                 /* Any memory on that node */
7012                 if (pgdat->node_present_pages)
7013                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
7014                 check_for_memory(pgdat, nid);
7015         }
7016 }
7017
7018 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core,
7019                                      unsigned long *percent)
7020 {
7021         unsigned long long coremem;
7022         char *endptr;
7023
7024         if (!p)
7025                 return -EINVAL;
7026
7027         /* Value may be a percentage of total memory, otherwise bytes */
7028         coremem = simple_strtoull(p, &endptr, 0);
7029         if (*endptr == '%') {
7030                 /* Paranoid check for percent values greater than 100 */
7031                 WARN_ON(coremem > 100);
7032
7033                 *percent = coremem;
7034         } else {
7035                 coremem = memparse(p, &p);
7036                 /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
7037                 WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
7038
7039                 *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
7040                 *percent = 0UL;
7041         }
7042         return 0;
7043 }
7044
7045 /*
7046  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
7047  * cannot be reclaimed or migrated.
7048  */
7049 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
7050 {
7051         /* parse kernelcore=mirror */
7052         if (parse_option_str(p, "mirror")) {
7053                 mirrored_kernelcore = true;
7054                 return 0;
7055         }
7056
7057         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore,
7058                                   &required_kernelcore_percent);
7059 }
7060
7061 /*
7062  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
7063  * can be reclaimed or migrated.
7064  */
7065 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
7066 {
7067         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore,
7068                                   &required_movablecore_percent);
7069 }
7070
7071 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
7072 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
7073
7074 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
7075
7076 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
7077 {
7078         spin_lock(&managed_page_count_lock);
7079         page_zone(page)->managed_pages += count;
7080         totalram_pages += count;
7081 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
7082         if (PageHighMem(page))
7083                 totalhigh_pages += count;
7084 #endif
7085         spin_unlock(&managed_page_count_lock);
7086 }
7087 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
7088
7089 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, char *s)
7090 {
7091         void *pos;
7092         unsigned long pages = 0;
7093
7094         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
7095         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
7096         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
7097                 struct page *page = virt_to_page(pos);
7098                 void *direct_map_addr;
7099
7100                 /*
7101                  * 'direct_map_addr' might be different from 'pos'
7102                  * because some architectures' virt_to_page()
7103                  * work with aliases.  Getting the direct map
7104                  * address ensures that we get a _writeable_
7105                  * alias for the memset().
7106                  */
7107                 direct_map_addr = page_address(page);
7108                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
7109                         memset(direct_map_addr, poison, PAGE_SIZE);
7110
7111                 free_reserved_page(page);
7112         }
7113
7114         if (pages && s)
7115                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK\n",
7116                         s, pages << (PAGE_SHIFT - 10));
7117
7118         return pages;
7119 }
7120 EXPORT_SYMBOL(free_reserved_area);
7121
7122 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7123 void free_highmem_page(struct page *page)
7124 {
7125         __free_reserved_page(page);
7126         totalram_pages++;
7127         page_zone(page)->managed_pages++;
7128         totalhigh_pages++;
7129 }
7130 #endif
7131
7132
7133 void __init mem_init_print_info(const char *str)
7134 {
7135         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
7136         unsigned long init_code_size, init_data_size;
7137
7138         physpages = get_num_physpages();
7139         codesize = _etext - _stext;
7140         datasize = _edata - _sdata;
7141         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
7142         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
7143         init_data_size = __init_end - __init_begin;
7144         init_code_size = _einittext - _sinittext;
7145
7146         /*
7147          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
7148          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
7149          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
7150          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
7151          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
7152          */
7153 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
7154         do { \
7155                 if (start <= pos && pos < end && size > adj) \
7156                         size -= adj; \
7157         } while (0)
7158
7159         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
7160                      _sinittext, init_code_size);
7161         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
7162         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
7163         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
7164         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
7165
7166 #undef  adj_init_size
7167
7168         pr_info("Memory: %luK/%luK available (%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, %luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
7169 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7170                 ", %luK highmem"
7171 #endif
7172                 "%s%s)\n",
7173                 nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
7174                 physpages << (PAGE_SHIFT - 10),
7175                 codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
7176                 (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
7177                 (physpages - totalram_pages - totalcma_pages) << (PAGE_SHIFT - 10),
7178                 totalcma_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
7179 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7180                 totalhigh_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
7181 #endif
7182                 str ? ", " : "", str ? str : "");
7183 }
7184
7185 /**
7186  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
7187  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
7188  *
7189  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by managed_pages.
7190  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
7191  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
7192  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
7193  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
7194  * smaller per-cpu batchsize.
7195  */
7196 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
7197 {
7198         dma_reserve = new_dma_reserve;
7199 }
7200
7201 void __init free_area_init(unsigned long *zones_size)
7202 {
7203         zero_resv_unavail();
7204         free_area_init_node(0, zones_size,
7205                         __pa(PAGE_OFFSET) >> PAGE_SHIFT, NULL);
7206 }
7207
7208 static int page_alloc_cpu_dead(unsigned int cpu)
7209 {
7210
7211         lru_add_drain_cpu(cpu);
7212         drain_pages(cpu);
7213
7214         /*
7215          * Spill the event counters of the dead processor
7216          * into the current processors event counters.
7217          * This artificially elevates the count of the current
7218          * processor.
7219          */
7220         vm_events_fold_cpu(cpu);
7221
7222         /*
7223          * Zero the differential counters of the dead processor
7224          * so that the vm statistics are consistent.
7225          *
7226          * This is only okay since the processor is dead and cannot
7227          * race with what we are doing.
7228          */
7229         cpu_vm_stats_fold(cpu);
7230         return 0;
7231 }
7232
7233 void __init page_alloc_init(void)
7234 {
7235         int ret;
7236
7237         ret = cpuhp_setup_state_nocalls(CPUHP_PAGE_ALLOC_DEAD,
7238                                         "mm/page_alloc:dead", NULL,
7239                                         page_alloc_cpu_dead);
7240         WARN_ON(ret < 0);
7241 }
7242
7243 /*
7244  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
7245  *      or min_free_kbytes changes.
7246  */
7247 static void calculate_totalreserve_pages(void)
7248 {
7249         struct pglist_data *pgdat;
7250         unsigned long reserve_pages = 0;
7251         enum zone_type i, j;
7252
7253         for_each_online_pgdat(pgdat) {
7254
7255                 pgdat->totalreserve_pages = 0;
7256
7257                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7258                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
7259                         long max = 0;
7260
7261                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
7262                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
7263                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
7264                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
7265                         }
7266
7267                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
7268                         max += high_wmark_pages(zone);
7269
7270                         if (max > zone->managed_pages)
7271                                 max = zone->managed_pages;
7272
7273                         pgdat->totalreserve_pages += max;
7274
7275                         reserve_pages += max;
7276                 }
7277         }
7278         totalreserve_pages = reserve_pages;
7279 }
7280
7281 /*
7282  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
7283  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
7284  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
7285  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
7286  */
7287 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
7288 {
7289         struct pglist_data *pgdat;
7290         enum zone_type j, idx;
7291
7292         for_each_online_pgdat(pgdat) {
7293                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
7294                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
7295                         unsigned long managed_pages = zone->managed_pages;
7296
7297                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
7298
7299                         idx = j;
7300                         while (idx) {
7301                                 struct zone *lower_zone;
7302
7303                                 idx--;
7304                                 lower_zone = pgdat->node_zones + idx;
7305
7306                                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] < 1) {
7307                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] = 0;
7308                                         lower_zone->lowmem_reserve[j] = 0;
7309                                 } else {
7310                                         lower_zone->lowmem_reserve[j] =
7311                                                 managed_pages / sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx];
7312                                 }
7313                                 managed_pages += lower_zone->managed_pages;
7314                         }
7315                 }
7316         }
7317
7318         /* update totalreserve_pages */
7319         calculate_totalreserve_pages();
7320 }
7321
7322 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
7323 {
7324         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
7325         unsigned long lowmem_pages = 0;
7326         struct zone *zone;
7327         unsigned long flags;
7328
7329         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
7330         for_each_zone(zone) {
7331                 if (!is_highmem(zone))
7332                         lowmem_pages += zone->managed_pages;
7333         }
7334
7335         for_each_zone(zone) {
7336                 u64 tmp;
7337
7338                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7339                 tmp = (u64)pages_min * zone->managed_pages;
7340                 do_div(tmp, lowmem_pages);
7341                 if (is_highmem(zone)) {
7342                         /*
7343                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
7344                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
7345                          * value here.
7346                          *
7347                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
7348                          * deltas control asynch page reclaim, and so should
7349                          * not be capped for highmem.
7350                          */
7351                         unsigned long min_pages;
7352
7353                         min_pages = zone->managed_pages / 1024;
7354                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
7355                         zone->watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
7356                 } else {
7357                         /*
7358                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
7359                          * proportionate to the zone's size.
7360                          */
7361                         zone->watermark[WMARK_MIN] = tmp;
7362                 }
7363
7364                 /*
7365                  * Set the kswapd watermarks distance according to the
7366                  * scale factor in proportion to available memory, but
7367                  * ensure a minimum size on small systems.
7368                  */
7369                 tmp = max_t(u64, tmp >> 2,
7370                             mult_frac(zone->managed_pages,
7371                                       watermark_scale_factor, 10000));
7372
7373                 zone->watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + tmp;
7374                 zone->watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) + tmp * 2;
7375
7376                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7377         }
7378
7379         /* update totalreserve_pages */
7380         calculate_totalreserve_pages();
7381 }
7382
7383 /**
7384  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
7385  * or when memory is hot-{added|removed}
7386  *
7387  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
7388  * correctly with respect to min_free_kbytes.
7389  */
7390 void setup_per_zone_wmarks(void)
7391 {
7392         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
7393
7394         spin_lock(&lock);
7395         __setup_per_zone_wmarks();
7396         spin_unlock(&lock);
7397 }
7398
7399 /*
7400  * Initialise min_free_kbytes.
7401  *
7402  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
7403  * we want it large (64MB max).  But it is not linear, because network
7404  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
7405  *
7406  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
7407  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
7408  *
7409  * which yields
7410  *
7411  * 16MB:        512k
7412  * 32MB:        724k
7413  * 64MB:        1024k
7414  * 128MB:       1448k
7415  * 256MB:       2048k
7416  * 512MB:       2896k
7417  * 1024MB:      4096k
7418  * 2048MB:      5792k
7419  * 4096MB:      8192k
7420  * 8192MB:      11584k
7421  * 16384MB:     16384k
7422  */
7423 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
7424 {
7425         unsigned long lowmem_kbytes;
7426         int new_min_free_kbytes;
7427
7428         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
7429         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
7430
7431         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes) {
7432                 min_free_kbytes = new_min_free_kbytes;
7433                 if (min_free_kbytes < 128)
7434                         min_free_kbytes = 128;
7435                 if (min_free_kbytes > 65536)
7436                         min_free_kbytes = 65536;
7437         } else {
7438                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
7439                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
7440         }
7441         setup_per_zone_wmarks();
7442         refresh_zone_stat_thresholds();
7443         setup_per_zone_lowmem_reserve();
7444
7445 #ifdef CONFIG_NUMA
7446         setup_min_unmapped_ratio();
7447         setup_min_slab_ratio();
7448 #endif
7449
7450         return 0;
7451 }
7452 core_initcall(init_per_zone_wmark_min)
7453
7454 /*
7455  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
7456  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
7457  *      changes.
7458  */
7459 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7460         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7461 {
7462         int rc;
7463
7464         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7465         if (rc)
7466                 return rc;
7467
7468         if (write) {
7469                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
7470                 setup_per_zone_wmarks();
7471         }
7472         return 0;
7473 }
7474
7475 int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7476         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7477 {
7478         int rc;
7479
7480         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7481         if (rc)
7482                 return rc;
7483
7484         if (write)
7485                 setup_per_zone_wmarks();
7486
7487         return 0;
7488 }
7489
7490 #ifdef CONFIG_NUMA
7491 static void setup_min_unmapped_ratio(void)
7492 {
7493         pg_data_t *pgdat;
7494         struct zone *zone;
7495
7496         for_each_online_pgdat(pgdat)
7497                 pgdat->min_unmapped_pages = 0;
7498
7499         for_each_zone(zone)
7500                 zone->zone_pgdat->min_unmapped_pages += (zone->managed_pages *
7501                                 sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
7502 }
7503
7504
7505 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7506         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7507 {
7508         int rc;
7509
7510         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7511         if (rc)
7512                 return rc;
7513
7514         setup_min_unmapped_ratio();
7515
7516         return 0;
7517 }
7518
7519 static void setup_min_slab_ratio(void)
7520 {
7521         pg_data_t *pgdat;
7522         struct zone *zone;
7523
7524         for_each_online_pgdat(pgdat)
7525                 pgdat->min_slab_pages = 0;
7526
7527         for_each_zone(zone)
7528                 zone->zone_pgdat->min_slab_pages += (zone->managed_pages *
7529                                 sysctl_min_slab_ratio) / 100;
7530 }
7531
7532 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7533         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7534 {
7535         int rc;
7536
7537         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7538         if (rc)
7539                 return rc;
7540
7541         setup_min_slab_ratio();
7542
7543         return 0;
7544 }
7545 #endif
7546
7547 /*
7548  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
7549  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
7550  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
7551  *
7552  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
7553  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
7554  * if in function of the boot time zone sizes.
7555  */
7556 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7557         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7558 {
7559         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7560         setup_per_zone_lowmem_reserve();
7561         return 0;
7562 }
7563
7564 /*
7565  * percpu_pagelist_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
7566  * cpu.  It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
7567  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
7568  */
7569 int percpu_pagelist_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7570         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7571 {
7572         struct zone *zone;
7573         int old_percpu_pagelist_fraction;
7574         int ret;
7575
7576         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
7577         old_percpu_pagelist_fraction = percpu_pagelist_fraction;
7578
7579         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7580         if (!write || ret < 0)
7581                 goto out;
7582
7583         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
7584         if (percpu_pagelist_fraction &&
7585             percpu_pagelist_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION) {
7586                 percpu_pagelist_fraction = old_percpu_pagelist_fraction;
7587                 ret = -EINVAL;
7588                 goto out;
7589         }
7590
7591         /* No change? */
7592         if (percpu_pagelist_fraction == old_percpu_pagelist_fraction)
7593                 goto out;
7594
7595         for_each_populated_zone(zone) {
7596                 unsigned int cpu;
7597
7598                 for_each_possible_cpu(cpu)
7599                         pageset_set_high_and_batch(zone,
7600                                         per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
7601         }
7602 out:
7603         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
7604         return ret;
7605 }
7606
7607 #ifdef CONFIG_NUMA
7608 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
7609
7610 static int __init set_hashdist(char *str)
7611 {
7612         if (!str)
7613                 return 0;
7614         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
7615         return 1;
7616 }
7617 __setup("hashdist=", set_hashdist);
7618 #endif
7619
7620 #ifndef __HAVE_ARCH_RESERVED_KERNEL_PAGES
7621 /*
7622  * Returns the number of pages that arch has reserved but
7623  * is not known to alloc_large_system_hash().
7624  */
7625 static unsigned long __init arch_reserved_kernel_pages(void)
7626 {
7627         return 0;
7628 }
7629 #endif
7630
7631 /*
7632  * Adaptive scale is meant to reduce sizes of hash tables on large memory
7633  * machines. As memory size is increased the scale is also increased but at
7634  * slower pace.  Starting from ADAPT_SCALE_BASE (64G), every time memory
7635  * quadruples the scale is increased by one, which means the size of hash table
7636  * only doubles, instead of quadrupling as well.
7637  * Because 32-bit systems cannot have large physical memory, where this scaling
7638  * makes sense, it is disabled on such platforms.
7639  */
7640 #if __BITS_PER_LONG > 32
7641 #define ADAPT_SCALE_BASE        (64ul << 30)
7642 #define ADAPT_SCALE_SHIFT       2
7643 #define ADAPT_SCALE_NPAGES      (ADAPT_SCALE_BASE >> PAGE_SHIFT)
7644 #endif
7645
7646 /*
7647  * allocate a large system hash table from bootmem
7648  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
7649  *   quantity of entries
7650  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
7651  */
7652 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
7653                                      unsigned long bucketsize,
7654                                      unsigned long numentries,
7655                                      int scale,
7656                                      int flags,
7657                                      unsigned int *_hash_shift,
7658                                      unsigned int *_hash_mask,
7659                                      unsigned long low_limit,
7660                                      unsigned long high_limit)
7661 {
7662         unsigned long long max = high_limit;
7663         unsigned long log2qty, size;
7664         void *table = NULL;
7665         gfp_t gfp_flags;
7666
7667         /* allow the kernel cmdline to have a say */
7668         if (!numentries) {
7669                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
7670                 numentries = nr_kernel_pages;
7671                 numentries -= arch_reserved_kernel_pages();
7672
7673                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
7674                 if (PAGE_SHIFT < 20)
7675                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
7676
7677 #if __BITS_PER_LONG > 32
7678                 if (!high_limit) {
7679                         unsigned long adapt;
7680
7681                         for (adapt = ADAPT_SCALE_NPAGES; adapt < numentries;
7682                              adapt <<= ADAPT_SCALE_SHIFT)
7683                                 scale++;
7684                 }
7685 #endif
7686
7687                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
7688                 if (scale > PAGE_SHIFT)
7689                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
7690                 else
7691                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
7692
7693                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
7694                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
7695                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
7696                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
7697                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
7698                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
7699                                 BUG_ON(!numentries);
7700                         }
7701                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
7702                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
7703         }
7704         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
7705
7706         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
7707         if (max == 0) {
7708                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
7709                 do_div(max, bucketsize);
7710         }
7711         max = min(max, 0x80000000ULL);
7712
7713         if (numentries < low_limit)
7714                 numentries = low_limit;
7715         if (numentries > max)
7716                 numentries = max;
7717
7718         log2qty = ilog2(numentries);
7719
7720         gfp_flags = (flags & HASH_ZERO) ? GFP_ATOMIC | __GFP_ZERO : GFP_ATOMIC;
7721         do {
7722                 size = bucketsize << log2qty;
7723                 if (flags & HASH_EARLY) {
7724                         if (flags & HASH_ZERO)
7725                                 table = memblock_alloc_nopanic(size,
7726                                                                SMP_CACHE_BYTES);
7727                         else
7728                                 table = memblock_alloc_raw(size,
7729                                                            SMP_CACHE_BYTES);
7730                 } else if (hashdist) {
7731                         table = __vmalloc(size, gfp_flags, PAGE_KERNEL);
7732                 } else {
7733                         /*
7734                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
7735                          * some pages at the end of hash table which
7736                          * alloc_pages_exact() automatically does
7737                          */
7738                         if (get_order(size) < MAX_ORDER) {
7739                                 table = alloc_pages_exact(size, gfp_flags);
7740                                 kmemleak_alloc(table, size, 1, gfp_flags);
7741                         }
7742                 }
7743         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
7744
7745         if (!table)
7746                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
7747
7748         pr_info("%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes)\n",
7749                 tablename, 1UL << log2qty, ilog2(size) - PAGE_SHIFT, size);
7750
7751         if (_hash_shift)
7752                 *_hash_shift = log2qty;
7753         if (_hash_mask)
7754                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
7755
7756         return table;
7757 }
7758
7759 /*
7760  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
7761  * If @count is not zero, it is okay to include less @count unmovable pages
7762  *
7763  * PageLRU check without isolation or lru_lock could race so that
7764  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. And __PageMovable
7765  * check without lock_page also may miss some movable non-lru pages at
7766  * race condition. So you can't expect this function should be exact.
7767  */
7768 bool has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page, int count,
7769                          int migratetype,
7770                          bool skip_hwpoisoned_pages)
7771 {
7772         unsigned long pfn, iter, found;
7773
7774         /*
7775          * TODO we could make this much more efficient by not checking every
7776          * page in the range if we know all of them are in MOVABLE_ZONE and
7777          * that the movable zone guarantees that pages are migratable but
7778          * the later is not the case right now unfortunatelly. E.g. movablecore
7779          * can still lead to having bootmem allocations in zone_movable.
7780          */
7781
7782         /*
7783          * CMA allocations (alloc_contig_range) really need to mark isolate
7784          * CMA pageblocks even when they are not movable in fact so consider
7785          * them movable here.
7786          */
7787         if (is_migrate_cma(migratetype) &&
7788                         is_migrate_cma(get_pageblock_migratetype(page)))
7789                 return false;
7790
7791         pfn = page_to_pfn(page);
7792         for (found = 0, iter = 0; iter < pageblock_nr_pages; iter++) {
7793                 unsigned long check = pfn + iter;
7794
7795                 if (!pfn_valid_within(check))
7796                         continue;
7797
7798                 page = pfn_to_page(check);
7799
7800                 if (PageReserved(page))
7801                         goto unmovable;
7802
7803                 /*
7804                  * If the zone is movable and we have ruled out all reserved
7805                  * pages then it should be reasonably safe to assume the rest
7806                  * is movable.
7807                  */
7808                 if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
7809                         continue;
7810
7811                 /*
7812                  * Hugepages are not in LRU lists, but they're movable.
7813                  * We need not scan over tail pages bacause we don't
7814                  * handle each tail page individually in migration.
7815                  */
7816                 if (PageHuge(page)) {
7817                         struct page *head = compound_head(page);
7818                         unsigned int skip_pages;
7819
7820                         if (!hugepage_migration_supported(page_hstate(head)))
7821                                 goto unmovable;
7822
7823                         skip_pages = (1 << compound_order(head)) - (page - head);
7824                         iter += skip_pages - 1;
7825                         continue;
7826                 }
7827
7828                 /*
7829                  * We can't use page_count without pin a page
7830                  * because another CPU can free compound page.
7831                  * This check already skips compound tails of THP
7832                  * because their page->_refcount is zero at all time.
7833                  */
7834                 if (!page_ref_count(page)) {
7835                         if (PageBuddy(page))
7836                                 iter += (1 << page_order(page)) - 1;
7837                         continue;
7838                 }
7839
7840                 /*
7841                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
7842                  * page_count() is not 0.
7843                  */
7844                 if (skip_hwpoisoned_pages && PageHWPoison(page))
7845                         continue;
7846
7847                 if (__PageMovable(page))
7848                         continue;
7849
7850                 if (!PageLRU(page))
7851                         found++;
7852                 /*
7853                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check
7854                  * it.  But now, memory offline itself doesn't call
7855                  * shrink_node_slabs() and it still to be fixed.
7856                  */
7857                 /*
7858                  * If the page is not RAM, page_count()should be 0.
7859                  * we don't need more check. This is an _used_ not-movable page.
7860                  *
7861                  * The problematic thing here is PG_reserved pages. PG_reserved
7862                  * is set to both of a memory hole page and a _used_ kernel
7863                  * page at boot.
7864                  */
7865                 if (found > count)
7866                         goto unmovable;
7867         }
7868         return false;
7869 unmovable:
7870         WARN_ON_ONCE(zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE);
7871         return true;
7872 }
7873
7874 #if (defined(CONFIG_MEMORY_ISOLATION) && defined(CONFIG_COMPACTION)) || defined(CONFIG_CMA)
7875
7876 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
7877 {
7878         return pfn & ~(max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
7879                              pageblock_nr_pages) - 1);
7880 }
7881
7882 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
7883 {
7884         return ALIGN(pfn, max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
7885                                 pageblock_nr_pages));
7886 }
7887
7888 /* [start, end) must belong to a single zone. */
7889 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
7890                                         unsigned long start, unsigned long end)
7891 {
7892         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
7893         unsigned long nr_reclaimed;
7894         unsigned long pfn = start;
7895         unsigned int tries = 0;
7896         int ret = 0;
7897
7898         migrate_prep();
7899
7900         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
7901                 if (fatal_signal_pending(current)) {
7902                         ret = -EINTR;
7903                         break;
7904                 }
7905
7906                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
7907                         cc->nr_migratepages = 0;
7908                         pfn = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
7909                         if (!pfn) {
7910                                 ret = -EINTR;
7911                                 break;
7912                         }
7913                         tries = 0;
7914                 } else if (++tries == 5) {
7915                         ret = ret < 0 ? ret : -EBUSY;
7916                         break;
7917                 }
7918
7919                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
7920                                                         &cc->migratepages);
7921                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
7922
7923                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migrate_target,
7924                                     NULL, 0, cc->mode, MR_CONTIG_RANGE);
7925         }
7926         if (ret < 0) {
7927                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
7928                 return ret;
7929         }
7930         return 0;
7931 }
7932
7933 /**
7934  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
7935  * @start:      start PFN to allocate
7936  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
7937  * @migratetype:        migratetype of the underlaying pageblocks (either
7938  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
7939  *                      in range must have the same migratetype and it must
7940  *                      be either of the two.
7941  * @gfp_mask:   GFP mask to use during compaction
7942  *
7943  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
7944  * aligned.  The PFN range must belong to a single zone.
7945  *
7946  * The first thing this routine does is attempt to MIGRATE_ISOLATE all
7947  * pageblocks in the range.  Once isolated, the pageblocks should not
7948  * be modified by others.
7949  *
7950  * Returns zero on success or negative error code.  On success all
7951  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
7952  * need to be freed with free_contig_range().
7953  */
7954 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
7955                        unsigned migratetype, gfp_t gfp_mask)
7956 {
7957         unsigned long outer_start, outer_end;
7958         unsigned int order;
7959         int ret = 0;
7960
7961         struct compact_control cc = {
7962                 .nr_migratepages = 0,
7963                 .order = -1,
7964                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
7965                 .mode = MIGRATE_SYNC,
7966                 .ignore_skip_hint = true,
7967                 .no_set_skip_hint = true,
7968                 .gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask),
7969         };
7970         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
7971
7972         /*
7973          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
7974          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
7975          * have different sizes, and due to the way page allocator
7976          * work, we align the range to biggest of the two pages so
7977          * that page allocator won't try to merge buddies from
7978          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
7979          * other migration type.
7980          *
7981          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
7982          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
7983          * we are interested in).  This will put all the pages in
7984          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
7985          *
7986          * When this is done, we take the pages in range from page
7987          * allocator removing them from the buddy system.  This way
7988          * page allocator will never consider using them.
7989          *
7990          * This lets us mark the pageblocks back as
7991          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
7992          * aligned range but not in the unaligned, original range are
7993          * put back to page allocator so that buddy can use them.
7994          */
7995
7996         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
7997                                        pfn_max_align_up(end), migratetype,
7998                                        false);
7999         if (ret)
8000                 return ret;
8001
8002         /*
8003          * In case of -EBUSY, we'd like to know which page causes problem.
8004          * So, just fall through. test_pages_isolated() has a tracepoint
8005          * which will report the busy page.
8006          *
8007          * It is possible that busy pages could become available before
8008          * the call to test_pages_isolated, and the range will actually be
8009          * allocated.  So, if we fall through be sure to clear ret so that
8010          * -EBUSY is not accidentally used or returned to caller.
8011          */
8012         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
8013         if (ret && ret != -EBUSY)
8014                 goto done;
8015         ret =0;
8016
8017         /*
8018          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
8019          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
8020          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
8021          * What we are going to do is to allocate all pages from
8022          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
8023          *
8024          * The only problem is that pages at the beginning and at the
8025          * end of interesting range may be not aligned with pages that
8026          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
8027          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
8028          * once this is done free the pages we are not interested in.
8029          *
8030          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
8031          * isolated thus they won't get removed from buddy.
8032          */
8033
8034         lru_add_drain_all();
8035         drain_all_pages(cc.zone);
8036
8037         order = 0;
8038         outer_start = start;
8039         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
8040                 if (++order >= MAX_ORDER) {
8041                         outer_start = start;
8042                         break;
8043                 }
8044                 outer_start &= ~0UL << order;
8045         }
8046
8047         if (outer_start != start) {
8048                 order = page_order(pfn_to_page(outer_start));
8049
8050                 /*
8051                  * outer_start page could be small order buddy page and
8052                  * it doesn't include start page. Adjust outer_start
8053                  * in this case to report failed page properly
8054                  * on tracepoint in test_pages_isolated()
8055                  */
8056                 if (outer_start + (1UL << order) <= start)
8057                         outer_start = start;
8058         }
8059
8060         /* Make sure the range is really isolated. */
8061         if (test_pages_isolated(outer_start, end, false)) {
8062                 pr_info_ratelimited("%s: [%lx, %lx) PFNs busy\n",
8063                         __func__, outer_start, end);
8064                 ret = -EBUSY;
8065                 goto done;
8066         }
8067
8068         /* Grab isolated pages from freelists. */
8069         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
8070         if (!outer_end) {
8071                 ret = -EBUSY;
8072                 goto done;
8073         }
8074
8075         /* Free head and tail (if any) */
8076         if (start != outer_start)
8077                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
8078         if (end != outer_end)
8079                 free_contig_range(end, outer_end - end);
8080
8081 done:
8082         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
8083                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
8084         return ret;
8085 }
8086
8087 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned nr_pages)
8088 {
8089         unsigned int count = 0;
8090
8091         for (; nr_pages--; pfn++) {
8092                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
8093
8094                 count += page_count(page) != 1;
8095                 __free_page(page);
8096         }
8097         WARN(count != 0, "%d pages are still in use!\n", count);
8098 }
8099 #endif
8100
8101 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
8102 /*
8103  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
8104  * page high values need to be recalulated.
8105  */
8106 void __meminit zone_pcp_update(struct zone *zone)
8107 {
8108         unsigned cpu;
8109         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
8110         for_each_possible_cpu(cpu)
8111                 pageset_set_high_and_batch(zone,
8112                                 per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
8113         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
8114 }
8115 #endif
8116
8117 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
8118 {
8119         unsigned long flags;
8120         int cpu;
8121         struct per_cpu_pageset *pset;
8122
8123         /* avoid races with drain_pages()  */
8124         local_irq_save(flags);
8125         if (zone->pageset != &boot_pageset) {
8126                 for_each_online_cpu(cpu) {
8127                         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
8128                         drain_zonestat(zone, pset);
8129                 }
8130                 free_percpu(zone->pageset);
8131                 zone->pageset = &boot_pageset;
8132         }
8133         local_irq_restore(flags);
8134 }
8135
8136 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
8137 /*
8138  * All pages in the range must be in a single zone and isolated
8139  * before calling this.
8140  */
8141 void
8142 __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
8143 {
8144         struct page *page;
8145         struct zone *zone;
8146         unsigned int order, i;
8147         unsigned long pfn;
8148         unsigned long flags;
8149         /* find the first valid pfn */
8150         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++)
8151                 if (pfn_valid(pfn))
8152                         break;
8153         if (pfn == end_pfn)
8154                 return;
8155         offline_mem_sections(pfn, end_pfn);
8156         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
8157         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8158         pfn = start_pfn;
8159         while (pfn < end_pfn) {
8160                 if (!pfn_valid(pfn)) {
8161                         pfn++;
8162                         continue;
8163                 }
8164                 page = pfn_to_page(pfn);
8165                 /*
8166                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
8167                  * page_count() is not 0.
8168                  */
8169                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
8170                         pfn++;
8171                         SetPageReserved(page);
8172                         continue;
8173                 }
8174
8175                 BUG_ON(page_count(page));
8176                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
8177                 order = page_order(page);
8178 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
8179                 pr_info("remove from free list %lx %d %lx\n",
8180                         pfn, 1 << order, end_pfn);
8181 #endif
8182                 list_del(&page->lru);
8183                 rmv_page_order(page);
8184                 zone->free_area[order].nr_free--;
8185                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
8186                         SetPageReserved((page+i));
8187                 pfn += (1 << order);
8188         }
8189         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8190 }
8191 #endif
8192
8193 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
8194 {
8195         struct zone *zone = page_zone(page);
8196         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8197         unsigned long flags;
8198         unsigned int order;
8199
8200         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8201         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
8202                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
8203
8204                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order)
8205                         break;
8206         }
8207         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8208
8209         return order < MAX_ORDER;
8210 }
8211
8212 #ifdef CONFIG_MEMORY_FAILURE
8213 /*
8214  * Set PG_hwpoison flag if a given page is confirmed to be a free page.  This
8215  * test is performed under the zone lock to prevent a race against page
8216  * allocation.
8217  */
8218 bool set_hwpoison_free_buddy_page(struct page *page)
8219 {
8220         struct zone *zone = page_zone(page);
8221         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8222         unsigned long flags;
8223         unsigned int order;
8224         bool hwpoisoned = false;
8225
8226         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8227         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
8228                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
8229
8230                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order) {
8231                         if (!TestSetPageHWPoison(page))
8232                                 hwpoisoned = true;
8233                         break;
8234                 }
8235         }
8236         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8237
8238         return hwpoisoned;
8239 }
8240 #endif