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