Merge branch 'x86-urgent-for-linus' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel...
[sfrench/cifs-2.6.git] / mm / page_alloc.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
2 /*
3  *  linux/mm/page_alloc.c
4  *
5  *  Manages the free list, the system allocates free pages here.
6  *  Note that kmalloc() lives in slab.c
7  *
8  *  Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
9  *  Swap reorganised 29.12.95, Stephen Tweedie
10  *  Support of BIGMEM added by Gerhard Wichert, Siemens AG, July 1999
11  *  Reshaped it to be a zoned allocator, Ingo Molnar, Red Hat, 1999
12  *  Discontiguous memory support, Kanoj Sarcar, SGI, Nov 1999
13  *  Zone balancing, Kanoj Sarcar, SGI, Jan 2000
14  *  Per cpu hot/cold page lists, bulk allocation, Martin J. Bligh, Sept 2002
15  *          (lots of bits borrowed from Ingo Molnar & Andrew Morton)
16  */
17
18 #include <linux/stddef.h>
19 #include <linux/mm.h>
20 #include <linux/highmem.h>
21 #include <linux/swap.h>
22 #include <linux/interrupt.h>
23 #include <linux/pagemap.h>
24 #include <linux/jiffies.h>
25 #include <linux/memblock.h>
26 #include <linux/compiler.h>
27 #include <linux/kernel.h>
28 #include <linux/kasan.h>
29 #include <linux/module.h>
30 #include <linux/suspend.h>
31 #include <linux/pagevec.h>
32 #include <linux/blkdev.h>
33 #include <linux/slab.h>
34 #include <linux/ratelimit.h>
35 #include <linux/oom.h>
36 #include <linux/topology.h>
37 #include <linux/sysctl.h>
38 #include <linux/cpu.h>
39 #include <linux/cpuset.h>
40 #include <linux/memory_hotplug.h>
41 #include <linux/nodemask.h>
42 #include <linux/vmalloc.h>
43 #include <linux/vmstat.h>
44 #include <linux/mempolicy.h>
45 #include <linux/memremap.h>
46 #include <linux/stop_machine.h>
47 #include <linux/random.h>
48 #include <linux/sort.h>
49 #include <linux/pfn.h>
50 #include <linux/backing-dev.h>
51 #include <linux/fault-inject.h>
52 #include <linux/page-isolation.h>
53 #include <linux/debugobjects.h>
54 #include <linux/kmemleak.h>
55 #include <linux/compaction.h>
56 #include <trace/events/kmem.h>
57 #include <trace/events/oom.h>
58 #include <linux/prefetch.h>
59 #include <linux/mm_inline.h>
60 #include <linux/migrate.h>
61 #include <linux/hugetlb.h>
62 #include <linux/sched/rt.h>
63 #include <linux/sched/mm.h>
64 #include <linux/page_owner.h>
65 #include <linux/kthread.h>
66 #include <linux/memcontrol.h>
67 #include <linux/ftrace.h>
68 #include <linux/lockdep.h>
69 #include <linux/nmi.h>
70 #include <linux/psi.h>
71
72 #include <asm/sections.h>
73 #include <asm/tlbflush.h>
74 #include <asm/div64.h>
75 #include "internal.h"
76 #include "shuffle.h"
77
78 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
79 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
80 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION    (8)
81
82 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
83 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
84 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
85 #endif
86
87 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(vm_numa_stat_key);
88
89 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
90 /*
91  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
92  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
93  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
94  * defined in <linux/topology.h>.
95  */
96 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
97 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
98 int _node_numa_mem_[MAX_NUMNODES];
99 #endif
100
101 /* work_structs for global per-cpu drains */
102 struct pcpu_drain {
103         struct zone *zone;
104         struct work_struct work;
105 };
106 DEFINE_MUTEX(pcpu_drain_mutex);
107 DEFINE_PER_CPU(struct pcpu_drain, pcpu_drain);
108
109 #ifdef CONFIG_GCC_PLUGIN_LATENT_ENTROPY
110 volatile unsigned long latent_entropy __latent_entropy;
111 EXPORT_SYMBOL(latent_entropy);
112 #endif
113
114 /*
115  * Array of node states.
116  */
117 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
118         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
119         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
120 #ifndef CONFIG_NUMA
121         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
122 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
123         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
124 #endif
125         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
126         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
127 #endif  /* NUMA */
128 };
129 EXPORT_SYMBOL(node_states);
130
131 atomic_long_t _totalram_pages __read_mostly;
132 EXPORT_SYMBOL(_totalram_pages);
133 unsigned long totalreserve_pages __read_mostly;
134 unsigned long totalcma_pages __read_mostly;
135
136 int percpu_pagelist_fraction;
137 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
138 #ifdef CONFIG_INIT_ON_ALLOC_DEFAULT_ON
139 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(init_on_alloc);
140 #else
141 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(init_on_alloc);
142 #endif
143 EXPORT_SYMBOL(init_on_alloc);
144
145 #ifdef CONFIG_INIT_ON_FREE_DEFAULT_ON
146 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(init_on_free);
147 #else
148 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(init_on_free);
149 #endif
150 EXPORT_SYMBOL(init_on_free);
151
152 static int __init early_init_on_alloc(char *buf)
153 {
154         int ret;
155         bool bool_result;
156
157         if (!buf)
158                 return -EINVAL;
159         ret = kstrtobool(buf, &bool_result);
160         if (bool_result && page_poisoning_enabled())
161                 pr_info("mem auto-init: CONFIG_PAGE_POISONING is on, will take precedence over init_on_alloc\n");
162         if (bool_result)
163                 static_branch_enable(&init_on_alloc);
164         else
165                 static_branch_disable(&init_on_alloc);
166         return ret;
167 }
168 early_param("init_on_alloc", early_init_on_alloc);
169
170 static int __init early_init_on_free(char *buf)
171 {
172         int ret;
173         bool bool_result;
174
175         if (!buf)
176                 return -EINVAL;
177         ret = kstrtobool(buf, &bool_result);
178         if (bool_result && page_poisoning_enabled())
179                 pr_info("mem auto-init: CONFIG_PAGE_POISONING is on, will take precedence over init_on_free\n");
180         if (bool_result)
181                 static_branch_enable(&init_on_free);
182         else
183                 static_branch_disable(&init_on_free);
184         return ret;
185 }
186 early_param("init_on_free", early_init_on_free);
187
188 /*
189  * A cached value of the page's pageblock's migratetype, used when the page is
190  * put on a pcplist. Used to avoid the pageblock migratetype lookup when
191  * freeing from pcplists in most cases, at the cost of possibly becoming stale.
192  * Also the migratetype set in the page does not necessarily match the pcplist
193  * index, e.g. page might have MIGRATE_CMA set but be on a pcplist with any
194  * other index - this ensures that it will be put on the correct CMA freelist.
195  */
196 static inline int get_pcppage_migratetype(struct page *page)
197 {
198         return page->index;
199 }
200
201 static inline void set_pcppage_migratetype(struct page *page, int migratetype)
202 {
203         page->index = migratetype;
204 }
205
206 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
207 /*
208  * The following functions are used by the suspend/hibernate code to temporarily
209  * change gfp_allowed_mask in order to avoid using I/O during memory allocations
210  * while devices are suspended.  To avoid races with the suspend/hibernate code,
211  * they should always be called with system_transition_mutex held
212  * (gfp_allowed_mask also should only be modified with system_transition_mutex
213  * held, unless the suspend/hibernate code is guaranteed not to run in parallel
214  * with that modification).
215  */
216
217 static gfp_t saved_gfp_mask;
218
219 void pm_restore_gfp_mask(void)
220 {
221         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
222         if (saved_gfp_mask) {
223                 gfp_allowed_mask = saved_gfp_mask;
224                 saved_gfp_mask = 0;
225         }
226 }
227
228 void pm_restrict_gfp_mask(void)
229 {
230         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
231         WARN_ON(saved_gfp_mask);
232         saved_gfp_mask = gfp_allowed_mask;
233         gfp_allowed_mask &= ~(__GFP_IO | __GFP_FS);
234 }
235
236 bool pm_suspended_storage(void)
237 {
238         if ((gfp_allowed_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
239                 return false;
240         return true;
241 }
242 #endif /* CONFIG_PM_SLEEP */
243
244 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
245 unsigned int pageblock_order __read_mostly;
246 #endif
247
248 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order);
249
250 /*
251  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
252  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
253  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
254  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
255  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
256  *      HIGHMEM allocation will leave (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
257  *
258  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
259  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
260  */
261 int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES] = {
262 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
263         [ZONE_DMA] = 256,
264 #endif
265 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
266         [ZONE_DMA32] = 256,
267 #endif
268         [ZONE_NORMAL] = 32,
269 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
270         [ZONE_HIGHMEM] = 0,
271 #endif
272         [ZONE_MOVABLE] = 0,
273 };
274
275 static char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
276 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
277          "DMA",
278 #endif
279 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
280          "DMA32",
281 #endif
282          "Normal",
283 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
284          "HighMem",
285 #endif
286          "Movable",
287 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
288          "Device",
289 #endif
290 };
291
292 const char * const migratetype_names[MIGRATE_TYPES] = {
293         "Unmovable",
294         "Movable",
295         "Reclaimable",
296         "HighAtomic",
297 #ifdef CONFIG_CMA
298         "CMA",
299 #endif
300 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
301         "Isolate",
302 #endif
303 };
304
305 compound_page_dtor * const compound_page_dtors[] = {
306         NULL,
307         free_compound_page,
308 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
309         free_huge_page,
310 #endif
311 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
312         free_transhuge_page,
313 #endif
314 };
315
316 int min_free_kbytes = 1024;
317 int user_min_free_kbytes = -1;
318 #ifdef CONFIG_DISCONTIGMEM
319 /*
320  * DiscontigMem defines memory ranges as separate pg_data_t even if the ranges
321  * are not on separate NUMA nodes. Functionally this works but with
322  * watermark_boost_factor, it can reclaim prematurely as the ranges can be
323  * quite small. By default, do not boost watermarks on discontigmem as in
324  * many cases very high-order allocations like THP are likely to be
325  * unsupported and the premature reclaim offsets the advantage of long-term
326  * fragmentation avoidance.
327  */
328 int watermark_boost_factor __read_mostly;
329 #else
330 int watermark_boost_factor __read_mostly = 15000;
331 #endif
332 int watermark_scale_factor = 10;
333
334 static unsigned long nr_kernel_pages __initdata;
335 static unsigned long nr_all_pages __initdata;
336 static unsigned long dma_reserve __initdata;
337
338 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
339 static unsigned long arch_zone_lowest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __initdata;
340 static unsigned long arch_zone_highest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __initdata;
341 static unsigned long required_kernelcore __initdata;
342 static unsigned long required_kernelcore_percent __initdata;
343 static unsigned long required_movablecore __initdata;
344 static unsigned long required_movablecore_percent __initdata;
345 static unsigned long zone_movable_pfn[MAX_NUMNODES] __initdata;
346 static bool mirrored_kernelcore __meminitdata;
347
348 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
349 int movable_zone;
350 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
351 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
352
353 #if MAX_NUMNODES > 1
354 unsigned int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
355 unsigned int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
356 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
357 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
358 #endif
359
360 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
361
362 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
363 /*
364  * During boot we initialize deferred pages on-demand, as needed, but once
365  * page_alloc_init_late() has finished, the deferred pages are all initialized,
366  * and we can permanently disable that path.
367  */
368 static DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(deferred_pages);
369
370 /*
371  * Calling kasan_free_pages() only after deferred memory initialization
372  * has completed. Poisoning pages during deferred memory init will greatly
373  * lengthen the process and cause problem in large memory systems as the
374  * deferred pages initialization is done with interrupt disabled.
375  *
376  * Assuming that there will be no reference to those newly initialized
377  * pages before they are ever allocated, this should have no effect on
378  * KASAN memory tracking as the poison will be properly inserted at page
379  * allocation time. The only corner case is when pages are allocated by
380  * on-demand allocation and then freed again before the deferred pages
381  * initialization is done, but this is not likely to happen.
382  */
383 static inline void kasan_free_nondeferred_pages(struct page *page, int order)
384 {
385         if (!static_branch_unlikely(&deferred_pages))
386                 kasan_free_pages(page, order);
387 }
388
389 /* Returns true if the struct page for the pfn is uninitialised */
390 static inline bool __meminit early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
391 {
392         int nid = early_pfn_to_nid(pfn);
393
394         if (node_online(nid) && pfn >= NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn)
395                 return true;
396
397         return false;
398 }
399
400 /*
401  * Returns true when the remaining initialisation should be deferred until
402  * later in the boot cycle when it can be parallelised.
403  */
404 static bool __meminit
405 defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
406 {
407         static unsigned long prev_end_pfn, nr_initialised;
408
409         /*
410          * prev_end_pfn static that contains the end of previous zone
411          * No need to protect because called very early in boot before smp_init.
412          */
413         if (prev_end_pfn != end_pfn) {
414                 prev_end_pfn = end_pfn;
415                 nr_initialised = 0;
416         }
417
418         /* Always populate low zones for address-constrained allocations */
419         if (end_pfn < pgdat_end_pfn(NODE_DATA(nid)))
420                 return false;
421
422         /*
423          * We start only with one section of pages, more pages are added as
424          * needed until the rest of deferred pages are initialized.
425          */
426         nr_initialised++;
427         if ((nr_initialised > PAGES_PER_SECTION) &&
428             (pfn & (PAGES_PER_SECTION - 1)) == 0) {
429                 NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn = pfn;
430                 return true;
431         }
432         return false;
433 }
434 #else
435 #define kasan_free_nondeferred_pages(p, o)      kasan_free_pages(p, o)
436
437 static inline bool early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
438 {
439         return false;
440 }
441
442 static inline bool defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
443 {
444         return false;
445 }
446 #endif
447
448 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
449 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(struct page *page,
450                                                         unsigned long pfn)
451 {
452 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
453         return section_to_usemap(__pfn_to_section(pfn));
454 #else
455         return page_zone(page)->pageblock_flags;
456 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
457 }
458
459 static inline int pfn_to_bitidx(struct page *page, unsigned long pfn)
460 {
461 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
462         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
463         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
464 #else
465         pfn = pfn - round_down(page_zone(page)->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
466         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
467 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
468 }
469
470 /**
471  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
472  * @page: The page within the block of interest
473  * @pfn: The target page frame number
474  * @end_bitidx: The last bit of interest to retrieve
475  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
476  *
477  * Return: pageblock_bits flags
478  */
479 static __always_inline unsigned long __get_pfnblock_flags_mask(struct page *page,
480                                         unsigned long pfn,
481                                         unsigned long end_bitidx,
482                                         unsigned long mask)
483 {
484         unsigned long *bitmap;
485         unsigned long bitidx, word_bitidx;
486         unsigned long word;
487
488         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
489         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
490         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
491         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
492
493         word = bitmap[word_bitidx];
494         bitidx += end_bitidx;
495         return (word >> (BITS_PER_LONG - bitidx - 1)) & mask;
496 }
497
498 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long pfn,
499                                         unsigned long end_bitidx,
500                                         unsigned long mask)
501 {
502         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, end_bitidx, mask);
503 }
504
505 static __always_inline int get_pfnblock_migratetype(struct page *page, unsigned long pfn)
506 {
507         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, PB_migrate_end, MIGRATETYPE_MASK);
508 }
509
510 /**
511  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
512  * @page: The page within the block of interest
513  * @flags: The flags to set
514  * @pfn: The target page frame number
515  * @end_bitidx: The last bit of interest
516  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
517  */
518 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
519                                         unsigned long pfn,
520                                         unsigned long end_bitidx,
521                                         unsigned long mask)
522 {
523         unsigned long *bitmap;
524         unsigned long bitidx, word_bitidx;
525         unsigned long old_word, word;
526
527         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
528         BUILD_BUG_ON(MIGRATE_TYPES > (1 << PB_migratetype_bits));
529
530         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
531         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
532         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
533         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
534
535         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(page_zone(page), pfn), page);
536
537         bitidx += end_bitidx;
538         mask <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
539         flags <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
540
541         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
542         for (;;) {
543                 old_word = cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], word, (word & ~mask) | flags);
544                 if (word == old_word)
545                         break;
546                 word = old_word;
547         }
548 }
549
550 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
551 {
552         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
553                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
554                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
555
556         set_pageblock_flags_group(page, (unsigned long)migratetype,
557                                         PB_migrate, PB_migrate_end);
558 }
559
560 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
561 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
562 {
563         int ret = 0;
564         unsigned seq;
565         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
566         unsigned long sp, start_pfn;
567
568         do {
569                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
570                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
571                 sp = zone->spanned_pages;
572                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
573                         ret = 1;
574         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
575
576         if (ret)
577                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
578                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
579                         start_pfn, start_pfn + sp);
580
581         return ret;
582 }
583
584 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
585 {
586         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page)))
587                 return 0;
588         if (zone != page_zone(page))
589                 return 0;
590
591         return 1;
592 }
593 /*
594  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
595  */
596 static int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
597 {
598         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
599                 return 1;
600         if (!page_is_consistent(zone, page))
601                 return 1;
602
603         return 0;
604 }
605 #else
606 static inline int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
607 {
608         return 0;
609 }
610 #endif
611
612 static void bad_page(struct page *page, const char *reason,
613                 unsigned long bad_flags)
614 {
615         static unsigned long resume;
616         static unsigned long nr_shown;
617         static unsigned long nr_unshown;
618
619         /*
620          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
621          * or allow a steady drip of one report per second.
622          */
623         if (nr_shown == 60) {
624                 if (time_before(jiffies, resume)) {
625                         nr_unshown++;
626                         goto out;
627                 }
628                 if (nr_unshown) {
629                         pr_alert(
630                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
631                                 nr_unshown);
632                         nr_unshown = 0;
633                 }
634                 nr_shown = 0;
635         }
636         if (nr_shown++ == 0)
637                 resume = jiffies + 60 * HZ;
638
639         pr_alert("BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
640                 current->comm, page_to_pfn(page));
641         __dump_page(page, reason);
642         bad_flags &= page->flags;
643         if (bad_flags)
644                 pr_alert("bad because of flags: %#lx(%pGp)\n",
645                                                 bad_flags, &bad_flags);
646         dump_page_owner(page);
647
648         print_modules();
649         dump_stack();
650 out:
651         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
652         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
653         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
654 }
655
656 /*
657  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
658  *
659  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page" and have PG_head set.
660  *
661  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages". PageTail() is encoded
662  * in bit 0 of page->compound_head. The rest of bits is pointer to head page.
663  *
664  * The first tail page's ->compound_dtor holds the offset in array of compound
665  * page destructors. See compound_page_dtors.
666  *
667  * The first tail page's ->compound_order holds the order of allocation.
668  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
669  */
670
671 void free_compound_page(struct page *page)
672 {
673         mem_cgroup_uncharge(page);
674         __free_pages_ok(page, compound_order(page));
675 }
676
677 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned int order)
678 {
679         int i;
680         int nr_pages = 1 << order;
681
682         set_compound_page_dtor(page, COMPOUND_PAGE_DTOR);
683         set_compound_order(page, order);
684         __SetPageHead(page);
685         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
686                 struct page *p = page + i;
687                 set_page_count(p, 0);
688                 p->mapping = TAIL_MAPPING;
689                 set_compound_head(p, page);
690         }
691         atomic_set(compound_mapcount_ptr(page), -1);
692 }
693
694 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
695 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
696
697 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC_ENABLE_DEFAULT
698 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(_debug_pagealloc_enabled);
699 #else
700 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(_debug_pagealloc_enabled);
701 #endif
702 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled);
703
704 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(_debug_guardpage_enabled);
705
706 static int __init early_debug_pagealloc(char *buf)
707 {
708         bool enable = false;
709
710         if (kstrtobool(buf, &enable))
711                 return -EINVAL;
712
713         if (enable)
714                 static_branch_enable(&_debug_pagealloc_enabled);
715
716         return 0;
717 }
718 early_param("debug_pagealloc", early_debug_pagealloc);
719
720 static void init_debug_guardpage(void)
721 {
722         if (!debug_pagealloc_enabled())
723                 return;
724
725         if (!debug_guardpage_minorder())
726                 return;
727
728         static_branch_enable(&_debug_guardpage_enabled);
729 }
730
731 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
732 {
733         unsigned long res;
734
735         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
736                 pr_err("Bad debug_guardpage_minorder value\n");
737                 return 0;
738         }
739         _debug_guardpage_minorder = res;
740         pr_info("Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
741         return 0;
742 }
743 early_param("debug_guardpage_minorder", debug_guardpage_minorder_setup);
744
745 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
746                                 unsigned int order, int migratetype)
747 {
748         if (!debug_guardpage_enabled())
749                 return false;
750
751         if (order >= debug_guardpage_minorder())
752                 return false;
753
754         __SetPageGuard(page);
755         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
756         set_page_private(page, order);
757         /* Guard pages are not available for any usage */
758         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order), migratetype);
759
760         return true;
761 }
762
763 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
764                                 unsigned int order, int migratetype)
765 {
766         if (!debug_guardpage_enabled())
767                 return;
768
769         __ClearPageGuard(page);
770
771         set_page_private(page, 0);
772         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
773                 __mod_zone_freepage_state(zone, (1 << order), migratetype);
774 }
775 #else
776 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
777                         unsigned int order, int migratetype) { return false; }
778 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
779                                 unsigned int order, int migratetype) {}
780 #endif
781
782 static inline void set_page_order(struct page *page, unsigned int order)
783 {
784         set_page_private(page, order);
785         __SetPageBuddy(page);
786 }
787
788 /*
789  * This function checks whether a page is free && is the buddy
790  * we can coalesce a page and its buddy if
791  * (a) the buddy is not in a hole (check before calling!) &&
792  * (b) the buddy is in the buddy system &&
793  * (c) a page and its buddy have the same order &&
794  * (d) a page and its buddy are in the same zone.
795  *
796  * For recording whether a page is in the buddy system, we set PageBuddy.
797  * Setting, clearing, and testing PageBuddy is serialized by zone->lock.
798  *
799  * For recording page's order, we use page_private(page).
800  */
801 static inline int page_is_buddy(struct page *page, struct page *buddy,
802                                                         unsigned int order)
803 {
804         if (page_is_guard(buddy) && page_order(buddy) == order) {
805                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
806                         return 0;
807
808                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
809
810                 return 1;
811         }
812
813         if (PageBuddy(buddy) && page_order(buddy) == order) {
814                 /*
815                  * zone check is done late to avoid uselessly
816                  * calculating zone/node ids for pages that could
817                  * never merge.
818                  */
819                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
820                         return 0;
821
822                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
823
824                 return 1;
825         }
826         return 0;
827 }
828
829 #ifdef CONFIG_COMPACTION
830 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
831 {
832         struct capture_control *capc = current->capture_control;
833
834         return capc &&
835                 !(current->flags & PF_KTHREAD) &&
836                 !capc->page &&
837                 capc->cc->zone == zone &&
838                 capc->cc->direct_compaction ? capc : NULL;
839 }
840
841 static inline bool
842 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
843                    int order, int migratetype)
844 {
845         if (!capc || order != capc->cc->order)
846                 return false;
847
848         /* Do not accidentally pollute CMA or isolated regions*/
849         if (is_migrate_cma(migratetype) ||
850             is_migrate_isolate(migratetype))
851                 return false;
852
853         /*
854          * Do not let lower order allocations polluate a movable pageblock.
855          * This might let an unmovable request use a reclaimable pageblock
856          * and vice-versa but no more than normal fallback logic which can
857          * have trouble finding a high-order free page.
858          */
859         if (order < pageblock_order && migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
860                 return false;
861
862         capc->page = page;
863         return true;
864 }
865
866 #else
867 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
868 {
869         return NULL;
870 }
871
872 static inline bool
873 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
874                    int order, int migratetype)
875 {
876         return false;
877 }
878 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
879
880 /*
881  * Freeing function for a buddy system allocator.
882  *
883  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
884  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
885  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
886  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
887  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
888  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
889  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
890  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
891  * parts of the VM system.
892  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
893  * free pages of length of (1 << order) and marked with PageBuddy.
894  * Page's order is recorded in page_private(page) field.
895  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
896  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
897  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
898  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
899  * triggers coalescing into a block of larger size.
900  *
901  * -- nyc
902  */
903
904 static inline void __free_one_page(struct page *page,
905                 unsigned long pfn,
906                 struct zone *zone, unsigned int order,
907                 int migratetype)
908 {
909         unsigned long combined_pfn;
910         unsigned long uninitialized_var(buddy_pfn);
911         struct page *buddy;
912         unsigned int max_order;
913         struct capture_control *capc = task_capc(zone);
914
915         max_order = min_t(unsigned int, MAX_ORDER, pageblock_order + 1);
916
917         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
918         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
919
920         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
921         if (likely(!is_migrate_isolate(migratetype)))
922                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
923
924         VM_BUG_ON_PAGE(pfn & ((1 << order) - 1), page);
925         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
926
927 continue_merging:
928         while (order < max_order - 1) {
929                 if (compaction_capture(capc, page, order, migratetype)) {
930                         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
931                                                                 migratetype);
932                         return;
933                 }
934                 buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
935                 buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
936
937                 if (!pfn_valid_within(buddy_pfn))
938                         goto done_merging;
939                 if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
940                         goto done_merging;
941                 /*
942                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
943                  * merge with it and move up one order.
944                  */
945                 if (page_is_guard(buddy))
946                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
947                 else
948                         del_page_from_free_area(buddy, &zone->free_area[order]);
949                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
950                 page = page + (combined_pfn - pfn);
951                 pfn = combined_pfn;
952                 order++;
953         }
954         if (max_order < MAX_ORDER) {
955                 /* If we are here, it means order is >= pageblock_order.
956                  * We want to prevent merge between freepages on isolate
957                  * pageblock and normal pageblock. Without this, pageblock
958                  * isolation could cause incorrect freepage or CMA accounting.
959                  *
960                  * We don't want to hit this code for the more frequent
961                  * low-order merging.
962                  */
963                 if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone))) {
964                         int buddy_mt;
965
966                         buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
967                         buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
968                         buddy_mt = get_pageblock_migratetype(buddy);
969
970                         if (migratetype != buddy_mt
971                                         && (is_migrate_isolate(migratetype) ||
972                                                 is_migrate_isolate(buddy_mt)))
973                                 goto done_merging;
974                 }
975                 max_order++;
976                 goto continue_merging;
977         }
978
979 done_merging:
980         set_page_order(page, order);
981
982         /*
983          * If this is not the largest possible page, check if the buddy
984          * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
985          * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
986          * that is happening, add the free page to the tail of the list
987          * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
988          * as a higher order page
989          */
990         if ((order < MAX_ORDER-2) && pfn_valid_within(buddy_pfn)
991                         && !is_shuffle_order(order)) {
992                 struct page *higher_page, *higher_buddy;
993                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
994                 higher_page = page + (combined_pfn - pfn);
995                 buddy_pfn = __find_buddy_pfn(combined_pfn, order + 1);
996                 higher_buddy = higher_page + (buddy_pfn - combined_pfn);
997                 if (pfn_valid_within(buddy_pfn) &&
998                     page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1)) {
999                         add_to_free_area_tail(page, &zone->free_area[order],
1000                                               migratetype);
1001                         return;
1002                 }
1003         }
1004
1005         if (is_shuffle_order(order))
1006                 add_to_free_area_random(page, &zone->free_area[order],
1007                                 migratetype);
1008         else
1009                 add_to_free_area(page, &zone->free_area[order], migratetype);
1010
1011 }
1012
1013 /*
1014  * A bad page could be due to a number of fields. Instead of multiple branches,
1015  * try and check multiple fields with one check. The caller must do a detailed
1016  * check if necessary.
1017  */
1018 static inline bool page_expected_state(struct page *page,
1019                                         unsigned long check_flags)
1020 {
1021         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1022                 return false;
1023
1024         if (unlikely((unsigned long)page->mapping |
1025                         page_ref_count(page) |
1026 #ifdef CONFIG_MEMCG
1027                         (unsigned long)page->mem_cgroup |
1028 #endif
1029                         (page->flags & check_flags)))
1030                 return false;
1031
1032         return true;
1033 }
1034
1035 static void free_pages_check_bad(struct page *page)
1036 {
1037         const char *bad_reason;
1038         unsigned long bad_flags;
1039
1040         bad_reason = NULL;
1041         bad_flags = 0;
1042
1043         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1044                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1045         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1046                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1047         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
1048                 bad_reason = "nonzero _refcount";
1049         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)) {
1050                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
1051                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE;
1052         }
1053 #ifdef CONFIG_MEMCG
1054         if (unlikely(page->mem_cgroup))
1055                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
1056 #endif
1057         bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
1058 }
1059
1060 static inline int free_pages_check(struct page *page)
1061 {
1062         if (likely(page_expected_state(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)))
1063                 return 0;
1064
1065         /* Something has gone sideways, find it */
1066         free_pages_check_bad(page);
1067         return 1;
1068 }
1069
1070 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
1071 {
1072         int ret = 1;
1073
1074         /*
1075          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
1076          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
1077          */
1078         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
1079
1080         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM)) {
1081                 ret = 0;
1082                 goto out;
1083         }
1084         switch (page - head_page) {
1085         case 1:
1086                 /* the first tail page: ->mapping may be compound_mapcount() */
1087                 if (unlikely(compound_mapcount(page))) {
1088                         bad_page(page, "nonzero compound_mapcount", 0);
1089                         goto out;
1090                 }
1091                 break;
1092         case 2:
1093                 /*
1094                  * the second tail page: ->mapping is
1095                  * deferred_list.next -- ignore value.
1096                  */
1097                 break;
1098         default:
1099                 if (page->mapping != TAIL_MAPPING) {
1100                         bad_page(page, "corrupted mapping in tail page", 0);
1101                         goto out;
1102                 }
1103                 break;
1104         }
1105         if (unlikely(!PageTail(page))) {
1106                 bad_page(page, "PageTail not set", 0);
1107                 goto out;
1108         }
1109         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
1110                 bad_page(page, "compound_head not consistent", 0);
1111                 goto out;
1112         }
1113         ret = 0;
1114 out:
1115         page->mapping = NULL;
1116         clear_compound_head(page);
1117         return ret;
1118 }
1119
1120 static void kernel_init_free_pages(struct page *page, int numpages)
1121 {
1122         int i;
1123
1124         for (i = 0; i < numpages; i++)
1125                 clear_highpage(page + i);
1126 }
1127
1128 static __always_inline bool free_pages_prepare(struct page *page,
1129                                         unsigned int order, bool check_free)
1130 {
1131         int bad = 0;
1132
1133         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
1134
1135         trace_mm_page_free(page, order);
1136
1137         /*
1138          * Check tail pages before head page information is cleared to
1139          * avoid checking PageCompound for order-0 pages.
1140          */
1141         if (unlikely(order)) {
1142                 bool compound = PageCompound(page);
1143                 int i;
1144
1145                 VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
1146
1147                 if (compound)
1148                         ClearPageDoubleMap(page);
1149                 for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1150                         if (compound)
1151                                 bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
1152                         if (unlikely(free_pages_check(page + i))) {
1153                                 bad++;
1154                                 continue;
1155                         }
1156                         (page + i)->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1157                 }
1158         }
1159         if (PageMappingFlags(page))
1160                 page->mapping = NULL;
1161         if (memcg_kmem_enabled() && PageKmemcg(page))
1162                 __memcg_kmem_uncharge(page, order);
1163         if (check_free)
1164                 bad += free_pages_check(page);
1165         if (bad)
1166                 return false;
1167
1168         page_cpupid_reset_last(page);
1169         page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1170         reset_page_owner(page, order);
1171
1172         if (!PageHighMem(page)) {
1173                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1174                                            PAGE_SIZE << order);
1175                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1176                                            PAGE_SIZE << order);
1177         }
1178         arch_free_page(page, order);
1179         if (want_init_on_free())
1180                 kernel_init_free_pages(page, 1 << order);
1181
1182         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 0);
1183         if (debug_pagealloc_enabled())
1184                 kernel_map_pages(page, 1 << order, 0);
1185
1186         kasan_free_nondeferred_pages(page, order);
1187
1188         return true;
1189 }
1190
1191 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1192 /*
1193  * With DEBUG_VM enabled, order-0 pages are checked immediately when being freed
1194  * to pcp lists. With debug_pagealloc also enabled, they are also rechecked when
1195  * moved from pcp lists to free lists.
1196  */
1197 static bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1198 {
1199         return free_pages_prepare(page, 0, true);
1200 }
1201
1202 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1203 {
1204         if (debug_pagealloc_enabled())
1205                 return free_pages_check(page);
1206         else
1207                 return false;
1208 }
1209 #else
1210 /*
1211  * With DEBUG_VM disabled, order-0 pages being freed are checked only when
1212  * moving from pcp lists to free list in order to reduce overhead. With
1213  * debug_pagealloc enabled, they are checked also immediately when being freed
1214  * to the pcp lists.
1215  */
1216 static bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1217 {
1218         if (debug_pagealloc_enabled())
1219                 return free_pages_prepare(page, 0, true);
1220         else
1221                 return free_pages_prepare(page, 0, false);
1222 }
1223
1224 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1225 {
1226         return free_pages_check(page);
1227 }
1228 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1229
1230 static inline void prefetch_buddy(struct page *page)
1231 {
1232         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1233         unsigned long buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, 0);
1234         struct page *buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
1235
1236         prefetch(buddy);
1237 }
1238
1239 /*
1240  * Frees a number of pages from the PCP lists
1241  * Assumes all pages on list are in same zone, and of same order.
1242  * count is the number of pages to free.
1243  *
1244  * If the zone was previously in an "all pages pinned" state then look to
1245  * see if this freeing clears that state.
1246  *
1247  * And clear the zone's pages_scanned counter, to hold off the "all pages are
1248  * pinned" detection logic.
1249  */
1250 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
1251                                         struct per_cpu_pages *pcp)
1252 {
1253         int migratetype = 0;
1254         int batch_free = 0;
1255         int prefetch_nr = 0;
1256         bool isolated_pageblocks;
1257         struct page *page, *tmp;
1258         LIST_HEAD(head);
1259
1260         while (count) {
1261                 struct list_head *list;
1262
1263                 /*
1264                  * Remove pages from lists in a round-robin fashion. A
1265                  * batch_free count is maintained that is incremented when an
1266                  * empty list is encountered.  This is so more pages are freed
1267                  * off fuller lists instead of spinning excessively around empty
1268                  * lists
1269                  */
1270                 do {
1271                         batch_free++;
1272                         if (++migratetype == MIGRATE_PCPTYPES)
1273                                 migratetype = 0;
1274                         list = &pcp->lists[migratetype];
1275                 } while (list_empty(list));
1276
1277                 /* This is the only non-empty list. Free them all. */
1278                 if (batch_free == MIGRATE_PCPTYPES)
1279                         batch_free = count;
1280
1281                 do {
1282                         page = list_last_entry(list, struct page, lru);
1283                         /* must delete to avoid corrupting pcp list */
1284                         list_del(&page->lru);
1285                         pcp->count--;
1286
1287                         if (bulkfree_pcp_prepare(page))
1288                                 continue;
1289
1290                         list_add_tail(&page->lru, &head);
1291
1292                         /*
1293                          * We are going to put the page back to the global
1294                          * pool, prefetch its buddy to speed up later access
1295                          * under zone->lock. It is believed the overhead of
1296                          * an additional test and calculating buddy_pfn here
1297                          * can be offset by reduced memory latency later. To
1298                          * avoid excessive prefetching due to large count, only
1299                          * prefetch buddy for the first pcp->batch nr of pages.
1300                          */
1301                         if (prefetch_nr++ < pcp->batch)
1302                                 prefetch_buddy(page);
1303                 } while (--count && --batch_free && !list_empty(list));
1304         }
1305
1306         spin_lock(&zone->lock);
1307         isolated_pageblocks = has_isolate_pageblock(zone);
1308
1309         /*
1310          * Use safe version since after __free_one_page(),
1311          * page->lru.next will not point to original list.
1312          */
1313         list_for_each_entry_safe(page, tmp, &head, lru) {
1314                 int mt = get_pcppage_migratetype(page);
1315                 /* MIGRATE_ISOLATE page should not go to pcplists */
1316                 VM_BUG_ON_PAGE(is_migrate_isolate(mt), page);
1317                 /* Pageblock could have been isolated meanwhile */
1318                 if (unlikely(isolated_pageblocks))
1319                         mt = get_pageblock_migratetype(page);
1320
1321                 __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, 0, mt);
1322                 trace_mm_page_pcpu_drain(page, 0, mt);
1323         }
1324         spin_unlock(&zone->lock);
1325 }
1326
1327 static void free_one_page(struct zone *zone,
1328                                 struct page *page, unsigned long pfn,
1329                                 unsigned int order,
1330                                 int migratetype)
1331 {
1332         spin_lock(&zone->lock);
1333         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1334                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1335                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1336         }
1337         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype);
1338         spin_unlock(&zone->lock);
1339 }
1340
1341 static void __meminit __init_single_page(struct page *page, unsigned long pfn,
1342                                 unsigned long zone, int nid)
1343 {
1344         mm_zero_struct_page(page);
1345         set_page_links(page, zone, nid, pfn);
1346         init_page_count(page);
1347         page_mapcount_reset(page);
1348         page_cpupid_reset_last(page);
1349         page_kasan_tag_reset(page);
1350
1351         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1352 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
1353         /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
1354         if (!is_highmem_idx(zone))
1355                 set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
1356 #endif
1357 }
1358
1359 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1360 static void __meminit init_reserved_page(unsigned long pfn)
1361 {
1362         pg_data_t *pgdat;
1363         int nid, zid;
1364
1365         if (!early_page_uninitialised(pfn))
1366                 return;
1367
1368         nid = early_pfn_to_nid(pfn);
1369         pgdat = NODE_DATA(nid);
1370
1371         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1372                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zid];
1373
1374                 if (pfn >= zone->zone_start_pfn && pfn < zone_end_pfn(zone))
1375                         break;
1376         }
1377         __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zid, nid);
1378 }
1379 #else
1380 static inline void init_reserved_page(unsigned long pfn)
1381 {
1382 }
1383 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1384
1385 /*
1386  * Initialised pages do not have PageReserved set. This function is
1387  * called for each range allocated by the bootmem allocator and
1388  * marks the pages PageReserved. The remaining valid pages are later
1389  * sent to the buddy page allocator.
1390  */
1391 void __meminit reserve_bootmem_region(phys_addr_t start, phys_addr_t end)
1392 {
1393         unsigned long start_pfn = PFN_DOWN(start);
1394         unsigned long end_pfn = PFN_UP(end);
1395
1396         for (; start_pfn < end_pfn; start_pfn++) {
1397                 if (pfn_valid(start_pfn)) {
1398                         struct page *page = pfn_to_page(start_pfn);
1399
1400                         init_reserved_page(start_pfn);
1401
1402                         /* Avoid false-positive PageTail() */
1403                         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1404
1405                         /*
1406                          * no need for atomic set_bit because the struct
1407                          * page is not visible yet so nobody should
1408                          * access it yet.
1409                          */
1410                         __SetPageReserved(page);
1411                 }
1412         }
1413 }
1414
1415 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order)
1416 {
1417         unsigned long flags;
1418         int migratetype;
1419         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1420
1421         if (!free_pages_prepare(page, order, true))
1422                 return;
1423
1424         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1425         local_irq_save(flags);
1426         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1427         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype);
1428         local_irq_restore(flags);
1429 }
1430
1431 void __free_pages_core(struct page *page, unsigned int order)
1432 {
1433         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1434         struct page *p = page;
1435         unsigned int loop;
1436
1437         prefetchw(p);
1438         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1439                 prefetchw(p + 1);
1440                 __ClearPageReserved(p);
1441                 set_page_count(p, 0);
1442         }
1443         __ClearPageReserved(p);
1444         set_page_count(p, 0);
1445
1446         atomic_long_add(nr_pages, &page_zone(page)->managed_pages);
1447         set_page_refcounted(page);
1448         __free_pages(page, order);
1449 }
1450
1451 #if defined(CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID) || \
1452         defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP)
1453
1454 static struct mminit_pfnnid_cache early_pfnnid_cache __meminitdata;
1455
1456 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
1457 {
1458         static DEFINE_SPINLOCK(early_pfn_lock);
1459         int nid;
1460
1461         spin_lock(&early_pfn_lock);
1462         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1463         if (nid < 0)
1464                 nid = first_online_node;
1465         spin_unlock(&early_pfn_lock);
1466
1467         return nid;
1468 }
1469 #endif
1470
1471 #ifdef CONFIG_NODES_SPAN_OTHER_NODES
1472 /* Only safe to use early in boot when initialisation is single-threaded */
1473 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1474 {
1475         int nid;
1476
1477         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1478         if (nid >= 0 && nid != node)
1479                 return false;
1480         return true;
1481 }
1482
1483 #else
1484 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1485 {
1486         return true;
1487 }
1488 #endif
1489
1490
1491 void __init memblock_free_pages(struct page *page, unsigned long pfn,
1492                                                         unsigned int order)
1493 {
1494         if (early_page_uninitialised(pfn))
1495                 return;
1496         __free_pages_core(page, order);
1497 }
1498
1499 /*
1500  * Check that the whole (or subset of) a pageblock given by the interval of
1501  * [start_pfn, end_pfn) is valid and within the same zone, before scanning it
1502  * with the migration of free compaction scanner. The scanners then need to
1503  * use only pfn_valid_within() check for arches that allow holes within
1504  * pageblocks.
1505  *
1506  * Return struct page pointer of start_pfn, or NULL if checks were not passed.
1507  *
1508  * It's possible on some configurations to have a setup like node0 node1 node0
1509  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of pages do not
1510  * belong to a single zone. We assume that a border between node0 and node1
1511  * can occur within a single pageblock, but not a node0 node1 node0
1512  * interleaving within a single pageblock. It is therefore sufficient to check
1513  * the first and last page of a pageblock and avoid checking each individual
1514  * page in a pageblock.
1515  */
1516 struct page *__pageblock_pfn_to_page(unsigned long start_pfn,
1517                                      unsigned long end_pfn, struct zone *zone)
1518 {
1519         struct page *start_page;
1520         struct page *end_page;
1521
1522         /* end_pfn is one past the range we are checking */
1523         end_pfn--;
1524
1525         if (!pfn_valid(start_pfn) || !pfn_valid(end_pfn))
1526                 return NULL;
1527
1528         start_page = pfn_to_online_page(start_pfn);
1529         if (!start_page)
1530                 return NULL;
1531
1532         if (page_zone(start_page) != zone)
1533                 return NULL;
1534
1535         end_page = pfn_to_page(end_pfn);
1536
1537         /* This gives a shorter code than deriving page_zone(end_page) */
1538         if (page_zone_id(start_page) != page_zone_id(end_page))
1539                 return NULL;
1540
1541         return start_page;
1542 }
1543
1544 void set_zone_contiguous(struct zone *zone)
1545 {
1546         unsigned long block_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
1547         unsigned long block_end_pfn;
1548
1549         block_end_pfn = ALIGN(block_start_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
1550         for (; block_start_pfn < zone_end_pfn(zone);
1551                         block_start_pfn = block_end_pfn,
1552                          block_end_pfn += pageblock_nr_pages) {
1553
1554                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, zone_end_pfn(zone));
1555
1556                 if (!__pageblock_pfn_to_page(block_start_pfn,
1557                                              block_end_pfn, zone))
1558                         return;
1559         }
1560
1561         /* We confirm that there is no hole */
1562         zone->contiguous = true;
1563 }
1564
1565 void clear_zone_contiguous(struct zone *zone)
1566 {
1567         zone->contiguous = false;
1568 }
1569
1570 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1571 static void __init deferred_free_range(unsigned long pfn,
1572                                        unsigned long nr_pages)
1573 {
1574         struct page *page;
1575         unsigned long i;
1576
1577         if (!nr_pages)
1578                 return;
1579
1580         page = pfn_to_page(pfn);
1581
1582         /* Free a large naturally-aligned chunk if possible */
1583         if (nr_pages == pageblock_nr_pages &&
1584             (pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0) {
1585                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1586                 __free_pages_core(page, pageblock_order);
1587                 return;
1588         }
1589
1590         for (i = 0; i < nr_pages; i++, page++, pfn++) {
1591                 if ((pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0)
1592                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1593                 __free_pages_core(page, 0);
1594         }
1595 }
1596
1597 /* Completion tracking for deferred_init_memmap() threads */
1598 static atomic_t pgdat_init_n_undone __initdata;
1599 static __initdata DECLARE_COMPLETION(pgdat_init_all_done_comp);
1600
1601 static inline void __init pgdat_init_report_one_done(void)
1602 {
1603         if (atomic_dec_and_test(&pgdat_init_n_undone))
1604                 complete(&pgdat_init_all_done_comp);
1605 }
1606
1607 /*
1608  * Returns true if page needs to be initialized or freed to buddy allocator.
1609  *
1610  * First we check if pfn is valid on architectures where it is possible to have
1611  * holes within pageblock_nr_pages. On systems where it is not possible, this
1612  * function is optimized out.
1613  *
1614  * Then, we check if a current large page is valid by only checking the validity
1615  * of the head pfn.
1616  */
1617 static inline bool __init deferred_pfn_valid(unsigned long pfn)
1618 {
1619         if (!pfn_valid_within(pfn))
1620                 return false;
1621         if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) && !pfn_valid(pfn))
1622                 return false;
1623         return true;
1624 }
1625
1626 /*
1627  * Free pages to buddy allocator. Try to free aligned pages in
1628  * pageblock_nr_pages sizes.
1629  */
1630 static void __init deferred_free_pages(unsigned long pfn,
1631                                        unsigned long end_pfn)
1632 {
1633         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1634         unsigned long nr_free = 0;
1635
1636         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1637                 if (!deferred_pfn_valid(pfn)) {
1638                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1639                         nr_free = 0;
1640                 } else if (!(pfn & nr_pgmask)) {
1641                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1642                         nr_free = 1;
1643                         touch_nmi_watchdog();
1644                 } else {
1645                         nr_free++;
1646                 }
1647         }
1648         /* Free the last block of pages to allocator */
1649         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1650 }
1651
1652 /*
1653  * Initialize struct pages.  We minimize pfn page lookups and scheduler checks
1654  * by performing it only once every pageblock_nr_pages.
1655  * Return number of pages initialized.
1656  */
1657 static unsigned long  __init deferred_init_pages(struct zone *zone,
1658                                                  unsigned long pfn,
1659                                                  unsigned long end_pfn)
1660 {
1661         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1662         int nid = zone_to_nid(zone);
1663         unsigned long nr_pages = 0;
1664         int zid = zone_idx(zone);
1665         struct page *page = NULL;
1666
1667         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1668                 if (!deferred_pfn_valid(pfn)) {
1669                         page = NULL;
1670                         continue;
1671                 } else if (!page || !(pfn & nr_pgmask)) {
1672                         page = pfn_to_page(pfn);
1673                         touch_nmi_watchdog();
1674                 } else {
1675                         page++;
1676                 }
1677                 __init_single_page(page, pfn, zid, nid);
1678                 nr_pages++;
1679         }
1680         return (nr_pages);
1681 }
1682
1683 /*
1684  * This function is meant to pre-load the iterator for the zone init.
1685  * Specifically it walks through the ranges until we are caught up to the
1686  * first_init_pfn value and exits there. If we never encounter the value we
1687  * return false indicating there are no valid ranges left.
1688  */
1689 static bool __init
1690 deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(u64 *i, struct zone *zone,
1691                                     unsigned long *spfn, unsigned long *epfn,
1692                                     unsigned long first_init_pfn)
1693 {
1694         u64 j;
1695
1696         /*
1697          * Start out by walking through the ranges in this zone that have
1698          * already been initialized. We don't need to do anything with them
1699          * so we just need to flush them out of the system.
1700          */
1701         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone(j, zone, spfn, epfn) {
1702                 if (*epfn <= first_init_pfn)
1703                         continue;
1704                 if (*spfn < first_init_pfn)
1705                         *spfn = first_init_pfn;
1706                 *i = j;
1707                 return true;
1708         }
1709
1710         return false;
1711 }
1712
1713 /*
1714  * Initialize and free pages. We do it in two loops: first we initialize
1715  * struct page, then free to buddy allocator, because while we are
1716  * freeing pages we can access pages that are ahead (computing buddy
1717  * page in __free_one_page()).
1718  *
1719  * In order to try and keep some memory in the cache we have the loop
1720  * broken along max page order boundaries. This way we will not cause
1721  * any issues with the buddy page computation.
1722  */
1723 static unsigned long __init
1724 deferred_init_maxorder(u64 *i, struct zone *zone, unsigned long *start_pfn,
1725                        unsigned long *end_pfn)
1726 {
1727         unsigned long mo_pfn = ALIGN(*start_pfn + 1, MAX_ORDER_NR_PAGES);
1728         unsigned long spfn = *start_pfn, epfn = *end_pfn;
1729         unsigned long nr_pages = 0;
1730         u64 j = *i;
1731
1732         /* First we loop through and initialize the page values */
1733         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone_from(j, zone, start_pfn, end_pfn) {
1734                 unsigned long t;
1735
1736                 if (mo_pfn <= *start_pfn)
1737                         break;
1738
1739                 t = min(mo_pfn, *end_pfn);
1740                 nr_pages += deferred_init_pages(zone, *start_pfn, t);
1741
1742                 if (mo_pfn < *end_pfn) {
1743                         *start_pfn = mo_pfn;
1744                         break;
1745                 }
1746         }
1747
1748         /* Reset values and now loop through freeing pages as needed */
1749         swap(j, *i);
1750
1751         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone_from(j, zone, &spfn, &epfn) {
1752                 unsigned long t;
1753
1754                 if (mo_pfn <= spfn)
1755                         break;
1756
1757                 t = min(mo_pfn, epfn);
1758                 deferred_free_pages(spfn, t);
1759
1760                 if (mo_pfn <= epfn)
1761                         break;
1762         }
1763
1764         return nr_pages;
1765 }
1766
1767 /* Initialise remaining memory on a node */
1768 static int __init deferred_init_memmap(void *data)
1769 {
1770         pg_data_t *pgdat = data;
1771         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
1772         unsigned long spfn = 0, epfn = 0, nr_pages = 0;
1773         unsigned long first_init_pfn, flags;
1774         unsigned long start = jiffies;
1775         struct zone *zone;
1776         int zid;
1777         u64 i;
1778
1779         /* Bind memory initialisation thread to a local node if possible */
1780         if (!cpumask_empty(cpumask))
1781                 set_cpus_allowed_ptr(current, cpumask);
1782
1783         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
1784         first_init_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1785         if (first_init_pfn == ULONG_MAX) {
1786                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1787                 pgdat_init_report_one_done();
1788                 return 0;
1789         }
1790
1791         /* Sanity check boundaries */
1792         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn < pgdat->node_start_pfn);
1793         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn > pgdat_end_pfn(pgdat));
1794         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
1795
1796         /* Only the highest zone is deferred so find it */
1797         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1798                 zone = pgdat->node_zones + zid;
1799                 if (first_init_pfn < zone_end_pfn(zone))
1800                         break;
1801         }
1802
1803         /* If the zone is empty somebody else may have cleared out the zone */
1804         if (!deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
1805                                                  first_init_pfn))
1806                 goto zone_empty;
1807
1808         /*
1809          * Initialize and free pages in MAX_ORDER sized increments so
1810          * that we can avoid introducing any issues with the buddy
1811          * allocator.
1812          */
1813         while (spfn < epfn)
1814                 nr_pages += deferred_init_maxorder(&i, zone, &spfn, &epfn);
1815 zone_empty:
1816         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1817
1818         /* Sanity check that the next zone really is unpopulated */
1819         WARN_ON(++zid < MAX_NR_ZONES && populated_zone(++zone));
1820
1821         pr_info("node %d initialised, %lu pages in %ums\n",
1822                 pgdat->node_id, nr_pages, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
1823
1824         pgdat_init_report_one_done();
1825         return 0;
1826 }
1827
1828 /*
1829  * If this zone has deferred pages, try to grow it by initializing enough
1830  * deferred pages to satisfy the allocation specified by order, rounded up to
1831  * the nearest PAGES_PER_SECTION boundary.  So we're adding memory in increments
1832  * of SECTION_SIZE bytes by initializing struct pages in increments of
1833  * PAGES_PER_SECTION * sizeof(struct page) bytes.
1834  *
1835  * Return true when zone was grown, otherwise return false. We return true even
1836  * when we grow less than requested, to let the caller decide if there are
1837  * enough pages to satisfy the allocation.
1838  *
1839  * Note: We use noinline because this function is needed only during boot, and
1840  * it is called from a __ref function _deferred_grow_zone. This way we are
1841  * making sure that it is not inlined into permanent text section.
1842  */
1843 static noinline bool __init
1844 deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
1845 {
1846         unsigned long nr_pages_needed = ALIGN(1 << order, PAGES_PER_SECTION);
1847         pg_data_t *pgdat = zone->zone_pgdat;
1848         unsigned long first_deferred_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1849         unsigned long spfn, epfn, flags;
1850         unsigned long nr_pages = 0;
1851         u64 i;
1852
1853         /* Only the last zone may have deferred pages */
1854         if (zone_end_pfn(zone) != pgdat_end_pfn(pgdat))
1855                 return false;
1856
1857         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
1858
1859         /*
1860          * If deferred pages have been initialized while we were waiting for
1861          * the lock, return true, as the zone was grown.  The caller will retry
1862          * this zone.  We won't return to this function since the caller also
1863          * has this static branch.
1864          */
1865         if (!static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
1866                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1867                 return true;
1868         }
1869
1870         /*
1871          * If someone grew this zone while we were waiting for spinlock, return
1872          * true, as there might be enough pages already.
1873          */
1874         if (first_deferred_pfn != pgdat->first_deferred_pfn) {
1875                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1876                 return true;
1877         }
1878
1879         /* If the zone is empty somebody else may have cleared out the zone */
1880         if (!deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
1881                                                  first_deferred_pfn)) {
1882                 pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
1883                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1884                 /* Retry only once. */
1885                 return first_deferred_pfn != ULONG_MAX;
1886         }
1887
1888         /*
1889          * Initialize and free pages in MAX_ORDER sized increments so
1890          * that we can avoid introducing any issues with the buddy
1891          * allocator.
1892          */
1893         while (spfn < epfn) {
1894                 /* update our first deferred PFN for this section */
1895                 first_deferred_pfn = spfn;
1896
1897                 nr_pages += deferred_init_maxorder(&i, zone, &spfn, &epfn);
1898
1899                 /* We should only stop along section boundaries */
1900                 if ((first_deferred_pfn ^ spfn) < PAGES_PER_SECTION)
1901                         continue;
1902
1903                 /* If our quota has been met we can stop here */
1904                 if (nr_pages >= nr_pages_needed)
1905                         break;
1906         }
1907
1908         pgdat->first_deferred_pfn = spfn;
1909         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1910
1911         return nr_pages > 0;
1912 }
1913
1914 /*
1915  * deferred_grow_zone() is __init, but it is called from
1916  * get_page_from_freelist() during early boot until deferred_pages permanently
1917  * disables this call. This is why we have refdata wrapper to avoid warning,
1918  * and to ensure that the function body gets unloaded.
1919  */
1920 static bool __ref
1921 _deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
1922 {
1923         return deferred_grow_zone(zone, order);
1924 }
1925
1926 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1927
1928 void __init page_alloc_init_late(void)
1929 {
1930         struct zone *zone;
1931         int nid;
1932
1933 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1934
1935         /* There will be num_node_state(N_MEMORY) threads */
1936         atomic_set(&pgdat_init_n_undone, num_node_state(N_MEMORY));
1937         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
1938                 kthread_run(deferred_init_memmap, NODE_DATA(nid), "pgdatinit%d", nid);
1939         }
1940
1941         /* Block until all are initialised */
1942         wait_for_completion(&pgdat_init_all_done_comp);
1943
1944         /*
1945          * We initialized the rest of the deferred pages.  Permanently disable
1946          * on-demand struct page initialization.
1947          */
1948         static_branch_disable(&deferred_pages);
1949
1950         /* Reinit limits that are based on free pages after the kernel is up */
1951         files_maxfiles_init();
1952 #endif
1953
1954         /* Discard memblock private memory */
1955         memblock_discard();
1956
1957         for_each_node_state(nid, N_MEMORY)
1958                 shuffle_free_memory(NODE_DATA(nid));
1959
1960         for_each_populated_zone(zone)
1961                 set_zone_contiguous(zone);
1962
1963 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
1964         init_debug_guardpage();
1965 #endif
1966 }
1967
1968 #ifdef CONFIG_CMA
1969 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
1970 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
1971 {
1972         unsigned i = pageblock_nr_pages;
1973         struct page *p = page;
1974
1975         do {
1976                 __ClearPageReserved(p);
1977                 set_page_count(p, 0);
1978         } while (++p, --i);
1979
1980         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
1981
1982         if (pageblock_order >= MAX_ORDER) {
1983                 i = pageblock_nr_pages;
1984                 p = page;
1985                 do {
1986                         set_page_refcounted(p);
1987                         __free_pages(p, MAX_ORDER - 1);
1988                         p += MAX_ORDER_NR_PAGES;
1989                 } while (i -= MAX_ORDER_NR_PAGES);
1990         } else {
1991                 set_page_refcounted(page);
1992                 __free_pages(page, pageblock_order);
1993         }
1994
1995         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
1996 }
1997 #endif
1998
1999 /*
2000  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
2001  * Please do not alter this order without good reasons and regression
2002  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
2003  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
2004  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
2005  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
2006  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
2007  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
2008  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
2009  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
2010  *
2011  * -- nyc
2012  */
2013 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
2014         int low, int high, struct free_area *area,
2015         int migratetype)
2016 {
2017         unsigned long size = 1 << high;
2018
2019         while (high > low) {
2020                 area--;
2021                 high--;
2022                 size >>= 1;
2023                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
2024
2025                 /*
2026                  * Mark as guard pages (or page), that will allow to
2027                  * merge back to allocator when buddy will be freed.
2028                  * Corresponding page table entries will not be touched,
2029                  * pages will stay not present in virtual address space
2030                  */
2031                 if (set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype))
2032                         continue;
2033
2034                 add_to_free_area(&page[size], area, migratetype);
2035                 set_page_order(&page[size], high);
2036         }
2037 }
2038
2039 static void check_new_page_bad(struct page *page)
2040 {
2041         const char *bad_reason = NULL;
2042         unsigned long bad_flags = 0;
2043
2044         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
2045                 bad_reason = "nonzero mapcount";
2046         if (unlikely(page->mapping != NULL))
2047                 bad_reason = "non-NULL mapping";
2048         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
2049                 bad_reason = "nonzero _refcount";
2050         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
2051                 bad_reason = "HWPoisoned (hardware-corrupted)";
2052                 bad_flags = __PG_HWPOISON;
2053                 /* Don't complain about hwpoisoned pages */
2054                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
2055                 return;
2056         }
2057         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)) {
2058                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag set";
2059                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
2060         }
2061 #ifdef CONFIG_MEMCG
2062         if (unlikely(page->mem_cgroup))
2063                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
2064 #endif
2065         bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
2066 }
2067
2068 /*
2069  * This page is about to be returned from the page allocator
2070  */
2071 static inline int check_new_page(struct page *page)
2072 {
2073         if (likely(page_expected_state(page,
2074                                 PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP|__PG_HWPOISON)))
2075                 return 0;
2076
2077         check_new_page_bad(page);
2078         return 1;
2079 }
2080
2081 static inline bool free_pages_prezeroed(void)
2082 {
2083         return (IS_ENABLED(CONFIG_PAGE_POISONING_ZERO) &&
2084                 page_poisoning_enabled()) || want_init_on_free();
2085 }
2086
2087 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
2088 /*
2089  * With DEBUG_VM enabled, order-0 pages are checked for expected state when
2090  * being allocated from pcp lists. With debug_pagealloc also enabled, they are
2091  * also checked when pcp lists are refilled from the free lists.
2092  */
2093 static inline bool check_pcp_refill(struct page *page)
2094 {
2095         if (debug_pagealloc_enabled())
2096                 return check_new_page(page);
2097         else
2098                 return false;
2099 }
2100
2101 static inline bool check_new_pcp(struct page *page)
2102 {
2103         return check_new_page(page);
2104 }
2105 #else
2106 /*
2107  * With DEBUG_VM disabled, free order-0 pages are checked for expected state
2108  * when pcp lists are being refilled from the free lists. With debug_pagealloc
2109  * enabled, they are also checked when being allocated from the pcp lists.
2110  */
2111 static inline bool check_pcp_refill(struct page *page)
2112 {
2113         return check_new_page(page);
2114 }
2115 static inline bool check_new_pcp(struct page *page)
2116 {
2117         if (debug_pagealloc_enabled())
2118                 return check_new_page(page);
2119         else
2120                 return false;
2121 }
2122 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
2123
2124 static bool check_new_pages(struct page *page, unsigned int order)
2125 {
2126         int i;
2127         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
2128                 struct page *p = page + i;
2129
2130                 if (unlikely(check_new_page(p)))
2131                         return true;
2132         }
2133
2134         return false;
2135 }
2136
2137 inline void post_alloc_hook(struct page *page, unsigned int order,
2138                                 gfp_t gfp_flags)
2139 {
2140         set_page_private(page, 0);
2141         set_page_refcounted(page);
2142
2143         arch_alloc_page(page, order);
2144         if (debug_pagealloc_enabled())
2145                 kernel_map_pages(page, 1 << order, 1);
2146         kasan_alloc_pages(page, order);
2147         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 1);
2148         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
2149 }
2150
2151 static void prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
2152                                                         unsigned int alloc_flags)
2153 {
2154         post_alloc_hook(page, order, gfp_flags);
2155
2156         if (!free_pages_prezeroed() && want_init_on_alloc(gfp_flags))
2157                 kernel_init_free_pages(page, 1 << order);
2158
2159         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
2160                 prep_compound_page(page, order);
2161
2162         /*
2163          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
2164          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
2165          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
2166          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
2167          */
2168         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
2169                 set_page_pfmemalloc(page);
2170         else
2171                 clear_page_pfmemalloc(page);
2172 }
2173
2174 /*
2175  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
2176  * the smallest available page from the freelists
2177  */
2178 static __always_inline
2179 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
2180                                                 int migratetype)
2181 {
2182         unsigned int current_order;
2183         struct free_area *area;
2184         struct page *page;
2185
2186         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
2187         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
2188                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2189                 page = get_page_from_free_area(area, migratetype);
2190                 if (!page)
2191                         continue;
2192                 del_page_from_free_area(page, area);
2193                 expand(zone, page, order, current_order, area, migratetype);
2194                 set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2195                 return page;
2196         }
2197
2198         return NULL;
2199 }
2200
2201
2202 /*
2203  * This array describes the order lists are fallen back to when
2204  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
2205  */
2206 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][4] = {
2207         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2208         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_TYPES },
2209         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2210 #ifdef CONFIG_CMA
2211         [MIGRATE_CMA]         = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
2212 #endif
2213 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
2214         [MIGRATE_ISOLATE]     = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
2215 #endif
2216 };
2217
2218 #ifdef CONFIG_CMA
2219 static __always_inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2220                                         unsigned int order)
2221 {
2222         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
2223 }
2224 #else
2225 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2226                                         unsigned int order) { return NULL; }
2227 #endif
2228
2229 /*
2230  * Move the free pages in a range to the free lists of the requested type.
2231  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
2232  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
2233  */
2234 static int move_freepages(struct zone *zone,
2235                           struct page *start_page, struct page *end_page,
2236                           int migratetype, int *num_movable)
2237 {
2238         struct page *page;
2239         unsigned int order;
2240         int pages_moved = 0;
2241
2242         for (page = start_page; page <= end_page;) {
2243                 if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page))) {
2244                         page++;
2245                         continue;
2246                 }
2247
2248                 if (!PageBuddy(page)) {
2249                         /*
2250                          * We assume that pages that could be isolated for
2251                          * migration are movable. But we don't actually try
2252                          * isolating, as that would be expensive.
2253                          */
2254                         if (num_movable &&
2255                                         (PageLRU(page) || __PageMovable(page)))
2256                                 (*num_movable)++;
2257
2258                         page++;
2259                         continue;
2260                 }
2261
2262                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
2263                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
2264                 VM_BUG_ON_PAGE(page_zone(page) != zone, page);
2265
2266                 order = page_order(page);
2267                 move_to_free_area(page, &zone->free_area[order], migratetype);
2268                 page += 1 << order;
2269                 pages_moved += 1 << order;
2270         }
2271
2272         return pages_moved;
2273 }
2274
2275 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
2276                                 int migratetype, int *num_movable)
2277 {
2278         unsigned long start_pfn, end_pfn;
2279         struct page *start_page, *end_page;
2280
2281         if (num_movable)
2282                 *num_movable = 0;
2283
2284         start_pfn = page_to_pfn(page);
2285         start_pfn = start_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
2286         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
2287         end_page = start_page + pageblock_nr_pages - 1;
2288         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
2289
2290         /* Do not cross zone boundaries */
2291         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
2292                 start_page = page;
2293         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
2294                 return 0;
2295
2296         return move_freepages(zone, start_page, end_page, migratetype,
2297                                                                 num_movable);
2298 }
2299
2300 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
2301                                         int start_order, int migratetype)
2302 {
2303         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
2304
2305         while (nr_pageblocks--) {
2306                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
2307                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
2308         }
2309 }
2310
2311 /*
2312  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
2313  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
2314  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
2315  *
2316  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
2317  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
2318  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
2319  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
2320  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
2321  * pageblocks.
2322  */
2323 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
2324 {
2325         /*
2326          * Leaving this order check is intended, although there is
2327          * relaxed order check in next check. The reason is that
2328          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
2329          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
2330          * so could be changed anytime.
2331          */
2332         if (order >= pageblock_order)
2333                 return true;
2334
2335         if (order >= pageblock_order / 2 ||
2336                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
2337                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
2338                 page_group_by_mobility_disabled)
2339                 return true;
2340
2341         return false;
2342 }
2343
2344 static inline void boost_watermark(struct zone *zone)
2345 {
2346         unsigned long max_boost;
2347
2348         if (!watermark_boost_factor)
2349                 return;
2350
2351         max_boost = mult_frac(zone->_watermark[WMARK_HIGH],
2352                         watermark_boost_factor, 10000);
2353
2354         /*
2355          * high watermark may be uninitialised if fragmentation occurs
2356          * very early in boot so do not boost. We do not fall
2357          * through and boost by pageblock_nr_pages as failing
2358          * allocations that early means that reclaim is not going
2359          * to help and it may even be impossible to reclaim the
2360          * boosted watermark resulting in a hang.
2361          */
2362         if (!max_boost)
2363                 return;
2364
2365         max_boost = max(pageblock_nr_pages, max_boost);
2366
2367         zone->watermark_boost = min(zone->watermark_boost + pageblock_nr_pages,
2368                 max_boost);
2369 }
2370
2371 /*
2372  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
2373  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
2374  * pageblock to our migratetype and determine how many already-allocated pages
2375  * are there in the pageblock with a compatible migratetype. If at least half
2376  * of pages are free or compatible, we can change migratetype of the pageblock
2377  * itself, so pages freed in the future will be put on the correct free list.
2378  */
2379 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
2380                 unsigned int alloc_flags, int start_type, bool whole_block)
2381 {
2382         unsigned int current_order = page_order(page);
2383         struct free_area *area;
2384         int free_pages, movable_pages, alike_pages;
2385         int old_block_type;
2386
2387         old_block_type = get_pageblock_migratetype(page);
2388
2389         /*
2390          * This can happen due to races and we want to prevent broken
2391          * highatomic accounting.
2392          */
2393         if (is_migrate_highatomic(old_block_type))
2394                 goto single_page;
2395
2396         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
2397         if (current_order >= pageblock_order) {
2398                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
2399                 goto single_page;
2400         }
2401
2402         /*
2403          * Boost watermarks to increase reclaim pressure to reduce the
2404          * likelihood of future fallbacks. Wake kswapd now as the node
2405          * may be balanced overall and kswapd will not wake naturally.
2406          */
2407         boost_watermark(zone);
2408         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
2409                 set_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
2410
2411         /* We are not allowed to try stealing from the whole block */
2412         if (!whole_block)
2413                 goto single_page;
2414
2415         free_pages = move_freepages_block(zone, page, start_type,
2416                                                 &movable_pages);
2417         /*
2418          * Determine how many pages are compatible with our allocation.
2419          * For movable allocation, it's the number of movable pages which
2420          * we just obtained. For other types it's a bit more tricky.
2421          */
2422         if (start_type == MIGRATE_MOVABLE) {
2423                 alike_pages = movable_pages;
2424         } else {
2425                 /*
2426                  * If we are falling back a RECLAIMABLE or UNMOVABLE allocation
2427                  * to MOVABLE pageblock, consider all non-movable pages as
2428                  * compatible. If it's UNMOVABLE falling back to RECLAIMABLE or
2429                  * vice versa, be conservative since we can't distinguish the
2430                  * exact migratetype of non-movable pages.
2431                  */
2432                 if (old_block_type == MIGRATE_MOVABLE)
2433                         alike_pages = pageblock_nr_pages
2434                                                 - (free_pages + movable_pages);
2435                 else
2436                         alike_pages = 0;
2437         }
2438
2439         /* moving whole block can fail due to zone boundary conditions */
2440         if (!free_pages)
2441                 goto single_page;
2442
2443         /*
2444          * If a sufficient number of pages in the block are either free or of
2445          * comparable migratability as our allocation, claim the whole block.
2446          */
2447         if (free_pages + alike_pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
2448                         page_group_by_mobility_disabled)
2449                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
2450
2451         return;
2452
2453 single_page:
2454         area = &zone->free_area[current_order];
2455         move_to_free_area(page, area, start_type);
2456 }
2457
2458 /*
2459  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
2460  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
2461  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
2462  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
2463  */
2464 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
2465                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
2466 {
2467         int i;
2468         int fallback_mt;
2469
2470         if (area->nr_free == 0)
2471                 return -1;
2472
2473         *can_steal = false;
2474         for (i = 0;; i++) {
2475                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
2476                 if (fallback_mt == MIGRATE_TYPES)
2477                         break;
2478
2479                 if (free_area_empty(area, fallback_mt))
2480                         continue;
2481
2482                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
2483                         *can_steal = true;
2484
2485                 if (!only_stealable)
2486                         return fallback_mt;
2487
2488                 if (*can_steal)
2489                         return fallback_mt;
2490         }
2491
2492         return -1;
2493 }
2494
2495 /*
2496  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
2497  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
2498  */
2499 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone,
2500                                 unsigned int alloc_order)
2501 {
2502         int mt;
2503         unsigned long max_managed, flags;
2504
2505         /*
2506          * Limit the number reserved to 1 pageblock or roughly 1% of a zone.
2507          * Check is race-prone but harmless.
2508          */
2509         max_managed = (zone_managed_pages(zone) / 100) + pageblock_nr_pages;
2510         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2511                 return;
2512
2513         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2514
2515         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
2516         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2517                 goto out_unlock;
2518
2519         /* Yoink! */
2520         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2521         if (!is_migrate_highatomic(mt) && !is_migrate_isolate(mt)
2522             && !is_migrate_cma(mt)) {
2523                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
2524                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2525                 move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_HIGHATOMIC, NULL);
2526         }
2527
2528 out_unlock:
2529         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2530 }
2531
2532 /*
2533  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
2534  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
2535  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
2536  * to recover from than an OOM.
2537  *
2538  * If @force is true, try to unreserve a pageblock even though highatomic
2539  * pageblock is exhausted.
2540  */
2541 static bool unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac,
2542                                                 bool force)
2543 {
2544         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2545         unsigned long flags;
2546         struct zoneref *z;
2547         struct zone *zone;
2548         struct page *page;
2549         int order;
2550         bool ret;
2551
2552         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->high_zoneidx,
2553                                                                 ac->nodemask) {
2554                 /*
2555                  * Preserve at least one pageblock unless memory pressure
2556                  * is really high.
2557                  */
2558                 if (!force && zone->nr_reserved_highatomic <=
2559                                         pageblock_nr_pages)
2560                         continue;
2561
2562                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2563                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
2564                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
2565
2566                         page = get_page_from_free_area(area, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2567                         if (!page)
2568                                 continue;
2569
2570                         /*
2571                          * In page freeing path, migratetype change is racy so
2572                          * we can counter several free pages in a pageblock
2573                          * in this loop althoug we changed the pageblock type
2574                          * from highatomic to ac->migratetype. So we should
2575                          * adjust the count once.
2576                          */
2577                         if (is_migrate_highatomic_page(page)) {
2578                                 /*
2579                                  * It should never happen but changes to
2580                                  * locking could inadvertently allow a per-cpu
2581                                  * drain to add pages to MIGRATE_HIGHATOMIC
2582                                  * while unreserving so be safe and watch for
2583                                  * underflows.
2584                                  */
2585                                 zone->nr_reserved_highatomic -= min(
2586                                                 pageblock_nr_pages,
2587                                                 zone->nr_reserved_highatomic);
2588                         }
2589
2590                         /*
2591                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
2592                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
2593                          * is doing the work and needs the pages. More
2594                          * importantly, if the block was always converted to
2595                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
2596                          * of pageblocks that cannot be completely freed
2597                          * may increase.
2598                          */
2599                         set_pageblock_migratetype(page, ac->migratetype);
2600                         ret = move_freepages_block(zone, page, ac->migratetype,
2601                                                                         NULL);
2602                         if (ret) {
2603                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2604                                 return ret;
2605                         }
2606                 }
2607                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2608         }
2609
2610         return false;
2611 }
2612
2613 /*
2614  * Try finding a free buddy page on the fallback list and put it on the free
2615  * list of requested migratetype, possibly along with other pages from the same
2616  * block, depending on fragmentation avoidance heuristics. Returns true if
2617  * fallback was found so that __rmqueue_smallest() can grab it.
2618  *
2619  * The use of signed ints for order and current_order is a deliberate
2620  * deviation from the rest of this file, to make the for loop
2621  * condition simpler.
2622  */
2623 static __always_inline bool
2624 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, int order, int start_migratetype,
2625                                                 unsigned int alloc_flags)
2626 {
2627         struct free_area *area;
2628         int current_order;
2629         int min_order = order;
2630         struct page *page;
2631         int fallback_mt;
2632         bool can_steal;
2633
2634         /*
2635          * Do not steal pages from freelists belonging to other pageblocks
2636          * i.e. orders < pageblock_order. If there are no local zones free,
2637          * the zonelists will be reiterated without ALLOC_NOFRAGMENT.
2638          */
2639         if (alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT)
2640                 min_order = pageblock_order;
2641
2642         /*
2643          * Find the largest available free page in the other list. This roughly
2644          * approximates finding the pageblock with the most free pages, which
2645          * would be too costly to do exactly.
2646          */
2647         for (current_order = MAX_ORDER - 1; current_order >= min_order;
2648                                 --current_order) {
2649                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2650                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2651                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2652                 if (fallback_mt == -1)
2653                         continue;
2654
2655                 /*
2656                  * We cannot steal all free pages from the pageblock and the
2657                  * requested migratetype is movable. In that case it's better to
2658                  * steal and split the smallest available page instead of the
2659                  * largest available page, because even if the next movable
2660                  * allocation falls back into a different pageblock than this
2661                  * one, it won't cause permanent fragmentation.
2662                  */
2663                 if (!can_steal && start_migratetype == MIGRATE_MOVABLE
2664                                         && current_order > order)
2665                         goto find_smallest;
2666
2667                 goto do_steal;
2668         }
2669
2670         return false;
2671
2672 find_smallest:
2673         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER;
2674                                                         current_order++) {
2675                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2676                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2677                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2678                 if (fallback_mt != -1)
2679                         break;
2680         }
2681
2682         /*
2683          * This should not happen - we already found a suitable fallback
2684          * when looking for the largest page.
2685          */
2686         VM_BUG_ON(current_order == MAX_ORDER);
2687
2688 do_steal:
2689         page = get_page_from_free_area(area, fallback_mt);
2690
2691         steal_suitable_fallback(zone, page, alloc_flags, start_migratetype,
2692                                                                 can_steal);
2693
2694         trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
2695                 start_migratetype, fallback_mt);
2696
2697         return true;
2698
2699 }
2700
2701 /*
2702  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
2703  * Call me with the zone->lock already held.
2704  */
2705 static __always_inline struct page *
2706 __rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order, int migratetype,
2707                                                 unsigned int alloc_flags)
2708 {
2709         struct page *page;
2710
2711 retry:
2712         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
2713         if (unlikely(!page)) {
2714                 if (migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
2715                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2716
2717                 if (!page && __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype,
2718                                                                 alloc_flags))
2719                         goto retry;
2720         }
2721
2722         trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
2723         return page;
2724 }
2725
2726 /*
2727  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
2728  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
2729  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
2730  */
2731 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
2732                         unsigned long count, struct list_head *list,
2733                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
2734 {
2735         int i, alloced = 0;
2736
2737         spin_lock(&zone->lock);
2738         for (i = 0; i < count; ++i) {
2739                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype,
2740                                                                 alloc_flags);
2741                 if (unlikely(page == NULL))
2742                         break;
2743
2744                 if (unlikely(check_pcp_refill(page)))
2745                         continue;
2746
2747                 /*
2748                  * Split buddy pages returned by expand() are received here in
2749                  * physical page order. The page is added to the tail of
2750                  * caller's list. From the callers perspective, the linked list
2751                  * is ordered by page number under some conditions. This is
2752                  * useful for IO devices that can forward direction from the
2753                  * head, thus also in the physical page order. This is useful
2754                  * for IO devices that can merge IO requests if the physical
2755                  * pages are ordered properly.
2756                  */
2757                 list_add_tail(&page->lru, list);
2758                 alloced++;
2759                 if (is_migrate_cma(get_pcppage_migratetype(page)))
2760                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
2761                                               -(1 << order));
2762         }
2763
2764         /*
2765          * i pages were removed from the buddy list even if some leak due
2766          * to check_pcp_refill failing so adjust NR_FREE_PAGES based
2767          * on i. Do not confuse with 'alloced' which is the number of
2768          * pages added to the pcp list.
2769          */
2770         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
2771         spin_unlock(&zone->lock);
2772         return alloced;
2773 }
2774
2775 #ifdef CONFIG_NUMA
2776 /*
2777  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
2778  * currently executing processor on remote nodes after they have
2779  * expired.
2780  *
2781  * Note that this function must be called with the thread pinned to
2782  * a single processor.
2783  */
2784 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
2785 {
2786         unsigned long flags;
2787         int to_drain, batch;
2788
2789         local_irq_save(flags);
2790         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2791         to_drain = min(pcp->count, batch);
2792         if (to_drain > 0)
2793                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp);
2794         local_irq_restore(flags);
2795 }
2796 #endif
2797
2798 /*
2799  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
2800  *
2801  * The processor must either be the current processor and the
2802  * thread pinned to the current processor or a processor that
2803  * is not online.
2804  */
2805 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
2806 {
2807         unsigned long flags;
2808         struct per_cpu_pageset *pset;
2809         struct per_cpu_pages *pcp;
2810
2811         local_irq_save(flags);
2812         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2813
2814         pcp = &pset->pcp;
2815         if (pcp->count)
2816                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp);
2817         local_irq_restore(flags);
2818 }
2819
2820 /*
2821  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
2822  *
2823  * The processor must either be the current processor and the
2824  * thread pinned to the current processor or a processor that
2825  * is not online.
2826  */
2827 static void drain_pages(unsigned int cpu)
2828 {
2829         struct zone *zone;
2830
2831         for_each_populated_zone(zone) {
2832                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2833         }
2834 }
2835
2836 /*
2837  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
2838  *
2839  * The CPU has to be pinned. When zone parameter is non-NULL, spill just
2840  * the single zone's pages.
2841  */
2842 void drain_local_pages(struct zone *zone)
2843 {
2844         int cpu = smp_processor_id();
2845
2846         if (zone)
2847                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2848         else
2849                 drain_pages(cpu);
2850 }
2851
2852 static void drain_local_pages_wq(struct work_struct *work)
2853 {
2854         struct pcpu_drain *drain;
2855
2856         drain = container_of(work, struct pcpu_drain, work);
2857
2858         /*
2859          * drain_all_pages doesn't use proper cpu hotplug protection so
2860          * we can race with cpu offline when the WQ can move this from
2861          * a cpu pinned worker to an unbound one. We can operate on a different
2862          * cpu which is allright but we also have to make sure to not move to
2863          * a different one.
2864          */
2865         preempt_disable();
2866         drain_local_pages(drain->zone);
2867         preempt_enable();
2868 }
2869
2870 /*
2871  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
2872  *
2873  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
2874  *
2875  * Note that this can be extremely slow as the draining happens in a workqueue.
2876  */
2877 void drain_all_pages(struct zone *zone)
2878 {
2879         int cpu;
2880
2881         /*
2882          * Allocate in the BSS so we wont require allocation in
2883          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
2884          */
2885         static cpumask_t cpus_with_pcps;
2886
2887         /*
2888          * Make sure nobody triggers this path before mm_percpu_wq is fully
2889          * initialized.
2890          */
2891         if (WARN_ON_ONCE(!mm_percpu_wq))
2892                 return;
2893
2894         /*
2895          * Do not drain if one is already in progress unless it's specific to
2896          * a zone. Such callers are primarily CMA and memory hotplug and need
2897          * the drain to be complete when the call returns.
2898          */
2899         if (unlikely(!mutex_trylock(&pcpu_drain_mutex))) {
2900                 if (!zone)
2901                         return;
2902                 mutex_lock(&pcpu_drain_mutex);
2903         }
2904
2905         /*
2906          * We don't care about racing with CPU hotplug event
2907          * as offline notification will cause the notified
2908          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
2909          * disables preemption as part of its processing
2910          */
2911         for_each_online_cpu(cpu) {
2912                 struct per_cpu_pageset *pcp;
2913                 struct zone *z;
2914                 bool has_pcps = false;
2915
2916                 if (zone) {
2917                         pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2918                         if (pcp->pcp.count)
2919                                 has_pcps = true;
2920                 } else {
2921                         for_each_populated_zone(z) {
2922                                 pcp = per_cpu_ptr(z->pageset, cpu);
2923                                 if (pcp->pcp.count) {
2924                                         has_pcps = true;
2925                                         break;
2926                                 }
2927                         }
2928                 }
2929
2930                 if (has_pcps)
2931                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2932                 else
2933                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2934         }
2935
2936         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps) {
2937                 struct pcpu_drain *drain = per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu);
2938
2939                 drain->zone = zone;
2940                 INIT_WORK(&drain->work, drain_local_pages_wq);
2941                 queue_work_on(cpu, mm_percpu_wq, &drain->work);
2942         }
2943         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps)
2944                 flush_work(&per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu)->work);
2945
2946         mutex_unlock(&pcpu_drain_mutex);
2947 }
2948
2949 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
2950
2951 /*
2952  * Touch the watchdog for every WD_PAGE_COUNT pages.
2953  */
2954 #define WD_PAGE_COUNT   (128*1024)
2955
2956 void mark_free_pages(struct zone *zone)
2957 {
2958         unsigned long pfn, max_zone_pfn, page_count = WD_PAGE_COUNT;
2959         unsigned long flags;
2960         unsigned int order, t;
2961         struct page *page;
2962
2963         if (zone_is_empty(zone))
2964                 return;
2965
2966         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2967
2968         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
2969         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
2970                 if (pfn_valid(pfn)) {
2971                         page = pfn_to_page(pfn);
2972
2973                         if (!--page_count) {
2974                                 touch_nmi_watchdog();
2975                                 page_count = WD_PAGE_COUNT;
2976                         }
2977
2978                         if (page_zone(page) != zone)
2979                                 continue;
2980
2981                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
2982                                 swsusp_unset_page_free(page);
2983                 }
2984
2985         for_each_migratetype_order(order, t) {
2986                 list_for_each_entry(page,
2987                                 &zone->free_area[order].free_list[t], lru) {
2988                         unsigned long i;
2989
2990                         pfn = page_to_pfn(page);
2991                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++) {
2992                                 if (!--page_count) {
2993                                         touch_nmi_watchdog();
2994                                         page_count = WD_PAGE_COUNT;
2995                                 }
2996                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
2997                         }
2998                 }
2999         }
3000         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3001 }
3002 #endif /* CONFIG_PM */
3003
3004 static bool free_unref_page_prepare(struct page *page, unsigned long pfn)
3005 {
3006         int migratetype;
3007
3008         if (!free_pcp_prepare(page))
3009                 return false;
3010
3011         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
3012         set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
3013         return true;
3014 }
3015
3016 static void free_unref_page_commit(struct page *page, unsigned long pfn)
3017 {
3018         struct zone *zone = page_zone(page);
3019         struct per_cpu_pages *pcp;
3020         int migratetype;
3021
3022         migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
3023         __count_vm_event(PGFREE);
3024
3025         /*
3026          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
3027          * Free ISOLATE pages back to the allocator because they are being
3028          * offlined but treat HIGHATOMIC as movable pages so we can get those
3029          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
3030          * excessively into the page allocator
3031          */
3032         if (migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES) {
3033                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
3034                         free_one_page(zone, page, pfn, 0, migratetype);
3035                         return;
3036                 }
3037                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
3038         }
3039
3040         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
3041         list_add(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
3042         pcp->count++;
3043         if (pcp->count >= pcp->high) {
3044                 unsigned long batch = READ_ONCE(pcp->batch);
3045                 free_pcppages_bulk(zone, batch, pcp);
3046         }
3047 }
3048
3049 /*
3050  * Free a 0-order page
3051  */
3052 void free_unref_page(struct page *page)
3053 {
3054         unsigned long flags;
3055         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
3056
3057         if (!free_unref_page_prepare(page, pfn))
3058                 return;
3059
3060         local_irq_save(flags);
3061         free_unref_page_commit(page, pfn);
3062         local_irq_restore(flags);
3063 }
3064
3065 /*
3066  * Free a list of 0-order pages
3067  */
3068 void free_unref_page_list(struct list_head *list)
3069 {
3070         struct page *page, *next;
3071         unsigned long flags, pfn;
3072         int batch_count = 0;
3073
3074         /* Prepare pages for freeing */
3075         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
3076                 pfn = page_to_pfn(page);
3077                 if (!free_unref_page_prepare(page, pfn))
3078                         list_del(&page->lru);
3079                 set_page_private(page, pfn);
3080         }
3081
3082         local_irq_save(flags);
3083         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
3084                 unsigned long pfn = page_private(page);
3085
3086                 set_page_private(page, 0);
3087                 trace_mm_page_free_batched(page);
3088                 free_unref_page_commit(page, pfn);
3089
3090                 /*
3091                  * Guard against excessive IRQ disabled times when we get
3092                  * a large list of pages to free.
3093                  */
3094                 if (++batch_count == SWAP_CLUSTER_MAX) {
3095                         local_irq_restore(flags);
3096                         batch_count = 0;
3097                         local_irq_save(flags);
3098                 }
3099         }
3100         local_irq_restore(flags);
3101 }
3102
3103 /*
3104  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
3105  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
3106  * Each sub-page must be freed individually.
3107  *
3108  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
3109  * Please consult with lkml before using this in your driver.
3110  */
3111 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
3112 {
3113         int i;
3114
3115         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
3116         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
3117
3118         for (i = 1; i < (1 << order); i++)
3119                 set_page_refcounted(page + i);
3120         split_page_owner(page, order);
3121 }
3122 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
3123
3124 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
3125 {
3126         struct free_area *area = &page_zone(page)->free_area[order];
3127         unsigned long watermark;
3128         struct zone *zone;
3129         int mt;
3130
3131         BUG_ON(!PageBuddy(page));
3132
3133         zone = page_zone(page);
3134         mt = get_pageblock_migratetype(page);
3135
3136         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
3137                 /*
3138                  * Obey watermarks as if the page was being allocated. We can
3139                  * emulate a high-order watermark check with a raised order-0
3140                  * watermark, because we already know our high-order page
3141                  * exists.
3142                  */
3143                 watermark = zone->_watermark[WMARK_MIN] + (1UL << order);
3144                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, ALLOC_CMA))
3145                         return 0;
3146
3147                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
3148         }
3149
3150         /* Remove page from free list */
3151
3152         del_page_from_free_area(page, area);
3153
3154         /*
3155          * Set the pageblock if the isolated page is at least half of a
3156          * pageblock
3157          */
3158         if (order >= pageblock_order - 1) {
3159                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
3160                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
3161                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
3162                         if (!is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt)
3163                             && !is_migrate_highatomic(mt))
3164                                 set_pageblock_migratetype(page,
3165                                                           MIGRATE_MOVABLE);
3166                 }
3167         }
3168
3169
3170         return 1UL << order;
3171 }
3172
3173 /*
3174  * Update NUMA hit/miss statistics
3175  *
3176  * Must be called with interrupts disabled.
3177  */
3178 static inline void zone_statistics(struct zone *preferred_zone, struct zone *z)
3179 {
3180 #ifdef CONFIG_NUMA
3181         enum numa_stat_item local_stat = NUMA_LOCAL;
3182
3183         /* skip numa counters update if numa stats is disabled */
3184         if (!static_branch_likely(&vm_numa_stat_key))
3185                 return;
3186
3187         if (zone_to_nid(z) != numa_node_id())
3188                 local_stat = NUMA_OTHER;
3189
3190         if (zone_to_nid(z) == zone_to_nid(preferred_zone))
3191                 __inc_numa_state(z, NUMA_HIT);
3192         else {
3193                 __inc_numa_state(z, NUMA_MISS);
3194                 __inc_numa_state(preferred_zone, NUMA_FOREIGN);
3195         }
3196         __inc_numa_state(z, local_stat);
3197 #endif
3198 }
3199
3200 /* Remove page from the per-cpu list, caller must protect the list */
3201 static struct page *__rmqueue_pcplist(struct zone *zone, int migratetype,
3202                         unsigned int alloc_flags,
3203                         struct per_cpu_pages *pcp,
3204                         struct list_head *list)
3205 {
3206         struct page *page;
3207
3208         do {
3209                 if (list_empty(list)) {
3210                         pcp->count += rmqueue_bulk(zone, 0,
3211                                         pcp->batch, list,
3212                                         migratetype, alloc_flags);
3213                         if (unlikely(list_empty(list)))
3214                                 return NULL;
3215                 }
3216
3217                 page = list_first_entry(list, struct page, lru);
3218                 list_del(&page->lru);
3219                 pcp->count--;
3220         } while (check_new_pcp(page));
3221
3222         return page;
3223 }
3224
3225 /* Lock and remove page from the per-cpu list */
3226 static struct page *rmqueue_pcplist(struct zone *preferred_zone,
3227                         struct zone *zone, gfp_t gfp_flags,
3228                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
3229 {
3230         struct per_cpu_pages *pcp;
3231         struct list_head *list;
3232         struct page *page;
3233         unsigned long flags;
3234
3235         local_irq_save(flags);
3236         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
3237         list = &pcp->lists[migratetype];
3238         page = __rmqueue_pcplist(zone,  migratetype, alloc_flags, pcp, list);
3239         if (page) {
3240                 __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1);
3241                 zone_statistics(preferred_zone, zone);
3242         }
3243         local_irq_restore(flags);
3244         return page;
3245 }
3246
3247 /*
3248  * Allocate a page from the given zone. Use pcplists for order-0 allocations.
3249  */
3250 static inline
3251 struct page *rmqueue(struct zone *preferred_zone,
3252                         struct zone *zone, unsigned int order,
3253                         gfp_t gfp_flags, unsigned int alloc_flags,
3254                         int migratetype)
3255 {
3256         unsigned long flags;
3257         struct page *page;
3258
3259         if (likely(order == 0)) {
3260                 page = rmqueue_pcplist(preferred_zone, zone, gfp_flags,
3261                                         migratetype, alloc_flags);
3262                 goto out;
3263         }
3264
3265         /*
3266          * We most definitely don't want callers attempting to
3267          * allocate greater than order-1 page units with __GFP_NOFAIL.
3268          */
3269         WARN_ON_ONCE((gfp_flags & __GFP_NOFAIL) && (order > 1));
3270         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3271
3272         do {
3273                 page = NULL;
3274                 if (alloc_flags & ALLOC_HARDER) {
3275                         page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
3276                         if (page)
3277                                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
3278                 }
3279                 if (!page)
3280                         page = __rmqueue(zone, order, migratetype, alloc_flags);
3281         } while (page && check_new_pages(page, order));
3282         spin_unlock(&zone->lock);
3283         if (!page)
3284                 goto failed;
3285         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
3286                                   get_pcppage_migratetype(page));
3287
3288         __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
3289         zone_statistics(preferred_zone, zone);
3290         local_irq_restore(flags);
3291
3292 out:
3293         /* Separate test+clear to avoid unnecessary atomics */
3294         if (test_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags)) {
3295                 clear_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
3296                 wakeup_kswapd(zone, 0, 0, zone_idx(zone));
3297         }
3298
3299         VM_BUG_ON_PAGE(page && bad_range(zone, page), page);
3300         return page;
3301
3302 failed:
3303         local_irq_restore(flags);
3304         return NULL;
3305 }
3306
3307 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
3308
3309 static struct {
3310         struct fault_attr attr;
3311
3312         bool ignore_gfp_highmem;
3313         bool ignore_gfp_reclaim;
3314         u32 min_order;
3315 } fail_page_alloc = {
3316         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
3317         .ignore_gfp_reclaim = true,
3318         .ignore_gfp_highmem = true,
3319         .min_order = 1,
3320 };
3321
3322 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
3323 {
3324         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
3325 }
3326 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
3327
3328 static bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3329 {
3330         if (order < fail_page_alloc.min_order)
3331                 return false;
3332         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3333                 return false;
3334         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
3335                 return false;
3336         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim &&
3337                         (gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3338                 return false;
3339
3340         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
3341 }
3342
3343 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
3344
3345 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
3346 {
3347         umode_t mode = S_IFREG | 0600;
3348         struct dentry *dir;
3349
3350         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
3351                                         &fail_page_alloc.attr);
3352
3353         debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
3354                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim);
3355         debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
3356                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem);
3357         debugfs_create_u32("min-order", mode, dir, &fail_page_alloc.min_order);
3358
3359         return 0;
3360 }
3361
3362 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
3363
3364 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
3365
3366 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3367
3368 static inline bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3369 {
3370         return false;
3371 }
3372
3373 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3374
3375 static noinline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3376 {
3377         return __should_fail_alloc_page(gfp_mask, order);
3378 }
3379 ALLOW_ERROR_INJECTION(should_fail_alloc_page, TRUE);
3380
3381 /*
3382  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
3383  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
3384  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
3385  * to check in the allocation paths if no pages are free.
3386  */
3387 bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3388                          int classzone_idx, unsigned int alloc_flags,
3389                          long free_pages)
3390 {
3391         long min = mark;
3392         int o;
3393         const bool alloc_harder = (alloc_flags & (ALLOC_HARDER|ALLOC_OOM));
3394
3395         /* free_pages may go negative - that's OK */
3396         free_pages -= (1 << order) - 1;
3397
3398         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
3399                 min -= min / 2;
3400
3401         /*
3402          * If the caller does not have rights to ALLOC_HARDER then subtract
3403          * the high-atomic reserves. This will over-estimate the size of the
3404          * atomic reserve but it avoids a search.
3405          */
3406         if (likely(!alloc_harder)) {
3407                 free_pages -= z->nr_reserved_highatomic;
3408         } else {
3409                 /*
3410                  * OOM victims can try even harder than normal ALLOC_HARDER
3411                  * users on the grounds that it's definitely going to be in
3412                  * the exit path shortly and free memory. Any allocation it
3413                  * makes during the free path will be small and short-lived.
3414                  */
3415                 if (alloc_flags & ALLOC_OOM)
3416                         min -= min / 2;
3417                 else
3418                         min -= min / 4;
3419         }
3420
3421
3422 #ifdef CONFIG_CMA
3423         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
3424         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
3425                 free_pages -= zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
3426 #endif
3427
3428         /*
3429          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
3430          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
3431          * even if a suitable page happened to be free.
3432          */
3433         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
3434                 return false;
3435
3436         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
3437         if (!order)
3438                 return true;
3439
3440         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
3441         for (o = order; o < MAX_ORDER; o++) {
3442                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
3443                 int mt;
3444
3445                 if (!area->nr_free)
3446                         continue;
3447
3448                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
3449                         if (!free_area_empty(area, mt))
3450                                 return true;
3451                 }
3452
3453 #ifdef CONFIG_CMA
3454                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
3455                     !free_area_empty(area, MIGRATE_CMA)) {
3456                         return true;
3457                 }
3458 #endif
3459                 if (alloc_harder &&
3460                         !list_empty(&area->free_list[MIGRATE_HIGHATOMIC]))
3461                         return true;
3462         }
3463         return false;
3464 }
3465
3466 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3467                       int classzone_idx, unsigned int alloc_flags)
3468 {
3469         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
3470                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
3471 }
3472
3473 static inline bool zone_watermark_fast(struct zone *z, unsigned int order,
3474                 unsigned long mark, int classzone_idx, unsigned int alloc_flags)
3475 {
3476         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3477         long cma_pages = 0;
3478
3479 #ifdef CONFIG_CMA
3480         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
3481         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
3482                 cma_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
3483 #endif
3484
3485         /*
3486          * Fast check for order-0 only. If this fails then the reserves
3487          * need to be calculated. There is a corner case where the check
3488          * passes but only the high-order atomic reserve are free. If
3489          * the caller is !atomic then it'll uselessly search the free
3490          * list. That corner case is then slower but it is harmless.
3491          */
3492         if (!order && (free_pages - cma_pages) > mark + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
3493                 return true;
3494
3495         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
3496                                         free_pages);
3497 }
3498
3499 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
3500                         unsigned long mark, int classzone_idx)
3501 {
3502         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3503
3504         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
3505                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
3506
3507         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, 0,
3508                                                                 free_pages);
3509 }
3510
3511 #ifdef CONFIG_NUMA
3512 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3513 {
3514         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <=
3515                                 node_reclaim_distance;
3516 }
3517 #else   /* CONFIG_NUMA */
3518 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3519 {
3520         return true;
3521 }
3522 #endif  /* CONFIG_NUMA */
3523
3524 /*
3525  * The restriction on ZONE_DMA32 as being a suitable zone to use to avoid
3526  * fragmentation is subtle. If the preferred zone was HIGHMEM then
3527  * premature use of a lower zone may cause lowmem pressure problems that
3528  * are worse than fragmentation. If the next zone is ZONE_DMA then it is
3529  * probably too small. It only makes sense to spread allocations to avoid
3530  * fragmentation between the Normal and DMA32 zones.
3531  */
3532 static inline unsigned int
3533 alloc_flags_nofragment(struct zone *zone, gfp_t gfp_mask)
3534 {
3535         unsigned int alloc_flags = 0;
3536
3537         if (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM)
3538                 alloc_flags |= ALLOC_KSWAPD;
3539
3540 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
3541         if (!zone)
3542                 return alloc_flags;
3543
3544         if (zone_idx(zone) != ZONE_NORMAL)
3545                 return alloc_flags;
3546
3547         /*
3548          * If ZONE_DMA32 exists, assume it is the one after ZONE_NORMAL and
3549          * the pointer is within zone->zone_pgdat->node_zones[]. Also assume
3550          * on UMA that if Normal is populated then so is DMA32.
3551          */
3552         BUILD_BUG_ON(ZONE_NORMAL - ZONE_DMA32 != 1);
3553         if (nr_online_nodes > 1 && !populated_zone(--zone))
3554                 return alloc_flags;
3555
3556         alloc_flags |= ALLOC_NOFRAGMENT;
3557 #endif /* CONFIG_ZONE_DMA32 */
3558         return alloc_flags;
3559 }
3560
3561 /*
3562  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
3563  * a page.
3564  */
3565 static struct page *
3566 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
3567                                                 const struct alloc_context *ac)
3568 {
3569         struct zoneref *z;
3570         struct zone *zone;
3571         struct pglist_data *last_pgdat_dirty_limit = NULL;
3572         bool no_fallback;
3573
3574 retry:
3575         /*
3576          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
3577          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
3578          */
3579         no_fallback = alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT;
3580         z = ac->preferred_zoneref;
3581         for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
3582                                                                 ac->nodemask) {
3583                 struct page *page;
3584                 unsigned long mark;
3585
3586                 if (cpusets_enabled() &&
3587                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
3588                         !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
3589                                 continue;
3590                 /*
3591                  * When allocating a page cache page for writing, we
3592                  * want to get it from a node that is within its dirty
3593                  * limit, such that no single node holds more than its
3594                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
3595                  * The dirty limits take into account the node's
3596                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
3597                  * should be able to balance it without having to
3598                  * write pages from its LRU list.
3599                  *
3600                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
3601                  * exceed the per-node dirty limit in the slowpath
3602                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
3603                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
3604                  * nodes are together not big enough to reach the
3605                  * global limit.  The proper fix for these situations
3606                  * will require awareness of nodes in the
3607                  * dirty-throttling and the flusher threads.
3608                  */
3609                 if (ac->spread_dirty_pages) {
3610                         if (last_pgdat_dirty_limit == zone->zone_pgdat)
3611                                 continue;
3612
3613                         if (!node_dirty_ok(zone->zone_pgdat)) {
3614                                 last_pgdat_dirty_limit = zone->zone_pgdat;
3615                                 continue;
3616                         }
3617                 }
3618
3619                 if (no_fallback && nr_online_nodes > 1 &&
3620                     zone != ac->preferred_zoneref->zone) {
3621                         int local_nid;
3622
3623                         /*
3624                          * If moving to a remote node, retry but allow
3625                          * fragmenting fallbacks. Locality is more important
3626                          * than fragmentation avoidance.
3627                          */
3628                         local_nid = zone_to_nid(ac->preferred_zoneref->zone);
3629                         if (zone_to_nid(zone) != local_nid) {
3630                                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
3631                                 goto retry;
3632                         }
3633                 }
3634
3635                 mark = wmark_pages(zone, alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK);
3636                 if (!zone_watermark_fast(zone, order, mark,
3637                                        ac_classzone_idx(ac), alloc_flags)) {
3638                         int ret;
3639
3640 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
3641                         /*
3642                          * Watermark failed for this zone, but see if we can
3643                          * grow this zone if it contains deferred pages.
3644                          */
3645                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
3646                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
3647                                         goto try_this_zone;
3648                         }
3649 #endif
3650                         /* Checked here to keep the fast path fast */
3651                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
3652                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
3653                                 goto try_this_zone;
3654
3655                         if (node_reclaim_mode == 0 ||
3656                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zoneref->zone, zone))
3657                                 continue;
3658
3659                         ret = node_reclaim(zone->zone_pgdat, gfp_mask, order);
3660                         switch (ret) {
3661                         case NODE_RECLAIM_NOSCAN:
3662                                 /* did not scan */
3663                                 continue;
3664                         case NODE_RECLAIM_FULL:
3665                                 /* scanned but unreclaimable */
3666                                 continue;
3667                         default:
3668                                 /* did we reclaim enough */
3669                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
3670                                                 ac_classzone_idx(ac), alloc_flags))
3671                                         goto try_this_zone;
3672
3673                                 continue;
3674                         }
3675                 }
3676
3677 try_this_zone:
3678                 page = rmqueue(ac->preferred_zoneref->zone, zone, order,
3679                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
3680                 if (page) {
3681                         prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
3682
3683                         /*
3684                          * If this is a high-order atomic allocation then check
3685                          * if the pageblock should be reserved for the future
3686                          */
3687                         if (unlikely(order && (alloc_flags & ALLOC_HARDER)))
3688                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone, order);
3689
3690                         return page;
3691                 } else {
3692 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
3693                         /* Try again if zone has deferred pages */
3694                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
3695                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
3696                                         goto try_this_zone;
3697                         }
3698 #endif
3699                 }
3700         }
3701
3702         /*
3703          * It's possible on a UMA machine to get through all zones that are
3704          * fragmented. If avoiding fragmentation, reset and try again.
3705          */
3706         if (no_fallback) {
3707                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
3708                 goto retry;
3709         }
3710
3711         return NULL;
3712 }
3713
3714 static void warn_alloc_show_mem(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
3715 {
3716         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3717         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(show_mem_rs, HZ, 1);
3718
3719         if (!__ratelimit(&show_mem_rs))
3720                 return;
3721
3722         /*
3723          * This documents exceptions given to allocations in certain
3724          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
3725          * of allowed nodes.
3726          */
3727         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3728                 if (tsk_is_oom_victim(current) ||
3729                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
3730                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3731         if (in_interrupt() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3732                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3733
3734         show_mem(filter, nodemask);
3735 }
3736
3737 void warn_alloc(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask, const char *fmt, ...)
3738 {
3739         struct va_format vaf;
3740         va_list args;
3741         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs, DEFAULT_RATELIMIT_INTERVAL,
3742                                       DEFAULT_RATELIMIT_BURST);
3743
3744         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) || !__ratelimit(&nopage_rs))
3745                 return;
3746
3747         va_start(args, fmt);
3748         vaf.fmt = fmt;
3749         vaf.va = &args;
3750         pr_warn("%s: %pV, mode:%#x(%pGg), nodemask=%*pbl",
3751                         current->comm, &vaf, gfp_mask, &gfp_mask,
3752                         nodemask_pr_args(nodemask));
3753         va_end(args);
3754
3755         cpuset_print_current_mems_allowed();
3756         pr_cont("\n");
3757         dump_stack();
3758         warn_alloc_show_mem(gfp_mask, nodemask);
3759 }
3760
3761 static inline struct page *
3762 __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3763                               unsigned int alloc_flags,
3764                               const struct alloc_context *ac)
3765 {
3766         struct page *page;
3767
3768         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3769                         alloc_flags|ALLOC_CPUSET, ac);
3770         /*
3771          * fallback to ignore cpuset restriction if our nodes
3772          * are depleted
3773          */
3774         if (!page)
3775                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3776                                 alloc_flags, ac);
3777
3778         return page;
3779 }
3780
3781 static inline struct page *
3782 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3783         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
3784 {
3785         struct oom_control oc = {
3786                 .zonelist = ac->zonelist,
3787                 .nodemask = ac->nodemask,
3788                 .memcg = NULL,
3789                 .gfp_mask = gfp_mask,
3790                 .order = order,
3791         };
3792         struct page *page;
3793
3794         *did_some_progress = 0;
3795
3796         /*
3797          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
3798          * making progress for us.
3799          */
3800         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
3801                 *did_some_progress = 1;
3802                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
3803                 return NULL;
3804         }
3805
3806         /*
3807          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
3808          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
3809          * we're still under heavy pressure. But make sure that this reclaim
3810          * attempt shall not depend on __GFP_DIRECT_RECLAIM && !__GFP_NORETRY
3811          * allocation which will never fail due to oom_lock already held.
3812          */
3813         page = get_page_from_freelist((gfp_mask | __GFP_HARDWALL) &
3814                                       ~__GFP_DIRECT_RECLAIM, order,
3815                                       ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
3816         if (page)
3817                 goto out;
3818
3819         /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
3820         if (current->flags & PF_DUMPCORE)
3821                 goto out;
3822         /* The OOM killer will not help higher order allocs */
3823         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3824                 goto out;
3825         /*
3826          * We have already exhausted all our reclaim opportunities without any
3827          * success so it is time to admit defeat. We will skip the OOM killer
3828          * because it is very likely that the caller has a more reasonable
3829          * fallback than shooting a random task.
3830          */
3831         if (gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL)
3832                 goto out;
3833         /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
3834         if (ac->high_zoneidx < ZONE_NORMAL)
3835                 goto out;
3836         if (pm_suspended_storage())
3837                 goto out;
3838         /*
3839          * XXX: GFP_NOFS allocations should rather fail than rely on
3840          * other request to make a forward progress.
3841          * We are in an unfortunate situation where out_of_memory cannot
3842          * do much for this context but let's try it to at least get
3843          * access to memory reserved if the current task is killed (see
3844          * out_of_memory). Once filesystems are ready to handle allocation
3845          * failures more gracefully we should just bail out here.
3846          */
3847
3848         /* The OOM killer may not free memory on a specific node */
3849         if (gfp_mask & __GFP_THISNODE)
3850                 goto out;
3851
3852         /* Exhausted what can be done so it's blame time */
3853         if (out_of_memory(&oc) || WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
3854                 *did_some_progress = 1;
3855
3856                 /*
3857                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
3858                  * reserves
3859                  */
3860                 if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3861                         page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order,
3862                                         ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3863         }
3864 out:
3865         mutex_unlock(&oom_lock);
3866         return page;
3867 }
3868
3869 /*
3870  * Maximum number of compaction retries wit a progress before OOM
3871  * killer is consider as the only way to move forward.
3872  */
3873 #define MAX_COMPACT_RETRIES 16
3874
3875 #ifdef CONFIG_COMPACTION
3876 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
3877 static struct page *
3878 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3879                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3880                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
3881 {
3882         struct page *page = NULL;
3883         unsigned long pflags;
3884         unsigned int noreclaim_flag;
3885
3886         if (!order)
3887                 return NULL;
3888
3889         psi_memstall_enter(&pflags);
3890         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
3891
3892         *compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3893                                                                 prio, &page);
3894
3895         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
3896         psi_memstall_leave(&pflags);
3897
3898         /*
3899          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
3900          * count a compaction stall
3901          */
3902         count_vm_event(COMPACTSTALL);
3903
3904         /* Prep a captured page if available */
3905         if (page)
3906                 prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
3907
3908         /* Try get a page from the freelist if available */
3909         if (!page)
3910                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3911
3912         if (page) {
3913                 struct zone *zone = page_zone(page);
3914
3915                 zone->compact_blockskip_flush = false;
3916                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
3917                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
3918                 return page;
3919         }
3920
3921         /*
3922          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
3923          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
3924          */
3925         count_vm_event(COMPACTFAIL);
3926
3927         cond_resched();
3928
3929         return NULL;
3930 }
3931
3932 static inline bool
3933 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, int order, int alloc_flags,
3934                      enum compact_result compact_result,
3935                      enum compact_priority *compact_priority,
3936                      int *compaction_retries)
3937 {
3938         int max_retries = MAX_COMPACT_RETRIES;
3939         int min_priority;
3940         bool ret = false;
3941         int retries = *compaction_retries;
3942         enum compact_priority priority = *compact_priority;
3943
3944         if (!order)
3945                 return false;
3946
3947         if (compaction_made_progress(compact_result))
3948                 (*compaction_retries)++;
3949
3950         /*
3951          * compaction considers all the zone as desperately out of memory
3952          * so it doesn't really make much sense to retry except when the
3953          * failure could be caused by insufficient priority
3954          */
3955         if (compaction_failed(compact_result))
3956                 goto check_priority;
3957
3958         /*
3959          * compaction was skipped because there are not enough order-0 pages
3960          * to work with, so we retry only if it looks like reclaim can help.
3961          */
3962         if (compaction_needs_reclaim(compact_result)) {
3963                 ret = compaction_zonelist_suitable(ac, order, alloc_flags);
3964                 goto out;
3965         }
3966
3967         /*
3968          * make sure the compaction wasn't deferred or didn't bail out early
3969          * due to locks contention before we declare that we should give up.
3970          * But the next retry should use a higher priority if allowed, so
3971          * we don't just keep bailing out endlessly.
3972          */
3973         if (compaction_withdrawn(compact_result)) {
3974                 goto check_priority;
3975         }
3976
3977         /*
3978          * !costly requests are much more important than __GFP_RETRY_MAYFAIL
3979          * costly ones because they are de facto nofail and invoke OOM
3980          * killer to move on while costly can fail and users are ready
3981          * to cope with that. 1/4 retries is rather arbitrary but we
3982          * would need much more detailed feedback from compaction to
3983          * make a better decision.
3984          */
3985         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3986                 max_retries /= 4;
3987         if (*compaction_retries <= max_retries) {
3988                 ret = true;
3989                 goto out;
3990         }
3991
3992         /*
3993          * Make sure there are attempts at the highest priority if we exhausted
3994          * all retries or failed at the lower priorities.
3995          */
3996 check_priority:
3997         min_priority = (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) ?
3998                         MIN_COMPACT_COSTLY_PRIORITY : MIN_COMPACT_PRIORITY;
3999
4000         if (*compact_priority > min_priority) {
4001                 (*compact_priority)--;
4002                 *compaction_retries = 0;
4003                 ret = true;
4004         }
4005 out:
4006         trace_compact_retry(order, priority, compact_result, retries, max_retries, ret);
4007         return ret;
4008 }
4009 #else
4010 static inline struct page *
4011 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4012                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4013                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
4014 {
4015         *compact_result = COMPACT_SKIPPED;
4016         return NULL;
4017 }
4018
4019 static inline bool
4020 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, unsigned int order, int alloc_flags,
4021                      enum compact_result compact_result,
4022                      enum compact_priority *compact_priority,
4023                      int *compaction_retries)
4024 {
4025         struct zone *zone;
4026         struct zoneref *z;
4027
4028         if (!order || order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4029                 return false;
4030
4031         /*
4032          * There are setups with compaction disabled which would prefer to loop
4033          * inside the allocator rather than hit the oom killer prematurely.
4034          * Let's give them a good hope and keep retrying while the order-0
4035          * watermarks are OK.
4036          */
4037         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
4038                                         ac->nodemask) {
4039                 if (zone_watermark_ok(zone, 0, min_wmark_pages(zone),
4040                                         ac_classzone_idx(ac), alloc_flags))
4041                         return true;
4042         }
4043         return false;
4044 }
4045 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
4046
4047 #ifdef CONFIG_LOCKDEP
4048 static struct lockdep_map __fs_reclaim_map =
4049         STATIC_LOCKDEP_MAP_INIT("fs_reclaim", &__fs_reclaim_map);
4050
4051 static bool __need_fs_reclaim(gfp_t gfp_mask)
4052 {
4053         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4054
4055         /* no reclaim without waiting on it */
4056         if (!(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
4057                 return false;
4058
4059         /* this guy won't enter reclaim */
4060         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4061                 return false;
4062
4063         /* We're only interested __GFP_FS allocations for now */
4064         if (!(gfp_mask & __GFP_FS))
4065                 return false;
4066
4067         if (gfp_mask & __GFP_NOLOCKDEP)
4068                 return false;
4069
4070         return true;
4071 }
4072
4073 void __fs_reclaim_acquire(void)
4074 {
4075         lock_map_acquire(&__fs_reclaim_map);
4076 }
4077
4078 void __fs_reclaim_release(void)
4079 {
4080         lock_map_release(&__fs_reclaim_map);
4081 }
4082
4083 void fs_reclaim_acquire(gfp_t gfp_mask)
4084 {
4085         if (__need_fs_reclaim(gfp_mask))
4086                 __fs_reclaim_acquire();
4087 }
4088 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_acquire);
4089
4090 void fs_reclaim_release(gfp_t gfp_mask)
4091 {
4092         if (__need_fs_reclaim(gfp_mask))
4093                 __fs_reclaim_release();
4094 }
4095 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_release);
4096 #endif
4097
4098 /* Perform direct synchronous page reclaim */
4099 static int
4100 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4101                                         const struct alloc_context *ac)
4102 {
4103         int progress;
4104         unsigned int noreclaim_flag;
4105         unsigned long pflags;
4106
4107         cond_resched();
4108
4109         /* We now go into synchronous reclaim */
4110         cpuset_memory_pressure_bump();
4111         psi_memstall_enter(&pflags);
4112         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
4113         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4114
4115         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
4116                                                                 ac->nodemask);
4117
4118         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4119         fs_reclaim_release(gfp_mask);
4120         psi_memstall_leave(&pflags);
4121
4122         cond_resched();
4123
4124         return progress;
4125 }
4126
4127 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
4128 static inline struct page *
4129 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4130                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4131                 unsigned long *did_some_progress)
4132 {
4133         struct page *page = NULL;
4134         bool drained = false;
4135
4136         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
4137         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
4138                 return NULL;
4139
4140 retry:
4141         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4142
4143         /*
4144          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
4145          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
4146          * Shrink them them and try again
4147          */
4148         if (!page && !drained) {
4149                 unreserve_highatomic_pageblock(ac, false);
4150                 drain_all_pages(NULL);
4151                 drained = true;
4152                 goto retry;
4153         }
4154
4155         return page;
4156 }
4157
4158 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, gfp_t gfp_mask,
4159                              const struct alloc_context *ac)
4160 {
4161         struct zoneref *z;
4162         struct zone *zone;
4163         pg_data_t *last_pgdat = NULL;
4164         enum zone_type high_zoneidx = ac->high_zoneidx;
4165
4166         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, high_zoneidx,
4167                                         ac->nodemask) {
4168                 if (last_pgdat != zone->zone_pgdat)
4169                         wakeup_kswapd(zone, gfp_mask, order, high_zoneidx);
4170                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
4171         }
4172 }
4173
4174 static inline unsigned int
4175 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4176 {
4177         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
4178
4179         /* __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH to save a branch. */
4180         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
4181
4182         /*
4183          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
4184          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
4185          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
4186          * set both ALLOC_HARDER (__GFP_ATOMIC) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
4187          */
4188         alloc_flags |= (__force int) (gfp_mask & __GFP_HIGH);
4189
4190         if (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) {
4191                 /*
4192                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
4193                  * if it can't schedule.
4194                  */
4195                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4196                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
4197                 /*
4198                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
4199                  * comment for __cpuset_node_allowed().
4200                  */
4201                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
4202         } else if (unlikely(rt_task(current)) && !in_interrupt())
4203                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
4204
4205         if (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM)
4206                 alloc_flags |= ALLOC_KSWAPD;
4207
4208 #ifdef CONFIG_CMA
4209         if (gfpflags_to_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
4210                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
4211 #endif
4212         return alloc_flags;
4213 }
4214
4215 static bool oom_reserves_allowed(struct task_struct *tsk)
4216 {
4217         if (!tsk_is_oom_victim(tsk))
4218                 return false;
4219
4220         /*
4221          * !MMU doesn't have oom reaper so give access to memory reserves
4222          * only to the thread with TIF_MEMDIE set
4223          */
4224         if (!IS_ENABLED(CONFIG_MMU) && !test_thread_flag(TIF_MEMDIE))
4225                 return false;
4226
4227         return true;
4228 }
4229
4230 /*
4231  * Distinguish requests which really need access to full memory
4232  * reserves from oom victims which can live with a portion of it
4233  */
4234 static inline int __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4235 {
4236         if (unlikely(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4237                 return 0;
4238         if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
4239                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4240         if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
4241                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4242         if (!in_interrupt()) {
4243                 if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4244                         return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4245                 else if (oom_reserves_allowed(current))
4246                         return ALLOC_OOM;
4247         }
4248
4249         return 0;
4250 }
4251
4252 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
4253 {
4254         return !!__gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4255 }
4256
4257 /*
4258  * Checks whether it makes sense to retry the reclaim to make a forward progress
4259  * for the given allocation request.
4260  *
4261  * We give up when we either have tried MAX_RECLAIM_RETRIES in a row
4262  * without success, or when we couldn't even meet the watermark if we
4263  * reclaimed all remaining pages on the LRU lists.
4264  *
4265  * Returns true if a retry is viable or false to enter the oom path.
4266  */
4267 static inline bool
4268 should_reclaim_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned order,
4269                      struct alloc_context *ac, int alloc_flags,
4270                      bool did_some_progress, int *no_progress_loops)
4271 {
4272         struct zone *zone;
4273         struct zoneref *z;
4274         bool ret = false;
4275
4276         /*
4277          * Costly allocations might have made a progress but this doesn't mean
4278          * their order will become available due to high fragmentation so
4279          * always increment the no progress counter for them
4280          */
4281         if (did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4282                 *no_progress_loops = 0;
4283         else
4284                 (*no_progress_loops)++;
4285
4286         /*
4287          * Make sure we converge to OOM if we cannot make any progress
4288          * several times in the row.
4289          */
4290         if (*no_progress_loops > MAX_RECLAIM_RETRIES) {
4291                 /* Before OOM, exhaust highatomic_reserve */
4292                 return unreserve_highatomic_pageblock(ac, true);
4293         }
4294
4295         /*
4296          * Keep reclaiming pages while there is a chance this will lead
4297          * somewhere.  If none of the target zones can satisfy our allocation
4298          * request even if all reclaimable pages are considered then we are
4299          * screwed and have to go OOM.
4300          */
4301         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
4302                                         ac->nodemask) {
4303                 unsigned long available;
4304                 unsigned long reclaimable;
4305                 unsigned long min_wmark = min_wmark_pages(zone);
4306                 bool wmark;
4307
4308                 available = reclaimable = zone_reclaimable_pages(zone);
4309                 available += zone_page_state_snapshot(zone, NR_FREE_PAGES);
4310
4311                 /*
4312                  * Would the allocation succeed if we reclaimed all
4313                  * reclaimable pages?
4314                  */
4315                 wmark = __zone_watermark_ok(zone, order, min_wmark,
4316                                 ac_classzone_idx(ac), alloc_flags, available);
4317                 trace_reclaim_retry_zone(z, order, reclaimable,
4318                                 available, min_wmark, *no_progress_loops, wmark);
4319                 if (wmark) {
4320                         /*
4321                          * If we didn't make any progress and have a lot of
4322                          * dirty + writeback pages then we should wait for
4323                          * an IO to complete to slow down the reclaim and
4324                          * prevent from pre mature OOM
4325                          */
4326                         if (!did_some_progress) {
4327                                 unsigned long write_pending;
4328
4329                                 write_pending = zone_page_state_snapshot(zone,
4330                                                         NR_ZONE_WRITE_PENDING);
4331
4332                                 if (2 * write_pending > reclaimable) {
4333                                         congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
4334                                         return true;
4335                                 }
4336                         }
4337
4338                         ret = true;
4339                         goto out;
4340                 }
4341         }
4342
4343 out:
4344         /*
4345          * Memory allocation/reclaim might be called from a WQ context and the
4346          * current implementation of the WQ concurrency control doesn't
4347          * recognize that a particular WQ is congested if the worker thread is
4348          * looping without ever sleeping. Therefore we have to do a short sleep
4349          * here rather than calling cond_resched().
4350          */
4351         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
4352                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
4353         else
4354                 cond_resched();
4355         return ret;
4356 }
4357
4358 static inline bool
4359 check_retry_cpuset(int cpuset_mems_cookie, struct alloc_context *ac)
4360 {
4361         /*
4362          * It's possible that cpuset's mems_allowed and the nodemask from
4363          * mempolicy don't intersect. This should be normally dealt with by
4364          * policy_nodemask(), but it's possible to race with cpuset update in
4365          * such a way the check therein was true, and then it became false
4366          * before we got our cpuset_mems_cookie here.
4367          * This assumes that for all allocations, ac->nodemask can come only
4368          * from MPOL_BIND mempolicy (whose documented semantics is to be ignored
4369          * when it does not intersect with the cpuset restrictions) or the
4370          * caller can deal with a violated nodemask.
4371          */
4372         if (cpusets_enabled() && ac->nodemask &&
4373                         !cpuset_nodemask_valid_mems_allowed(ac->nodemask)) {
4374                 ac->nodemask = NULL;
4375                 return true;
4376         }
4377
4378         /*
4379          * When updating a task's mems_allowed or mempolicy nodemask, it is
4380          * possible to race with parallel threads in such a way that our
4381          * allocation can fail while the mask is being updated. If we are about
4382          * to fail, check if the cpuset changed during allocation and if so,
4383          * retry.
4384          */
4385         if (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))
4386                 return true;
4387
4388         return false;
4389 }
4390
4391 static inline struct page *
4392 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4393                                                 struct alloc_context *ac)
4394 {
4395         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
4396         const bool costly_order = order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER;
4397         struct page *page = NULL;
4398         unsigned int alloc_flags;
4399         unsigned long did_some_progress;
4400         enum compact_priority compact_priority;
4401         enum compact_result compact_result;
4402         int compaction_retries;
4403         int no_progress_loops;
4404         unsigned int cpuset_mems_cookie;
4405         int reserve_flags;
4406
4407         /*
4408          * We also sanity check to catch abuse of atomic reserves being used by
4409          * callers that are not in atomic context.
4410          */
4411         if (WARN_ON_ONCE((gfp_mask & (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)) ==
4412                                 (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)))
4413                 gfp_mask &= ~__GFP_ATOMIC;
4414
4415 retry_cpuset:
4416         compaction_retries = 0;
4417         no_progress_loops = 0;
4418         compact_priority = DEF_COMPACT_PRIORITY;
4419         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
4420
4421         /*
4422          * The fast path uses conservative alloc_flags to succeed only until
4423          * kswapd needs to be woken up, and to avoid the cost of setting up
4424          * alloc_flags precisely. So we do that now.
4425          */
4426         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
4427
4428         /*
4429          * We need to recalculate the starting point for the zonelist iterator
4430          * because we might have used different nodemask in the fast path, or
4431          * there was a cpuset modification and we are retrying - otherwise we
4432          * could end up iterating over non-eligible zones endlessly.
4433          */
4434         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4435                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
4436         if (!ac->preferred_zoneref->zone)
4437                 goto nopage;
4438
4439         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4440                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4441
4442         /*
4443          * The adjusted alloc_flags might result in immediate success, so try
4444          * that first
4445          */
4446         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4447         if (page)
4448                 goto got_pg;
4449
4450         /*
4451          * For costly allocations, try direct compaction first, as it's likely
4452          * that we have enough base pages and don't need to reclaim. For non-
4453          * movable high-order allocations, do that as well, as compaction will
4454          * try prevent permanent fragmentation by migrating from blocks of the
4455          * same migratetype.
4456          * Don't try this for allocations that are allowed to ignore
4457          * watermarks, as the ALLOC_NO_WATERMARKS attempt didn't yet happen.
4458          */
4459         if (can_direct_reclaim &&
4460                         (costly_order ||
4461                            (order > 0 && ac->migratetype != MIGRATE_MOVABLE))
4462                         && !gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_mask)) {
4463                 page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order,
4464                                                 alloc_flags, ac,
4465                                                 INIT_COMPACT_PRIORITY,
4466                                                 &compact_result);
4467                 if (page)
4468                         goto got_pg;
4469
4470                 /*
4471                  * Checks for costly allocations with __GFP_NORETRY, which
4472                  * includes THP page fault allocations
4473                  */
4474                 if (costly_order && (gfp_mask & __GFP_NORETRY)) {
4475                         /*
4476                          * If compaction is deferred for high-order allocations,
4477                          * it is because sync compaction recently failed. If
4478                          * this is the case and the caller requested a THP
4479                          * allocation, we do not want to heavily disrupt the
4480                          * system, so we fail the allocation instead of entering
4481                          * direct reclaim.
4482                          */
4483                         if (compact_result == COMPACT_DEFERRED)
4484                                 goto nopage;
4485
4486                         /*
4487                          * Looks like reclaim/compaction is worth trying, but
4488                          * sync compaction could be very expensive, so keep
4489                          * using async compaction.
4490                          */
4491                         compact_priority = INIT_COMPACT_PRIORITY;
4492                 }
4493         }
4494
4495 retry:
4496         /* Ensure kswapd doesn't accidentally go to sleep as long as we loop */
4497         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4498                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4499
4500         reserve_flags = __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4501         if (reserve_flags)
4502                 alloc_flags = reserve_flags;
4503
4504         /*
4505          * Reset the nodemask and zonelist iterators if memory policies can be
4506          * ignored. These allocations are high priority and system rather than
4507          * user oriented.
4508          */
4509         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) || reserve_flags) {
4510                 ac->nodemask = NULL;
4511                 ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4512                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
4513         }
4514
4515         /* Attempt with potentially adjusted zonelist and alloc_flags */
4516         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4517         if (page)
4518                 goto got_pg;
4519
4520         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
4521         if (!can_direct_reclaim)
4522                 goto nopage;
4523
4524         /* Avoid recursion of direct reclaim */
4525         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4526                 goto nopage;
4527
4528         /* Try direct reclaim and then allocating */
4529         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4530                                                         &did_some_progress);
4531         if (page)
4532                 goto got_pg;
4533
4534         /* Try direct compaction and then allocating */
4535         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4536                                         compact_priority, &compact_result);
4537         if (page)
4538                 goto got_pg;
4539
4540         /* Do not loop if specifically requested */
4541         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
4542                 goto nopage;
4543
4544         /*
4545          * Do not retry costly high order allocations unless they are
4546          * __GFP_RETRY_MAYFAIL
4547          */
4548         if (costly_order && !(gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL))
4549                 goto nopage;
4550
4551         if (should_reclaim_retry(gfp_mask, order, ac, alloc_flags,
4552                                  did_some_progress > 0, &no_progress_loops))
4553                 goto retry;
4554
4555         /*
4556          * It doesn't make any sense to retry for the compaction if the order-0
4557          * reclaim is not able to make any progress because the current
4558          * implementation of the compaction depends on the sufficient amount
4559          * of free memory (see __compaction_suitable)
4560          */
4561         if (did_some_progress > 0 &&
4562                         should_compact_retry(ac, order, alloc_flags,
4563                                 compact_result, &compact_priority,
4564                                 &compaction_retries))
4565                 goto retry;
4566
4567
4568         /* Deal with possible cpuset update races before we start OOM killing */
4569         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
4570                 goto retry_cpuset;
4571
4572         /* Reclaim has failed us, start killing things */
4573         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
4574         if (page)
4575                 goto got_pg;
4576
4577         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
4578         if (tsk_is_oom_victim(current) &&
4579             (alloc_flags == ALLOC_OOM ||
4580              (gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC)))
4581                 goto nopage;
4582
4583         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
4584         if (did_some_progress) {
4585                 no_progress_loops = 0;
4586                 goto retry;
4587         }
4588
4589 nopage:
4590         /* Deal with possible cpuset update races before we fail */
4591         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
4592                 goto retry_cpuset;
4593
4594         /*
4595          * Make sure that __GFP_NOFAIL request doesn't leak out and make sure
4596          * we always retry
4597          */
4598         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL) {
4599                 /*
4600                  * All existing users of the __GFP_NOFAIL are blockable, so warn
4601                  * of any new users that actually require GFP_NOWAIT
4602                  */
4603                 if (WARN_ON_ONCE(!can_direct_reclaim))
4604                         goto fail;
4605
4606                 /*
4607                  * PF_MEMALLOC request from this context is rather bizarre
4608                  * because we cannot reclaim anything and only can loop waiting
4609                  * for somebody to do a work for us
4610                  */
4611                 WARN_ON_ONCE(current->flags & PF_MEMALLOC);
4612
4613                 /*
4614                  * non failing costly orders are a hard requirement which we
4615                  * are not prepared for much so let's warn about these users
4616                  * so that we can identify them and convert them to something
4617                  * else.
4618                  */
4619                 WARN_ON_ONCE(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
4620
4621                 /*
4622                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
4623                  * reserves but do not use ALLOC_NO_WATERMARKS because this
4624                  * could deplete whole memory reserves which would just make
4625                  * the situation worse
4626                  */
4627                 page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order, ALLOC_HARDER, ac);
4628                 if (page)
4629                         goto got_pg;
4630
4631                 cond_resched();
4632                 goto retry;
4633         }
4634 fail:
4635         warn_alloc(gfp_mask, ac->nodemask,
4636                         "page allocation failure: order:%u", order);
4637 got_pg:
4638         return page;
4639 }
4640
4641 static inline bool prepare_alloc_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4642                 int preferred_nid, nodemask_t *nodemask,
4643                 struct alloc_context *ac, gfp_t *alloc_mask,
4644                 unsigned int *alloc_flags)
4645 {
4646         ac->high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
4647         ac->zonelist = node_zonelist(preferred_nid, gfp_mask);
4648         ac->nodemask = nodemask;
4649         ac->migratetype = gfpflags_to_migratetype(gfp_mask);
4650
4651         if (cpusets_enabled()) {
4652                 *alloc_mask |= __GFP_HARDWALL;
4653                 if (!ac->nodemask)
4654                         ac->nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
4655                 else
4656                         *alloc_flags |= ALLOC_CPUSET;
4657         }
4658
4659         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
4660         fs_reclaim_release(gfp_mask);
4661
4662         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM);
4663
4664         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
4665                 return false;
4666
4667         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA) && ac->migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
4668                 *alloc_flags |= ALLOC_CMA;
4669
4670         return true;
4671 }
4672
4673 /* Determine whether to spread dirty pages and what the first usable zone */
4674 static inline void finalise_ac(gfp_t gfp_mask, struct alloc_context *ac)
4675 {
4676         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
4677         ac->spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
4678
4679         /*
4680          * The preferred zone is used for statistics but crucially it is
4681          * also used as the starting point for the zonelist iterator. It
4682          * may get reset for allocations that ignore memory policies.
4683          */
4684         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4685                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
4686 }
4687
4688 /*
4689  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
4690  */
4691 struct page *
4692 __alloc_pages_nodemask(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int preferred_nid,
4693                                                         nodemask_t *nodemask)
4694 {
4695         struct page *page;
4696         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
4697         gfp_t alloc_mask; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
4698         struct alloc_context ac = { };
4699
4700         /*
4701          * There are several places where we assume that the order value is sane
4702          * so bail out early if the request is out of bound.
4703          */
4704         if (unlikely(order >= MAX_ORDER)) {
4705                 WARN_ON_ONCE(!(gfp_mask & __GFP_NOWARN));
4706                 return NULL;
4707         }
4708
4709         gfp_mask &= gfp_allowed_mask;
4710         alloc_mask = gfp_mask;
4711         if (!prepare_alloc_pages(gfp_mask, order, preferred_nid, nodemask, &ac, &alloc_mask, &alloc_flags))
4712                 return NULL;
4713
4714         finalise_ac(gfp_mask, &ac);
4715
4716         /*
4717          * Forbid the first pass from falling back to types that fragment
4718          * memory until all local zones are considered.
4719          */
4720         alloc_flags |= alloc_flags_nofragment(ac.preferred_zoneref->zone, gfp_mask);
4721
4722         /* First allocation attempt */
4723         page = get_page_from_freelist(alloc_mask, order, alloc_flags, &ac);
4724         if (likely(page))
4725                 goto out;
4726
4727         /*
4728          * Apply scoped allocation constraints. This is mainly about GFP_NOFS
4729          * resp. GFP_NOIO which has to be inherited for all allocation requests
4730          * from a particular context which has been marked by
4731          * memalloc_no{fs,io}_{save,restore}.
4732          */
4733         alloc_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4734         ac.spread_dirty_pages = false;
4735
4736         /*
4737          * Restore the original nodemask if it was potentially replaced with
4738          * &cpuset_current_mems_allowed to optimize the fast-path attempt.
4739          */
4740         if (unlikely(ac.nodemask != nodemask))
4741                 ac.nodemask = nodemask;
4742
4743         page = __alloc_pages_slowpath(alloc_mask, order, &ac);
4744
4745 out:
4746         if (memcg_kmem_enabled() && (gfp_mask & __GFP_ACCOUNT) && page &&
4747             unlikely(__memcg_kmem_charge(page, gfp_mask, order) != 0)) {
4748                 __free_pages(page, order);
4749                 page = NULL;
4750         }
4751
4752         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_mask, ac.migratetype);
4753
4754         return page;
4755 }
4756 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages_nodemask);
4757
4758 /*
4759  * Common helper functions. Never use with __GFP_HIGHMEM because the returned
4760  * address cannot represent highmem pages. Use alloc_pages and then kmap if
4761  * you need to access high mem.
4762  */
4763 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
4764 {
4765         struct page *page;
4766
4767         page = alloc_pages(gfp_mask & ~__GFP_HIGHMEM, order);
4768         if (!page)
4769                 return 0;
4770         return (unsigned long) page_address(page);
4771 }
4772 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
4773
4774 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
4775 {
4776         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
4777 }
4778 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
4779
4780 static inline void free_the_page(struct page *page, unsigned int order)
4781 {
4782         if (order == 0)         /* Via pcp? */
4783                 free_unref_page(page);
4784         else
4785                 __free_pages_ok(page, order);
4786 }
4787
4788 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
4789 {
4790         if (put_page_testzero(page))
4791                 free_the_page(page, order);
4792 }
4793 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
4794
4795 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
4796 {
4797         if (addr != 0) {
4798                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
4799                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
4800         }
4801 }
4802
4803 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
4804
4805 /*
4806  * Page Fragment:
4807  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
4808  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
4809  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
4810  *
4811  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
4812  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
4813  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
4814  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
4815  */
4816 static struct page *__page_frag_cache_refill(struct page_frag_cache *nc,
4817                                              gfp_t gfp_mask)
4818 {
4819         struct page *page = NULL;
4820         gfp_t gfp = gfp_mask;
4821
4822 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4823         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
4824                     __GFP_NOMEMALLOC;
4825         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
4826                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
4827         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
4828 #endif
4829         if (unlikely(!page))
4830                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
4831
4832         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
4833
4834         return page;
4835 }
4836
4837 void __page_frag_cache_drain(struct page *page, unsigned int count)
4838 {
4839         VM_BUG_ON_PAGE(page_ref_count(page) == 0, page);
4840
4841         if (page_ref_sub_and_test(page, count))
4842                 free_the_page(page, compound_order(page));
4843 }
4844 EXPORT_SYMBOL(__page_frag_cache_drain);
4845
4846 void *page_frag_alloc(struct page_frag_cache *nc,
4847                       unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask)
4848 {
4849         unsigned int size = PAGE_SIZE;
4850         struct page *page;
4851         int offset;
4852
4853         if (unlikely(!nc->va)) {
4854 refill:
4855                 page = __page_frag_cache_refill(nc, gfp_mask);
4856                 if (!page)
4857                         return NULL;
4858
4859 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4860                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
4861                 size = nc->size;
4862 #endif
4863                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
4864                  * This would break get_page_unless_zero() users.
4865                  */
4866                 page_ref_add(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE);
4867
4868                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
4869                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
4870                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
4871                 nc->offset = size;
4872         }
4873
4874         offset = nc->offset - fragsz;
4875         if (unlikely(offset < 0)) {
4876                 page = virt_to_page(nc->va);
4877
4878                 if (!page_ref_sub_and_test(page, nc->pagecnt_bias))
4879                         goto refill;
4880
4881 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4882                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
4883                 size = nc->size;
4884 #endif
4885                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
4886                 set_page_count(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1);
4887
4888                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
4889                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
4890                 offset = size - fragsz;
4891         }
4892
4893         nc->pagecnt_bias--;
4894         nc->offset = offset;
4895
4896         return nc->va + offset;
4897 }
4898 EXPORT_SYMBOL(page_frag_alloc);
4899
4900 /*
4901  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
4902  */
4903 void page_frag_free(void *addr)
4904 {
4905         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
4906
4907         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
4908                 free_the_page(page, compound_order(page));
4909 }
4910 EXPORT_SYMBOL(page_frag_free);
4911
4912 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
4913                 size_t size)
4914 {
4915         if (addr) {
4916                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
4917                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
4918
4919                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
4920                 while (used < alloc_end) {
4921                         free_page(used);
4922                         used += PAGE_SIZE;
4923                 }
4924         }
4925         return (void *)addr;
4926 }
4927
4928 /**
4929  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
4930  * @size: the number of bytes to allocate
4931  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
4932  *
4933  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
4934  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
4935  * allocate memory in power-of-two pages.
4936  *
4937  * This function is also limited by MAX_ORDER.
4938  *
4939  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
4940  *
4941  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
4942  */
4943 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
4944 {
4945         unsigned int order = get_order(size);
4946         unsigned long addr;
4947
4948         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_COMP))
4949                 gfp_mask &= ~__GFP_COMP;
4950
4951         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
4952         return make_alloc_exact(addr, order, size);
4953 }
4954 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
4955
4956 /**
4957  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
4958  *                         pages on a node.
4959  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
4960  * @size: the number of bytes to allocate
4961  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
4962  *
4963  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
4964  * back.
4965  *
4966  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
4967  */
4968 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
4969 {
4970         unsigned int order = get_order(size);
4971         struct page *p;
4972
4973         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_COMP))
4974                 gfp_mask &= ~__GFP_COMP;
4975
4976         p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
4977         if (!p)
4978                 return NULL;
4979         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
4980 }
4981
4982 /**
4983  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
4984  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
4985  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
4986  *
4987  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
4988  */
4989 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
4990 {
4991         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
4992         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
4993
4994         while (addr < end) {
4995                 free_page(addr);
4996                 addr += PAGE_SIZE;
4997         }
4998 }
4999 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
5000
5001 /**
5002  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
5003  * @offset: The zone index of the highest zone
5004  *
5005  * nr_free_zone_pages() counts the number of pages which are beyond the
5006  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
5007  * zone, the number of pages is calculated as:
5008  *
5009  *     nr_free_zone_pages = managed_pages - high_pages
5010  *
5011  * Return: number of pages beyond high watermark.
5012  */
5013 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
5014 {
5015         struct zoneref *z;
5016         struct zone *zone;
5017
5018         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
5019         unsigned long sum = 0;
5020
5021         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
5022
5023         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
5024                 unsigned long size = zone_managed_pages(zone);
5025                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
5026                 if (size > high)
5027                         sum += size - high;
5028         }
5029
5030         return sum;
5031 }
5032
5033 /**
5034  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
5035  *
5036  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
5037  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
5038  *
5039  * Return: number of pages beyond high watermark within ZONE_DMA and
5040  * ZONE_NORMAL.
5041  */
5042 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
5043 {
5044         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
5045 }
5046 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
5047
5048 /**
5049  * nr_free_pagecache_pages - count number of pages beyond high watermark
5050  *
5051  * nr_free_pagecache_pages() counts the number of pages which are beyond the
5052  * high watermark within all zones.
5053  *
5054  * Return: number of pages beyond high watermark within all zones.
5055  */
5056 unsigned long nr_free_pagecache_pages(void)
5057 {
5058         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
5059 }
5060
5061 static inline void show_node(struct zone *zone)
5062 {
5063         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
5064                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
5065 }
5066
5067 long si_mem_available(void)
5068 {
5069         long available;
5070         unsigned long pagecache;
5071         unsigned long wmark_low = 0;
5072         unsigned long pages[NR_LRU_LISTS];
5073         unsigned long reclaimable;
5074         struct zone *zone;
5075         int lru;
5076
5077         for (lru = LRU_BASE; lru < NR_LRU_LISTS; lru++)
5078                 pages[lru] = global_node_page_state(NR_LRU_BASE + lru);
5079
5080         for_each_zone(zone)
5081                 wmark_low += low_wmark_pages(zone);
5082
5083         /*
5084          * Estimate the amount of memory available for userspace allocations,
5085          * without causing swapping.
5086          */
5087         available = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES) - totalreserve_pages;
5088
5089         /*
5090          * Not all the page cache can be freed, otherwise the system will
5091          * start swapping. Assume at least half of the page cache, or the
5092          * low watermark worth of cache, needs to stay.
5093          */
5094         pagecache = pages[LRU_ACTIVE_FILE] + pages[LRU_INACTIVE_FILE];
5095         pagecache -= min(pagecache / 2, wmark_low);
5096         available += pagecache;
5097
5098         /*
5099          * Part of the reclaimable slab and other kernel memory consists of
5100          * items that are in use, and cannot be freed. Cap this estimate at the
5101          * low watermark.
5102          */
5103         reclaimable = global_node_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE) +
5104                         global_node_page_state(NR_KERNEL_MISC_RECLAIMABLE);
5105         available += reclaimable - min(reclaimable / 2, wmark_low);
5106
5107         if (available < 0)
5108                 available = 0;
5109         return available;
5110 }
5111 EXPORT_SYMBOL_GPL(si_mem_available);
5112
5113 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
5114 {
5115         val->totalram = totalram_pages();
5116         val->sharedram = global_node_page_state(NR_SHMEM);
5117         val->freeram = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES);
5118         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
5119         val->totalhigh = totalhigh_pages();
5120         val->freehigh = nr_free_highpages();
5121         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
5122 }
5123
5124 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
5125
5126 #ifdef CONFIG_NUMA
5127 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
5128 {
5129         int zone_type;          /* needs to be signed */
5130         unsigned long managed_pages = 0;
5131         unsigned long managed_highpages = 0;
5132         unsigned long free_highpages = 0;
5133         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5134
5135         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
5136                 managed_pages += zone_managed_pages(&pgdat->node_zones[zone_type]);
5137         val->totalram = managed_pages;
5138         val->sharedram = node_page_state(pgdat, NR_SHMEM);
5139         val->freeram = sum_zone_node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
5140 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
5141         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++) {
5142                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
5143
5144                 if (is_highmem(zone)) {
5145                         managed_highpages += zone_managed_pages(zone);
5146                         free_highpages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
5147                 }
5148         }
5149         val->totalhigh = managed_highpages;
5150         val->freehigh = free_highpages;
5151 #else
5152         val->totalhigh = managed_highpages;
5153         val->freehigh = free_highpages;
5154 #endif
5155         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
5156 }
5157 #endif
5158
5159 /*
5160  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
5161  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
5162  */
5163 static bool show_mem_node_skip(unsigned int flags, int nid, nodemask_t *nodemask)
5164 {
5165         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
5166                 return false;
5167
5168         /*
5169          * no node mask - aka implicit memory numa policy. Do not bother with
5170          * the synchronization - read_mems_allowed_begin - because we do not
5171          * have to be precise here.
5172          */
5173         if (!nodemask)
5174                 nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
5175
5176         return !node_isset(nid, *nodemask);
5177 }
5178
5179 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
5180
5181 static void show_migration_types(unsigned char type)
5182 {
5183         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
5184                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
5185                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
5186                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
5187                 [MIGRATE_HIGHATOMIC]    = 'H',
5188 #ifdef CONFIG_CMA
5189                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
5190 #endif
5191 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
5192                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
5193 #endif
5194         };
5195         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
5196         char *p = tmp;
5197         int i;
5198
5199         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
5200                 if (type & (1 << i))
5201                         *p++ = types[i];
5202         }
5203
5204         *p = '\0';
5205         printk(KERN_CONT "(%s) ", tmp);
5206 }
5207
5208 /*
5209  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
5210  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
5211  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
5212  *
5213  * Bits in @filter:
5214  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
5215  *   cpuset.
5216  */
5217 void show_free_areas(unsigned int filter, nodemask_t *nodemask)
5218 {
5219         unsigned long free_pcp = 0;
5220         int cpu;
5221         struct zone *zone;
5222         pg_data_t *pgdat;
5223
5224         for_each_populated_zone(zone) {
5225                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5226                         continue;
5227
5228                 for_each_online_cpu(cpu)
5229                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
5230         }
5231
5232         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
5233                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
5234                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu unstable:%lu\n"
5235                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
5236                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
5237                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
5238                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
5239                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
5240                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
5241                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
5242                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
5243                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
5244                 global_node_page_state(NR_UNEVICTABLE),
5245                 global_node_page_state(NR_FILE_DIRTY),
5246                 global_node_page_state(NR_WRITEBACK),
5247                 global_node_page_state(NR_UNSTABLE_NFS),
5248                 global_node_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE),
5249                 global_node_page_state(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE),
5250                 global_node_page_state(NR_FILE_MAPPED),
5251                 global_node_page_state(NR_SHMEM),
5252                 global_zone_page_state(NR_PAGETABLE),
5253                 global_zone_page_state(NR_BOUNCE),
5254                 global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES),
5255                 free_pcp,
5256                 global_zone_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
5257
5258         for_each_online_pgdat(pgdat) {
5259                 if (show_mem_node_skip(filter, pgdat->node_id, nodemask))
5260                         continue;
5261
5262                 printk("Node %d"
5263                         " active_anon:%lukB"
5264                         " inactive_anon:%lukB"
5265                         " active_file:%lukB"
5266                         " inactive_file:%lukB"
5267                         " unevictable:%lukB"
5268                         " isolated(anon):%lukB"
5269                         " isolated(file):%lukB"
5270                         " mapped:%lukB"
5271                         " dirty:%lukB"
5272                         " writeback:%lukB"
5273                         " shmem:%lukB"
5274 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5275                         " shmem_thp: %lukB"
5276                         " shmem_pmdmapped: %lukB"
5277                         " anon_thp: %lukB"
5278 #endif
5279                         " writeback_tmp:%lukB"
5280                         " unstable:%lukB"
5281                         " all_unreclaimable? %s"
5282                         "\n",
5283                         pgdat->node_id,
5284                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_ANON)),
5285                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON)),
5286                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE)),
5287                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE)),
5288                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNEVICTABLE)),
5289                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON)),
5290                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_FILE)),
5291                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_MAPPED)),
5292                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_DIRTY)),
5293                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK)),
5294                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM)),
5295 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5296                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
5297                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_PMDMAPPED)
5298                                         * HPAGE_PMD_NR),
5299                         K(node_page_state(pgdat, NR_ANON_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
5300 #endif
5301                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK_TEMP)),
5302                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNSTABLE_NFS)),
5303                         pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES ?
5304                                 "yes" : "no");
5305         }
5306
5307         for_each_populated_zone(zone) {
5308                 int i;
5309
5310                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5311                         continue;
5312
5313                 free_pcp = 0;
5314                 for_each_online_cpu(cpu)
5315                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
5316
5317                 show_node(zone);
5318                 printk(KERN_CONT
5319                         "%s"
5320                         " free:%lukB"
5321                         " min:%lukB"
5322                         " low:%lukB"
5323                         " high:%lukB"
5324                         " active_anon:%lukB"
5325                         " inactive_anon:%lukB"
5326                         " active_file:%lukB"
5327                         " inactive_file:%lukB"
5328                         " unevictable:%lukB"
5329                         " writepending:%lukB"
5330                         " present:%lukB"
5331                         " managed:%lukB"
5332                         " mlocked:%lukB"
5333                         " kernel_stack:%lukB"
5334                         " pagetables:%lukB"
5335                         " bounce:%lukB"
5336                         " free_pcp:%lukB"
5337                         " local_pcp:%ukB"
5338                         " free_cma:%lukB"
5339                         "\n",
5340                         zone->name,
5341                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
5342                         K(min_wmark_pages(zone)),
5343                         K(low_wmark_pages(zone)),
5344                         K(high_wmark_pages(zone)),
5345                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_ANON)),
5346                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_ANON)),
5347                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_FILE)),
5348                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_FILE)),
5349                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_UNEVICTABLE)),
5350                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_WRITE_PENDING)),
5351                         K(zone->present_pages),
5352                         K(zone_managed_pages(zone)),
5353                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
5354                         zone_page_state(zone, NR_KERNEL_STACK_KB),
5355                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGETABLE)),
5356                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
5357                         K(free_pcp),
5358                         K(this_cpu_read(zone->pageset->pcp.count)),
5359                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)));
5360                 printk("lowmem_reserve[]:");
5361                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
5362                         printk(KERN_CONT " %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
5363                 printk(KERN_CONT "\n");
5364         }
5365
5366         for_each_populated_zone(zone) {
5367                 unsigned int order;
5368                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, total = 0;
5369                 unsigned char types[MAX_ORDER];
5370
5371                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5372                         continue;
5373                 show_node(zone);
5374                 printk(KERN_CONT "%s: ", zone->name);
5375
5376                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
5377                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
5378                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
5379                         int type;
5380
5381                         nr[order] = area->nr_free;
5382                         total += nr[order] << order;
5383
5384                         types[order] = 0;
5385                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
5386                                 if (!free_area_empty(area, type))
5387                                         types[order] |= 1 << type;
5388                         }
5389                 }
5390                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
5391                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
5392                         printk(KERN_CONT "%lu*%lukB ",
5393                                nr[order], K(1UL) << order);
5394                         if (nr[order])
5395                                 show_migration_types(types[order]);
5396                 }
5397                 printk(KERN_CONT "= %lukB\n", K(total));
5398         }
5399
5400         hugetlb_show_meminfo();
5401
5402         printk("%ld total pagecache pages\n", global_node_page_state(NR_FILE_PAGES));
5403
5404         show_swap_cache_info();
5405 }
5406
5407 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
5408 {
5409         zoneref->zone = zone;
5410         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
5411 }
5412
5413 /*
5414  * Builds allocation fallback zone lists.
5415  *
5416  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
5417  */
5418 static int build_zonerefs_node(pg_data_t *pgdat, struct zoneref *zonerefs)
5419 {
5420         struct zone *zone;
5421         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
5422         int nr_zones = 0;
5423
5424         do {
5425                 zone_type--;
5426                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
5427                 if (managed_zone(zone)) {
5428                         zoneref_set_zone(zone, &zonerefs[nr_zones++]);
5429                         check_highest_zone(zone_type);
5430                 }
5431         } while (zone_type);
5432
5433         return nr_zones;
5434 }
5435
5436 #ifdef CONFIG_NUMA
5437
5438 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
5439 {
5440         /*
5441          * We used to support different zonlists modes but they turned
5442          * out to be just not useful. Let's keep the warning in place
5443          * if somebody still use the cmd line parameter so that we do
5444          * not fail it silently
5445          */
5446         if (!(*s == 'd' || *s == 'D' || *s == 'n' || *s == 'N')) {
5447                 pr_warn("Ignoring unsupported numa_zonelist_order value:  %s\n", s);
5448                 return -EINVAL;
5449         }
5450         return 0;
5451 }
5452
5453 static __init int setup_numa_zonelist_order(char *s)
5454 {
5455         if (!s)
5456                 return 0;
5457
5458         return __parse_numa_zonelist_order(s);
5459 }
5460 early_param("numa_zonelist_order", setup_numa_zonelist_order);
5461
5462 char numa_zonelist_order[] = "Node";
5463
5464 /*
5465  * sysctl handler for numa_zonelist_order
5466  */
5467 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
5468                 void __user *buffer, size_t *length,
5469                 loff_t *ppos)
5470 {
5471         char *str;
5472         int ret;
5473
5474         if (!write)
5475                 return proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
5476         str = memdup_user_nul(buffer, 16);
5477         if (IS_ERR(str))
5478                 return PTR_ERR(str);
5479
5480         ret = __parse_numa_zonelist_order(str);
5481         kfree(str);
5482         return ret;
5483 }
5484
5485
5486 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
5487 static int node_load[MAX_NUMNODES];
5488
5489 /**
5490  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
5491  * @node: node whose fallback list we're appending
5492  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
5493  *
5494  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
5495  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
5496  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
5497  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
5498  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
5499  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
5500  * on them otherwise.
5501  *
5502  * Return: node id of the found node or %NUMA_NO_NODE if no node is found.
5503  */
5504 static int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
5505 {
5506         int n, val;
5507         int min_val = INT_MAX;
5508         int best_node = NUMA_NO_NODE;
5509         const struct cpumask *tmp = cpumask_of_node(0);
5510
5511         /* Use the local node if we haven't already */
5512         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
5513                 node_set(node, *used_node_mask);
5514                 return node;
5515         }
5516
5517         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
5518
5519                 /* Don't want a node to appear more than once */
5520                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
5521                         continue;
5522
5523                 /* Use the distance array to find the distance */
5524                 val = node_distance(node, n);
5525
5526                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
5527                 val += (n < node);
5528
5529                 /* Give preference to headless and unused nodes */
5530                 tmp = cpumask_of_node(n);
5531                 if (!cpumask_empty(tmp))
5532                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
5533
5534                 /* Slight preference for less loaded node */
5535                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
5536                 val += node_load[n];
5537
5538                 if (val < min_val) {
5539                         min_val = val;
5540                         best_node = n;
5541                 }
5542         }
5543
5544         if (best_node >= 0)
5545                 node_set(best_node, *used_node_mask);
5546
5547         return best_node;
5548 }
5549
5550
5551 /*
5552  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
5553  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
5554  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
5555  */
5556 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int *node_order,
5557                 unsigned nr_nodes)
5558 {
5559         struct zoneref *zonerefs;
5560         int i;
5561
5562         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
5563
5564         for (i = 0; i < nr_nodes; i++) {
5565                 int nr_zones;
5566
5567                 pg_data_t *node = NODE_DATA(node_order[i]);
5568
5569                 nr_zones = build_zonerefs_node(node, zonerefs);
5570                 zonerefs += nr_zones;
5571         }
5572         zonerefs->zone = NULL;
5573         zonerefs->zone_idx = 0;
5574 }
5575
5576 /*
5577  * Build gfp_thisnode zonelists
5578  */
5579 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5580 {
5581         struct zoneref *zonerefs;
5582         int nr_zones;
5583
5584         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_NOFALLBACK]._zonerefs;
5585         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
5586         zonerefs += nr_zones;
5587         zonerefs->zone = NULL;
5588         zonerefs->zone_idx = 0;
5589 }
5590
5591 /*
5592  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
5593  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
5594  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
5595  * may still exist in local DMA zone.
5596  */
5597
5598 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5599 {
5600         static int node_order[MAX_NUMNODES];
5601         int node, load, nr_nodes = 0;
5602         nodemask_t used_mask;
5603         int local_node, prev_node;
5604
5605         /* NUMA-aware ordering of nodes */
5606         local_node = pgdat->node_id;
5607         load = nr_online_nodes;
5608         prev_node = local_node;
5609         nodes_clear(used_mask);
5610
5611         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
5612         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
5613                 /*
5614                  * We don't want to pressure a particular node.
5615                  * So adding penalty to the first node in same
5616                  * distance group to make it round-robin.
5617                  */
5618                 if (node_distance(local_node, node) !=
5619                     node_distance(local_node, prev_node))
5620                         node_load[node] = load;
5621
5622                 node_order[nr_nodes++] = node;
5623                 prev_node = node;
5624                 load--;
5625         }
5626
5627         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node_order, nr_nodes);
5628         build_thisnode_zonelists(pgdat);
5629 }
5630
5631 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5632 /*
5633  * Return node id of node used for "local" allocations.
5634  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
5635  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
5636  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
5637  */
5638 int local_memory_node(int node)
5639 {
5640         struct zoneref *z;
5641
5642         z = first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
5643                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
5644                                    NULL);
5645         return zone_to_nid(z->zone);
5646 }
5647 #endif
5648
5649 static void setup_min_unmapped_ratio(void);
5650 static void setup_min_slab_ratio(void);
5651 #else   /* CONFIG_NUMA */
5652
5653 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5654 {
5655         int node, local_node;
5656         struct zoneref *zonerefs;
5657         int nr_zones;
5658
5659         local_node = pgdat->node_id;
5660
5661         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
5662         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
5663         zonerefs += nr_zones;
5664
5665         /*
5666          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
5667          * of all the other nodes.
5668          * We don't want to pressure a particular node, so when
5669          * building the zones for node N, we make sure that the
5670          * zones coming right after the local ones are those from
5671          * node N+1 (modulo N)
5672          */
5673         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
5674                 if (!node_online(node))
5675                         continue;
5676                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
5677                 zonerefs += nr_zones;
5678         }
5679         for (node = 0; node < local_node; node++) {
5680                 if (!node_online(node))
5681                         continue;
5682                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
5683                 zonerefs += nr_zones;
5684         }
5685
5686         zonerefs->zone = NULL;
5687         zonerefs->zone_idx = 0;
5688 }
5689
5690 #endif  /* CONFIG_NUMA */
5691
5692 /*
5693  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
5694  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
5695  * that an item put on a list will immediately be handed over to
5696  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
5697  * with interrupts disabled.
5698  *
5699  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
5700  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
5701  * hotplugged processors.
5702  *
5703  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
5704  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
5705  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
5706  */
5707 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch);
5708 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pageset, boot_pageset);
5709 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_nodestat, boot_nodestats);
5710
5711 static void __build_all_zonelists(void *data)
5712 {
5713         int nid;
5714         int __maybe_unused cpu;
5715         pg_data_t *self = data;
5716         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
5717
5718         spin_lock(&lock);
5719
5720 #ifdef CONFIG_NUMA
5721         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
5722 #endif
5723
5724         /*
5725          * This node is hotadded and no memory is yet present.   So just
5726          * building zonelists is fine - no need to touch other nodes.
5727          */
5728         if (self && !node_online(self->node_id)) {
5729                 build_zonelists(self);
5730         } else {
5731                 for_each_online_node(nid) {
5732                         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5733
5734                         build_zonelists(pgdat);
5735                 }
5736
5737 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5738                 /*
5739                  * We now know the "local memory node" for each node--
5740                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
5741                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
5742                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
5743                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
5744                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
5745                  */
5746                 for_each_online_cpu(cpu)
5747                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
5748 #endif
5749         }
5750
5751         spin_unlock(&lock);
5752 }
5753
5754 static noinline void __init
5755 build_all_zonelists_init(void)
5756 {
5757         int cpu;
5758
5759         __build_all_zonelists(NULL);
5760
5761         /*
5762          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
5763          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
5764          * each zone will be allocated later when the per cpu
5765          * allocator is available.
5766          *
5767          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
5768          * cpus if the system is already booted because the pagesets
5769          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
5770          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
5771          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
5772          * (a chicken-egg dilemma).
5773          */
5774         for_each_possible_cpu(cpu)
5775                 setup_pageset(&per_cpu(boot_pageset, cpu), 0);
5776
5777         mminit_verify_zonelist();
5778         cpuset_init_current_mems_allowed();
5779 }
5780
5781 /*
5782  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
5783  *
5784  * __ref due to call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
5785  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
5786  */
5787 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5788 {
5789         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
5790                 build_all_zonelists_init();
5791         } else {
5792                 __build_all_zonelists(pgdat);
5793                 /* cpuset refresh routine should be here */
5794         }
5795         vm_total_pages = nr_free_pagecache_pages();
5796         /*
5797          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
5798          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
5799          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
5800          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
5801          * disabled and enable it later
5802          */
5803         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
5804                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
5805         else
5806                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
5807
5808         pr_info("Built %u zonelists, mobility grouping %s.  Total pages: %ld\n",
5809                 nr_online_nodes,
5810                 page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
5811                 vm_total_pages);
5812 #ifdef CONFIG_NUMA
5813         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
5814 #endif
5815 }
5816
5817 /* If zone is ZONE_MOVABLE but memory is mirrored, it is an overlapped init */
5818 static bool __meminit
5819 overlap_memmap_init(unsigned long zone, unsigned long *pfn)
5820 {
5821 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5822         static struct memblock_region *r;
5823
5824         if (mirrored_kernelcore && zone == ZONE_MOVABLE) {
5825                 if (!r || *pfn >= memblock_region_memory_end_pfn(r)) {
5826                         for_each_memblock(memory, r) {
5827                                 if (*pfn < memblock_region_memory_end_pfn(r))
5828                                         break;
5829                         }
5830                 }
5831                 if (*pfn >= memblock_region_memory_base_pfn(r) &&
5832                     memblock_is_mirror(r)) {
5833                         *pfn = memblock_region_memory_end_pfn(r);
5834                         return true;
5835                 }
5836         }
5837 #endif
5838         return false;
5839 }
5840
5841 /*
5842  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
5843  * up by memblock_free_all() once the early boot process is
5844  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
5845  */
5846 void __meminit memmap_init_zone(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
5847                 unsigned long start_pfn, enum memmap_context context,
5848                 struct vmem_altmap *altmap)
5849 {
5850         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + size;
5851         struct page *page;
5852
5853         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
5854                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
5855
5856 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
5857         /*
5858          * Honor reservation requested by the driver for this ZONE_DEVICE
5859          * memory. We limit the total number of pages to initialize to just
5860          * those that might contain the memory mapping. We will defer the
5861          * ZONE_DEVICE page initialization until after we have released
5862          * the hotplug lock.
5863          */
5864         if (zone == ZONE_DEVICE) {
5865                 if (!altmap)
5866                         return;
5867
5868                 if (start_pfn == altmap->base_pfn)
5869                         start_pfn += altmap->reserve;
5870                 end_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
5871         }
5872 #endif
5873
5874         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
5875                 /*
5876                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s handed to this
5877                  * function.  They do not exist on hotplugged memory.
5878                  */
5879                 if (context == MEMMAP_EARLY) {
5880                         if (!early_pfn_valid(pfn))
5881                                 continue;
5882                         if (!early_pfn_in_nid(pfn, nid))
5883                                 continue;
5884                         if (overlap_memmap_init(zone, &pfn))
5885                                 continue;
5886                         if (defer_init(nid, pfn, end_pfn))
5887                                 break;
5888                 }
5889
5890                 page = pfn_to_page(pfn);
5891                 __init_single_page(page, pfn, zone, nid);
5892                 if (context == MEMMAP_HOTPLUG)
5893                         __SetPageReserved(page);
5894
5895                 /*
5896                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
5897                  * movable at startup. This will force kernel allocations
5898                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
5899                  * the address space during boot when many long-lived
5900                  * kernel allocations are made.
5901                  *
5902                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
5903                  * can be created for invalid pages (for alignment)
5904                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
5905                  * pfn out of zone.
5906                  */
5907                 if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1))) {
5908                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
5909                         cond_resched();
5910                 }
5911         }
5912 }
5913
5914 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
5915 void __ref memmap_init_zone_device(struct zone *zone,
5916                                    unsigned long start_pfn,
5917                                    unsigned long size,
5918                                    struct dev_pagemap *pgmap)
5919 {
5920         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + size;
5921         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
5922         struct vmem_altmap *altmap = pgmap_altmap(pgmap);
5923         unsigned long zone_idx = zone_idx(zone);
5924         unsigned long start = jiffies;
5925         int nid = pgdat->node_id;
5926
5927         if (WARN_ON_ONCE(!pgmap || zone_idx(zone) != ZONE_DEVICE))
5928                 return;
5929
5930         /*
5931          * The call to memmap_init_zone should have already taken care
5932          * of the pages reserved for the memmap, so we can just jump to
5933          * the end of that region and start processing the device pages.
5934          */
5935         if (altmap) {
5936                 start_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
5937                 size = end_pfn - start_pfn;
5938         }
5939
5940         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
5941                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
5942
5943                 __init_single_page(page, pfn, zone_idx, nid);
5944
5945                 /*
5946                  * Mark page reserved as it will need to wait for onlining
5947                  * phase for it to be fully associated with a zone.
5948                  *
5949                  * We can use the non-atomic __set_bit operation for setting
5950                  * the flag as we are still initializing the pages.
5951                  */
5952                 __SetPageReserved(page);
5953
5954                 /*
5955                  * ZONE_DEVICE pages union ->lru with a ->pgmap back pointer
5956                  * and zone_device_data.  It is a bug if a ZONE_DEVICE page is
5957                  * ever freed or placed on a driver-private list.
5958                  */
5959                 page->pgmap = pgmap;
5960                 page->zone_device_data = NULL;
5961
5962                 /*
5963                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
5964                  * movable at startup. This will force kernel allocations
5965                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
5966                  * the address space during boot when many long-lived
5967                  * kernel allocations are made.
5968                  *
5969                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
5970                  * can be created for invalid pages (for alignment)
5971                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
5972                  * pfn out of zone.
5973                  *
5974                  * Please note that MEMMAP_HOTPLUG path doesn't clear memmap
5975                  * because this is done early in section_activate()
5976                  */
5977                 if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1))) {
5978                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
5979                         cond_resched();
5980                 }
5981         }
5982
5983         pr_info("%s initialised %lu pages in %ums\n", __func__,
5984                 size, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
5985 }
5986
5987 #endif
5988 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
5989 {
5990         unsigned int order, t;
5991         for_each_migratetype_order(order, t) {
5992                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
5993                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
5994         }
5995 }
5996
5997 void __meminit __weak memmap_init(unsigned long size, int nid,
5998                                   unsigned long zone, unsigned long start_pfn)
5999 {
6000         memmap_init_zone(size, nid, zone, start_pfn, MEMMAP_EARLY, NULL);
6001 }
6002
6003 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
6004 {
6005 #ifdef CONFIG_MMU
6006         int batch;
6007
6008         /*
6009          * The per-cpu-pages pools are set to around 1000th of the
6010          * size of the zone.
6011          */
6012         batch = zone_managed_pages(zone) / 1024;
6013         /* But no more than a meg. */
6014         if (batch * PAGE_SIZE > 1024 * 1024)
6015                 batch = (1024 * 1024) / PAGE_SIZE;
6016         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
6017         if (batch < 1)
6018                 batch = 1;
6019
6020         /*
6021          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
6022          * of 2 value was found to be more likely to have
6023          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
6024          *
6025          * For example if 2 tasks are alternately allocating
6026          * batches of pages, one task can end up with a lot
6027          * of pages of one half of the possible page colors
6028          * and the other with pages of the other colors.
6029          */
6030         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
6031
6032         return batch;
6033
6034 #else
6035         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
6036          * conditions.
6037          *
6038          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
6039          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
6040          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
6041          *
6042          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
6043          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
6044          * can be a significant delay between the individual batches being
6045          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
6046          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
6047          */
6048         return 0;
6049 #endif
6050 }
6051
6052 /*
6053  * pcp->high and pcp->batch values are related and dependent on one another:
6054  * ->batch must never be higher then ->high.
6055  * The following function updates them in a safe manner without read side
6056  * locking.
6057  *
6058  * Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they can cope with
6059  * those fields changing asynchronously (acording the the above rule).
6060  *
6061  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
6062  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
6063  * exist).
6064  */
6065 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
6066                 unsigned long batch)
6067 {
6068        /* start with a fail safe value for batch */
6069         pcp->batch = 1;
6070         smp_wmb();
6071
6072        /* Update high, then batch, in order */
6073         pcp->high = high;
6074         smp_wmb();
6075
6076         pcp->batch = batch;
6077 }
6078
6079 /* a companion to pageset_set_high() */
6080 static void pageset_set_batch(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
6081 {
6082         pageset_update(&p->pcp, 6 * batch, max(1UL, 1 * batch));
6083 }
6084
6085 static void pageset_init(struct per_cpu_pageset *p)
6086 {
6087         struct per_cpu_pages *pcp;
6088         int migratetype;
6089
6090         memset(p, 0, sizeof(*p));
6091
6092         pcp = &p->pcp;
6093         for (migratetype = 0; migratetype < MIGRATE_PCPTYPES; migratetype++)
6094                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[migratetype]);
6095 }
6096
6097 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
6098 {
6099         pageset_init(p);
6100         pageset_set_batch(p, batch);
6101 }
6102
6103 /*
6104  * pageset_set_high() sets the high water mark for hot per_cpu_pagelist
6105  * to the value high for the pageset p.
6106  */
6107 static void pageset_set_high(struct per_cpu_pageset *p,
6108                                 unsigned long high)
6109 {
6110         unsigned long batch = max(1UL, high / 4);
6111         if ((high / 4) > (PAGE_SHIFT * 8))
6112                 batch = PAGE_SHIFT * 8;
6113
6114         pageset_update(&p->pcp, high, batch);
6115 }
6116
6117 static void pageset_set_high_and_batch(struct zone *zone,
6118                                        struct per_cpu_pageset *pcp)
6119 {
6120         if (percpu_pagelist_fraction)
6121                 pageset_set_high(pcp,
6122                         (zone_managed_pages(zone) /
6123                                 percpu_pagelist_fraction));
6124         else
6125                 pageset_set_batch(pcp, zone_batchsize(zone));
6126 }
6127
6128 static void __meminit zone_pageset_init(struct zone *zone, int cpu)
6129 {
6130         struct per_cpu_pageset *pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
6131
6132         pageset_init(pcp);
6133         pageset_set_high_and_batch(zone, pcp);
6134 }
6135
6136 void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
6137 {
6138         int cpu;
6139         zone->pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pageset);
6140         for_each_possible_cpu(cpu)
6141                 zone_pageset_init(zone, cpu);
6142 }
6143
6144 /*
6145  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
6146  * Before this call only boot pagesets were available.
6147  */
6148 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
6149 {
6150         struct pglist_data *pgdat;
6151         struct zone *zone;
6152
6153         for_each_populated_zone(zone)
6154                 setup_zone_pageset(zone);
6155
6156         for_each_online_pgdat(pgdat)
6157                 pgdat->per_cpu_nodestats =
6158                         alloc_percpu(struct per_cpu_nodestat);
6159 }
6160
6161 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
6162 {
6163         /*
6164          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
6165          * relies on the ability of the linker to provide the
6166          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
6167          */
6168         zone->pageset = &boot_pageset;
6169
6170         if (populated_zone(zone))
6171                 printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n",
6172                         zone->name, zone->present_pages,
6173                                          zone_batchsize(zone));
6174 }
6175
6176 void __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
6177                                         unsigned long zone_start_pfn,
6178                                         unsigned long size)
6179 {
6180         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
6181         int zone_idx = zone_idx(zone) + 1;
6182
6183         if (zone_idx > pgdat->nr_zones)
6184                 pgdat->nr_zones = zone_idx;
6185
6186         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
6187
6188         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
6189                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
6190                         pgdat->node_id,
6191                         (unsigned long)zone_idx(zone),
6192                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
6193
6194         zone_init_free_lists(zone);
6195         zone->initialized = 1;
6196 }
6197
6198 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
6199 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID
6200
6201 /*
6202  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
6203  */
6204 int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn,
6205                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
6206 {
6207         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6208         int nid;
6209
6210         if (state->last_start <= pfn && pfn < state->last_end)
6211                 return state->last_nid;
6212
6213         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
6214         if (nid != NUMA_NO_NODE) {
6215                 state->last_start = start_pfn;
6216                 state->last_end = end_pfn;
6217                 state->last_nid = nid;
6218         }
6219
6220         return nid;
6221 }
6222 #endif /* CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID */
6223
6224 /**
6225  * free_bootmem_with_active_regions - Call memblock_free_early_nid for each active range
6226  * @nid: The node to free memory on. If MAX_NUMNODES, all nodes are freed.
6227  * @max_low_pfn: The highest PFN that will be passed to memblock_free_early_nid
6228  *
6229  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes
6230  * and may be freed, this this function may be used instead of calling
6231  * memblock_free_early_nid() manually.
6232  */
6233 void __init free_bootmem_with_active_regions(int nid, unsigned long max_low_pfn)
6234 {
6235         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6236         int i, this_nid;
6237
6238         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid) {
6239                 start_pfn = min(start_pfn, max_low_pfn);
6240                 end_pfn = min(end_pfn, max_low_pfn);
6241
6242                 if (start_pfn < end_pfn)
6243                         memblock_free_early_nid(PFN_PHYS(start_pfn),
6244                                         (end_pfn - start_pfn) << PAGE_SHIFT,
6245                                         this_nid);
6246         }
6247 }
6248
6249 /**
6250  * sparse_memory_present_with_active_regions - Call memory_present for each active range
6251  * @nid: The node to call memory_present for. If MAX_NUMNODES, all nodes will be used.
6252  *
6253  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes and may
6254  * be freed, this function may be used instead of calling memory_present() manually.
6255  */
6256 void __init sparse_memory_present_with_active_regions(int nid)
6257 {
6258         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6259         int i, this_nid;
6260
6261         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid)
6262                 memory_present(this_nid, start_pfn, end_pfn);
6263 }
6264
6265 /**
6266  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
6267  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
6268  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
6269  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
6270  *
6271  * It returns the start and end page frame of a node based on information
6272  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
6273  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
6274  * PFNs will be 0.
6275  */
6276 void __init get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
6277                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
6278 {
6279         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
6280         int i;
6281
6282         *start_pfn = -1UL;
6283         *end_pfn = 0;
6284
6285         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
6286                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
6287                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
6288         }
6289
6290         if (*start_pfn == -1UL)
6291                 *start_pfn = 0;
6292 }
6293
6294 /*
6295  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
6296  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
6297  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
6298  */
6299 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
6300 {
6301         int zone_index;
6302         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
6303                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
6304                         continue;
6305
6306                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
6307                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
6308                         break;
6309         }
6310
6311         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
6312         movable_zone = zone_index;
6313 }
6314
6315 /*
6316  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
6317  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
6318  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
6319  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
6320  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
6321  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
6322  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
6323  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
6324  */
6325 static void __init adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
6326                                         unsigned long zone_type,
6327                                         unsigned long node_start_pfn,
6328                                         unsigned long node_end_pfn,
6329                                         unsigned long *zone_start_pfn,
6330                                         unsigned long *zone_end_pfn)
6331 {
6332         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
6333         if (zone_movable_pfn[nid]) {
6334                 /* Size ZONE_MOVABLE */
6335                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
6336                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
6337                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
6338                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
6339
6340                 /* Adjust for ZONE_MOVABLE starting within this range */
6341                 } else if (!mirrored_kernelcore &&
6342                         *zone_start_pfn < zone_movable_pfn[nid] &&
6343                         *zone_end_pfn > zone_movable_pfn[nid]) {
6344                         *zone_end_pfn = zone_movable_pfn[nid];
6345
6346                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
6347                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
6348                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
6349         }
6350 }
6351
6352 /*
6353  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
6354  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
6355  */
6356 static unsigned long __init zone_spanned_pages_in_node(int nid,
6357                                         unsigned long zone_type,
6358                                         unsigned long node_start_pfn,
6359                                         unsigned long node_end_pfn,
6360                                         unsigned long *zone_start_pfn,
6361                                         unsigned long *zone_end_pfn,
6362                                         unsigned long *ignored)
6363 {
6364         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
6365         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
6366         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
6367         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
6368                 return 0;
6369
6370         /* Get the start and end of the zone */
6371         *zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
6372         *zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
6373         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
6374                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
6375                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6376
6377         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
6378         if (*zone_end_pfn < node_start_pfn || *zone_start_pfn > node_end_pfn)
6379                 return 0;
6380
6381         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
6382         *zone_end_pfn = min(*zone_end_pfn, node_end_pfn);
6383         *zone_start_pfn = max(*zone_start_pfn, node_start_pfn);
6384
6385         /* Return the spanned pages */
6386         return *zone_end_pfn - *zone_start_pfn;
6387 }
6388
6389 /*
6390  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
6391  * then all holes in the requested range will be accounted for.
6392  */
6393 unsigned long __init __absent_pages_in_range(int nid,
6394                                 unsigned long range_start_pfn,
6395                                 unsigned long range_end_pfn)
6396 {
6397         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
6398         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6399         int i;
6400
6401         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
6402                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
6403                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
6404                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
6405         }
6406         return nr_absent;
6407 }
6408
6409 /**
6410  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
6411  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
6412  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
6413  *
6414  * Return: the number of pages frames in memory holes within a range.
6415  */
6416 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
6417                                                         unsigned long end_pfn)
6418 {
6419         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
6420 }
6421
6422 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
6423 static unsigned long __init zone_absent_pages_in_node(int nid,
6424                                         unsigned long zone_type,
6425                                         unsigned long node_start_pfn,
6426                                         unsigned long node_end_pfn,
6427                                         unsigned long *ignored)
6428 {
6429         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
6430         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
6431         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
6432         unsigned long nr_absent;
6433
6434         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
6435         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
6436                 return 0;
6437
6438         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
6439         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
6440
6441         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
6442                         node_start_pfn, node_end_pfn,
6443                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
6444         nr_absent = __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6445
6446         /*
6447          * ZONE_MOVABLE handling.
6448          * Treat pages to be ZONE_MOVABLE in ZONE_NORMAL as absent pages
6449          * and vice versa.
6450          */
6451         if (mirrored_kernelcore && zone_movable_pfn[nid]) {
6452                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
6453                 struct memblock_region *r;
6454
6455                 for_each_memblock(memory, r) {
6456                         start_pfn = clamp(memblock_region_memory_base_pfn(r),
6457                                           zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6458                         end_pfn = clamp(memblock_region_memory_end_pfn(r),
6459                                         zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6460
6461                         if (zone_type == ZONE_MOVABLE &&
6462                             memblock_is_mirror(r))
6463                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
6464
6465                         if (zone_type == ZONE_NORMAL &&
6466                             !memblock_is_mirror(r))
6467                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
6468                 }
6469         }
6470
6471         return nr_absent;
6472 }
6473
6474 #else /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6475 static inline unsigned long __init zone_spanned_pages_in_node(int nid,
6476                                         unsigned long zone_type,
6477                                         unsigned long node_start_pfn,
6478                                         unsigned long node_end_pfn,
6479                                         unsigned long *zone_start_pfn,
6480                                         unsigned long *zone_end_pfn,
6481                                         unsigned long *zones_size)
6482 {
6483         unsigned int zone;
6484
6485         *zone_start_pfn = node_start_pfn;
6486         for (zone = 0; zone < zone_type; zone++)
6487                 *zone_start_pfn += zones_size[zone];
6488
6489         *zone_end_pfn = *zone_start_pfn + zones_size[zone_type];
6490
6491         return zones_size[zone_type];
6492 }
6493
6494 static inline unsigned long __init zone_absent_pages_in_node(int nid,
6495                                                 unsigned long zone_type,
6496                                                 unsigned long node_start_pfn,
6497                                                 unsigned long node_end_pfn,
6498                                                 unsigned long *zholes_size)
6499 {
6500         if (!zholes_size)
6501                 return 0;
6502
6503         return zholes_size[zone_type];
6504 }
6505
6506 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6507
6508 static void __init calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
6509                                                 unsigned long node_start_pfn,
6510                                                 unsigned long node_end_pfn,
6511                                                 unsigned long *zones_size,
6512                                                 unsigned long *zholes_size)
6513 {
6514         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
6515         enum zone_type i;
6516
6517         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6518                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
6519                 unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
6520                 unsigned long size, real_size;
6521
6522                 size = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
6523                                                   node_start_pfn,
6524                                                   node_end_pfn,
6525                                                   &zone_start_pfn,
6526                                                   &zone_end_pfn,
6527                                                   zones_size);
6528                 real_size = size - zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
6529                                                   node_start_pfn, node_end_pfn,
6530                                                   zholes_size);
6531                 if (size)
6532                         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
6533                 else
6534                         zone->zone_start_pfn = 0;
6535                 zone->spanned_pages = size;
6536                 zone->present_pages = real_size;
6537
6538                 totalpages += size;
6539                 realtotalpages += real_size;
6540         }
6541
6542         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
6543         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
6544         printk(KERN_DEBUG "On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id,
6545                                                         realtotalpages);
6546 }
6547
6548 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
6549 /*
6550  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
6551  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
6552  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
6553  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
6554  * bytes.
6555  */
6556 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
6557 {
6558         unsigned long usemapsize;
6559
6560         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
6561         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
6562         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
6563         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
6564         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
6565
6566         return usemapsize / 8;
6567 }
6568
6569 static void __ref setup_usemap(struct pglist_data *pgdat,
6570                                 struct zone *zone,
6571                                 unsigned long zone_start_pfn,
6572                                 unsigned long zonesize)
6573 {
6574         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone_start_pfn, zonesize);
6575         zone->pageblock_flags = NULL;
6576         if (usemapsize) {
6577                 zone->pageblock_flags =
6578                         memblock_alloc_node(usemapsize, SMP_CACHE_BYTES,
6579                                             pgdat->node_id);
6580                 if (!zone->pageblock_flags)
6581                         panic("Failed to allocate %ld bytes for zone %s pageblock flags on node %d\n",
6582                               usemapsize, zone->name, pgdat->node_id);
6583         }
6584 }
6585 #else
6586 static inline void setup_usemap(struct pglist_data *pgdat, struct zone *zone,
6587                                 unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize) {}
6588 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
6589
6590 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
6591
6592 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
6593 void __init set_pageblock_order(void)
6594 {
6595         unsigned int order;
6596
6597         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
6598         if (pageblock_order)
6599                 return;
6600
6601         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT)
6602                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
6603         else
6604                 order = MAX_ORDER - 1;
6605
6606         /*
6607          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
6608          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
6609          * powerpc.
6610          */
6611         pageblock_order = order;
6612 }
6613 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
6614
6615 /*
6616  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
6617  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
6618  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
6619  * the kernel config
6620  */
6621 void __init set_pageblock_order(void)
6622 {
6623 }
6624
6625 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
6626
6627 static unsigned long __init calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
6628                                                 unsigned long present_pages)
6629 {
6630         unsigned long pages = spanned_pages;
6631
6632         /*
6633          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
6634          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
6635          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
6636          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
6637          * populated regions may not be naturally aligned on page boundary.
6638          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
6639          */
6640         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
6641             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
6642                 pages = present_pages;
6643
6644         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
6645 }
6646
6647 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
6648 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat)
6649 {
6650         struct deferred_split *ds_queue = &pgdat->deferred_split_queue;
6651
6652         spin_lock_init(&ds_queue->split_queue_lock);
6653         INIT_LIST_HEAD(&ds_queue->split_queue);
6654         ds_queue->split_queue_len = 0;
6655 }
6656 #else
6657 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat) {}
6658 #endif
6659
6660 #ifdef CONFIG_COMPACTION
6661 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat)
6662 {
6663         init_waitqueue_head(&pgdat->kcompactd_wait);
6664 }
6665 #else
6666 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat) {}
6667 #endif
6668
6669 static void __meminit pgdat_init_internals(struct pglist_data *pgdat)
6670 {
6671         pgdat_resize_init(pgdat);
6672
6673         pgdat_init_split_queue(pgdat);
6674         pgdat_init_kcompactd(pgdat);
6675
6676         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
6677         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
6678
6679         pgdat_page_ext_init(pgdat);
6680         spin_lock_init(&pgdat->lru_lock);
6681         lruvec_init(node_lruvec(pgdat));
6682 }
6683
6684 static void __meminit zone_init_internals(struct zone *zone, enum zone_type idx, int nid,
6685                                                         unsigned long remaining_pages)
6686 {
6687         atomic_long_set(&zone->managed_pages, remaining_pages);
6688         zone_set_nid(zone, nid);
6689         zone->name = zone_names[idx];
6690         zone->zone_pgdat = NODE_DATA(nid);
6691         spin_lock_init(&zone->lock);
6692         zone_seqlock_init(zone);
6693         zone_pcp_init(zone);
6694 }
6695
6696 /*
6697  * Set up the zone data structures
6698  * - init pgdat internals
6699  * - init all zones belonging to this node
6700  *
6701  * NOTE: this function is only called during memory hotplug
6702  */
6703 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
6704 void __ref free_area_init_core_hotplug(int nid)
6705 {
6706         enum zone_type z;
6707         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6708
6709         pgdat_init_internals(pgdat);
6710         for (z = 0; z < MAX_NR_ZONES; z++)
6711                 zone_init_internals(&pgdat->node_zones[z], z, nid, 0);
6712 }
6713 #endif
6714
6715 /*
6716  * Set up the zone data structures:
6717  *   - mark all pages reserved
6718  *   - mark all memory queues empty
6719  *   - clear the memory bitmaps
6720  *
6721  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
6722  * NOTE: this function is only called during early init.
6723  */
6724 static void __init free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat)
6725 {
6726         enum zone_type j;
6727         int nid = pgdat->node_id;
6728
6729         pgdat_init_internals(pgdat);
6730         pgdat->per_cpu_nodestats = &boot_nodestats;
6731
6732         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6733                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
6734                 unsigned long size, freesize, memmap_pages;
6735                 unsigned long zone_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
6736
6737                 size = zone->spanned_pages;
6738                 freesize = zone->present_pages;
6739
6740                 /*
6741                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
6742                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
6743                  * and per-cpu initialisations
6744                  */
6745                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, freesize);
6746                 if (!is_highmem_idx(j)) {
6747                         if (freesize >= memmap_pages) {
6748                                 freesize -= memmap_pages;
6749                                 if (memmap_pages)
6750                                         printk(KERN_DEBUG
6751                                                "  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
6752                                                zone_names[j], memmap_pages);
6753                         } else
6754                                 pr_warn("  %s zone: %lu pages exceeds freesize %lu\n",
6755                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
6756                 }
6757
6758                 /* Account for reserved pages */
6759                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
6760                         freesize -= dma_reserve;
6761                         printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages reserved\n",
6762                                         zone_names[0], dma_reserve);
6763                 }
6764
6765                 if (!is_highmem_idx(j))
6766                         nr_kernel_pages += freesize;
6767                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
6768                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
6769                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
6770                 nr_all_pages += freesize;
6771
6772                 /*
6773                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
6774                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
6775                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
6776                  */
6777                 zone_init_internals(zone, j, nid, freesize);
6778
6779                 if (!size)
6780                         continue;
6781
6782                 set_pageblock_order();
6783                 setup_usemap(pgdat, zone, zone_start_pfn, size);
6784                 init_currently_empty_zone(zone, zone_start_pfn, size);
6785                 memmap_init(size, nid, j, zone_start_pfn);
6786         }
6787 }
6788
6789 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
6790 static void __ref alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
6791 {
6792         unsigned long __maybe_unused start = 0;
6793         unsigned long __maybe_unused offset = 0;
6794
6795         /* Skip empty nodes */
6796         if (!pgdat->node_spanned_pages)
6797                 return;
6798
6799         start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
6800         offset = pgdat->node_start_pfn - start;
6801         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
6802         if (!pgdat->node_mem_map) {
6803                 unsigned long size, end;
6804                 struct page *map;
6805
6806                 /*
6807                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
6808                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
6809                  * for the buddy allocator to function correctly.
6810                  */
6811                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
6812                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
6813                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
6814                 map = memblock_alloc_node(size, SMP_CACHE_BYTES,
6815                                           pgdat->node_id);
6816                 if (!map)
6817                         panic("Failed to allocate %ld bytes for node %d memory map\n",
6818                               size, pgdat->node_id);
6819                 pgdat->node_mem_map = map + offset;
6820         }
6821         pr_debug("%s: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
6822                                 __func__, pgdat->node_id, (unsigned long)pgdat,
6823                                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
6824 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
6825         /*
6826          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
6827          */
6828         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
6829                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
6830 #if defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP) || defined(CONFIG_FLATMEM)
6831                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
6832                         mem_map -= offset;
6833 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6834         }
6835 #endif
6836 }
6837 #else
6838 static void __ref alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat) { }
6839 #endif /* CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
6840
6841 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
6842 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat)
6843 {
6844         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
6845 }
6846 #else
6847 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat) {}
6848 #endif
6849
6850 void __init free_area_init_node(int nid, unsigned long *zones_size,
6851                                    unsigned long node_start_pfn,
6852                                    unsigned long *zholes_size)
6853 {
6854         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6855         unsigned long start_pfn = 0;
6856         unsigned long end_pfn = 0;
6857
6858         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
6859         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->kswapd_classzone_idx);
6860
6861         pgdat->node_id = nid;
6862         pgdat->node_start_pfn = node_start_pfn;
6863         pgdat->per_cpu_nodestats = NULL;
6864 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
6865         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
6866         pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
6867                 (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
6868                 end_pfn ? ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1 : 0);
6869 #else
6870         start_pfn = node_start_pfn;
6871 #endif
6872         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn,
6873                                   zones_size, zholes_size);
6874
6875         alloc_node_mem_map(pgdat);
6876         pgdat_set_deferred_range(pgdat);
6877
6878         free_area_init_core(pgdat);
6879 }
6880
6881 #if !defined(CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP)
6882 /*
6883  * Zero all valid struct pages in range [spfn, epfn), return number of struct
6884  * pages zeroed
6885  */
6886 static u64 zero_pfn_range(unsigned long spfn, unsigned long epfn)
6887 {
6888         unsigned long pfn;
6889         u64 pgcnt = 0;
6890
6891         for (pfn = spfn; pfn < epfn; pfn++) {
6892                 if (!pfn_valid(ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages))) {
6893                         pfn = ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages)
6894                                 + pageblock_nr_pages - 1;
6895                         continue;
6896                 }
6897                 mm_zero_struct_page(pfn_to_page(pfn));
6898                 pgcnt++;
6899         }
6900
6901         return pgcnt;
6902 }
6903
6904 /*
6905  * Only struct pages that are backed by physical memory are zeroed and
6906  * initialized by going through __init_single_page(). But, there are some
6907  * struct pages which are reserved in memblock allocator and their fields
6908  * may be accessed (for example page_to_pfn() on some configuration accesses
6909  * flags). We must explicitly zero those struct pages.
6910  *
6911  * This function also addresses a similar issue where struct pages are left
6912  * uninitialized because the physical address range is not covered by
6913  * memblock.memory or memblock.reserved. That could happen when memblock
6914  * layout is manually configured via memmap=.
6915  */
6916 void __init zero_resv_unavail(void)
6917 {
6918         phys_addr_t start, end;
6919         u64 i, pgcnt;
6920         phys_addr_t next = 0;
6921
6922         /*
6923          * Loop through unavailable ranges not covered by memblock.memory.
6924          */
6925         pgcnt = 0;
6926         for_each_mem_range(i, &memblock.memory, NULL,
6927                         NUMA_NO_NODE, MEMBLOCK_NONE, &start, &end, NULL) {
6928                 if (next < start)
6929                         pgcnt += zero_pfn_range(PFN_DOWN(next), PFN_UP(start));
6930                 next = end;
6931         }
6932         pgcnt += zero_pfn_range(PFN_DOWN(next), max_pfn);
6933
6934         /*
6935          * Struct pages that do not have backing memory. This could be because
6936          * firmware is using some of this memory, or for some other reasons.
6937          */
6938         if (pgcnt)
6939                 pr_info("Zeroed struct page in unavailable ranges: %lld pages", pgcnt);
6940 }
6941 #endif /* !CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
6942
6943 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
6944
6945 #if MAX_NUMNODES > 1
6946 /*
6947  * Figure out the number of possible node ids.
6948  */
6949 void __init setup_nr_node_ids(void)
6950 {
6951         unsigned int highest;
6952
6953         highest = find_last_bit(node_possible_map.bits, MAX_NUMNODES);
6954         nr_node_ids = highest + 1;
6955 }
6956 #endif
6957
6958 /**
6959  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
6960  *
6961  * This function should be called after node map is populated and sorted.
6962  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
6963  * all the nodes.
6964  *
6965  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
6966  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
6967  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
6968  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
6969  *
6970  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
6971  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
6972  * populated node map.
6973  *
6974  * Return: the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
6975  * requirement (single node).
6976  */
6977 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
6978 {
6979         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
6980         unsigned long start, end, mask;
6981         int last_nid = NUMA_NO_NODE;
6982         int i, nid;
6983
6984         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
6985                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
6986                         last_nid = nid;
6987                         last_end = end;
6988                         continue;
6989                 }
6990
6991                 /*
6992                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
6993                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
6994                  * too coarse to separate the current node from the last.
6995                  */
6996                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
6997                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
6998                         mask <<= 1;
6999
7000                 /* accumulate all internode masks */
7001                 accl_mask |= mask;
7002         }
7003
7004         /* convert mask to number of pages */
7005         return ~accl_mask + 1;
7006 }
7007
7008 /* Find the lowest pfn for a node */
7009 static unsigned long __init find_min_pfn_for_node(int nid)
7010 {
7011         unsigned long min_pfn = ULONG_MAX;
7012         unsigned long start_pfn;
7013         int i;
7014
7015         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, NULL, NULL)
7016                 min_pfn = min(min_pfn, start_pfn);
7017
7018         if (min_pfn == ULONG_MAX) {
7019                 pr_warn("Could not find start_pfn for node %d\n", nid);
7020                 return 0;
7021         }
7022
7023         return min_pfn;
7024 }
7025
7026 /**
7027  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
7028  *
7029  * Return: the minimum PFN based on information provided via
7030  * memblock_set_node().
7031  */
7032 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
7033 {
7034         return find_min_pfn_for_node(MAX_NUMNODES);
7035 }
7036
7037 /*
7038  * early_calculate_totalpages()
7039  * Sum pages in active regions for movable zone.
7040  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
7041  */
7042 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
7043 {
7044         unsigned long totalpages = 0;
7045         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7046         int i, nid;
7047
7048         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
7049                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
7050
7051                 totalpages += pages;
7052                 if (pages)
7053                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
7054         }
7055         return totalpages;
7056 }
7057
7058 /*
7059  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
7060  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
7061  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
7062  * others
7063  */
7064 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
7065 {
7066         int i, nid;
7067         unsigned long usable_startpfn;
7068         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
7069         /* save the state before borrow the nodemask */
7070         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
7071         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
7072         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
7073         struct memblock_region *r;
7074
7075         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
7076         find_usable_zone_for_movable();
7077
7078         /*
7079          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
7080          * options.
7081          */
7082         if (movable_node_is_enabled()) {
7083                 for_each_memblock(memory, r) {
7084                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
7085                                 continue;
7086
7087                         nid = r->nid;
7088
7089                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
7090                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
7091                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
7092                                 usable_startpfn;
7093                 }
7094
7095                 goto out2;
7096         }
7097
7098         /*
7099          * If kernelcore=mirror is specified, ignore movablecore option
7100          */
7101         if (mirrored_kernelcore) {
7102                 bool mem_below_4gb_not_mirrored = false;
7103
7104                 for_each_memblock(memory, r) {
7105                         if (memblock_is_mirror(r))
7106                                 continue;
7107
7108                         nid = r->nid;
7109
7110                         usable_startpfn = memblock_region_memory_base_pfn(r);
7111
7112                         if (usable_startpfn < 0x100000) {
7113                                 mem_below_4gb_not_mirrored = true;
7114                                 continue;
7115                         }
7116
7117                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
7118                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
7119                                 usable_startpfn;
7120                 }
7121
7122                 if (mem_below_4gb_not_mirrored)
7123                         pr_warn("This configuration results in unmirrored kernel memory.");
7124
7125                 goto out2;
7126         }
7127
7128         /*
7129          * If kernelcore=nn% or movablecore=nn% was specified, calculate the
7130          * amount of necessary memory.
7131          */
7132         if (required_kernelcore_percent)
7133                 required_kernelcore = (totalpages * 100 * required_kernelcore_percent) /
7134                                        10000UL;
7135         if (required_movablecore_percent)
7136                 required_movablecore = (totalpages * 100 * required_movablecore_percent) /
7137                                         10000UL;
7138
7139         /*
7140          * If movablecore= was specified, calculate what size of
7141          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
7142          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
7143          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
7144          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
7145          * what movablecore would have allowed.
7146          */
7147         if (required_movablecore) {
7148                 unsigned long corepages;
7149
7150                 /*
7151                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
7152                  * was requested by the user
7153                  */
7154                 required_movablecore =
7155                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
7156                 required_movablecore = min(totalpages, required_movablecore);
7157                 corepages = totalpages - required_movablecore;
7158
7159                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
7160         }
7161
7162         /*
7163          * If kernelcore was not specified or kernelcore size is larger
7164          * than totalpages, there is no ZONE_MOVABLE.
7165          */
7166         if (!required_kernelcore || required_kernelcore >= totalpages)
7167                 goto out;
7168
7169         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
7170         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
7171
7172 restart:
7173         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
7174         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
7175         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
7176                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
7177
7178                 /*
7179                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
7180                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
7181                  * amount of memory for the kernel
7182                  */
7183                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
7184                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
7185
7186                 /*
7187                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
7188                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
7189                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
7190                  */
7191                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
7192
7193                 /* Go through each range of PFNs within this node */
7194                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
7195                         unsigned long size_pages;
7196
7197                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
7198                         if (start_pfn >= end_pfn)
7199                                 continue;
7200
7201                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
7202                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
7203                                 unsigned long kernel_pages;
7204                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
7205                                                                 - start_pfn;
7206
7207                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
7208                                                         kernelcore_remaining);
7209                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
7210                                                         required_kernelcore);
7211
7212                                 /* Continue if range is now fully accounted */
7213                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
7214
7215                                         /*
7216                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
7217                                          * that if we have to rebalance
7218                                          * kernelcore across nodes, we will
7219                                          * not double account here
7220                                          */
7221                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
7222                                         continue;
7223                                 }
7224                                 start_pfn = usable_startpfn;
7225                         }
7226
7227                         /*
7228                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
7229                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
7230                          * number of pages used as kernelcore
7231                          */
7232                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
7233                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
7234                                 size_pages = kernelcore_remaining;
7235                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
7236
7237                         /*
7238                          * Some kernelcore has been met, update counts and
7239                          * break if the kernelcore for this node has been
7240                          * satisfied
7241                          */
7242                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
7243                                                                 size_pages);
7244                         kernelcore_remaining -= size_pages;
7245                         if (!kernelcore_remaining)
7246                                 break;
7247                 }
7248         }
7249
7250         /*
7251          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
7252          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
7253          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
7254          * satisfied
7255          */
7256         usable_nodes--;
7257         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
7258                 goto restart;
7259
7260 out2:
7261         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
7262         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++)
7263                 zone_movable_pfn[nid] =
7264                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
7265
7266 out:
7267         /* restore the node_state */
7268         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
7269 }
7270
7271 /* Any regular or high memory on that node ? */
7272 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
7273 {
7274         enum zone_type zone_type;
7275
7276         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
7277                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
7278                 if (populated_zone(zone)) {
7279                         if (IS_ENABLED(CONFIG_HIGHMEM))
7280                                 node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
7281                         if (zone_type <= ZONE_NORMAL)
7282                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
7283                         break;
7284                 }
7285         }
7286 }
7287
7288 /**
7289  * free_area_init_nodes - Initialise all pg_data_t and zone data
7290  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
7291  *
7292  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
7293  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
7294  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
7295  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
7296  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
7297  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
7298  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
7299  * at arch_max_dma_pfn.
7300  */
7301 void __init free_area_init_nodes(unsigned long *max_zone_pfn)
7302 {
7303         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7304         int i, nid;
7305
7306         /* Record where the zone boundaries are */
7307         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
7308                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
7309         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
7310                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
7311
7312         start_pfn = find_min_pfn_with_active_regions();
7313
7314         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7315                 if (i == ZONE_MOVABLE)
7316                         continue;
7317
7318                 end_pfn = max(max_zone_pfn[i], start_pfn);
7319                 arch_zone_lowest_possible_pfn[i] = start_pfn;
7320                 arch_zone_highest_possible_pfn[i] = end_pfn;
7321
7322                 start_pfn = end_pfn;
7323         }
7324
7325         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
7326         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
7327         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
7328
7329         /* Print out the zone ranges */
7330         pr_info("Zone ranges:\n");
7331         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7332                 if (i == ZONE_MOVABLE)
7333                         continue;
7334                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
7335                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
7336                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
7337                         pr_cont("empty\n");
7338                 else
7339                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
7340                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
7341                                         << PAGE_SHIFT,
7342                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
7343                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
7344         }
7345
7346         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
7347         pr_info("Movable zone start for each node\n");
7348         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
7349                 if (zone_movable_pfn[i])
7350                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
7351                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
7352         }
7353
7354         /*
7355          * Print out the early node map, and initialize the
7356          * subsection-map relative to active online memory ranges to
7357          * enable future "sub-section" extensions of the memory map.
7358          */
7359         pr_info("Early memory node ranges\n");
7360         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
7361                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
7362                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
7363                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
7364                 subsection_map_init(start_pfn, end_pfn - start_pfn);
7365         }
7366
7367         /* Initialise every node */
7368         mminit_verify_pageflags_layout();
7369         setup_nr_node_ids();
7370         zero_resv_unavail();
7371         for_each_online_node(nid) {
7372                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
7373                 free_area_init_node(nid, NULL,
7374                                 find_min_pfn_for_node(nid), NULL);
7375
7376                 /* Any memory on that node */
7377                 if (pgdat->node_present_pages)
7378                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
7379                 check_for_memory(pgdat, nid);
7380         }
7381 }
7382
7383 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core,
7384                                      unsigned long *percent)
7385 {
7386         unsigned long long coremem;
7387         char *endptr;
7388
7389         if (!p)
7390                 return -EINVAL;
7391
7392         /* Value may be a percentage of total memory, otherwise bytes */
7393         coremem = simple_strtoull(p, &endptr, 0);
7394         if (*endptr == '%') {
7395                 /* Paranoid check for percent values greater than 100 */
7396                 WARN_ON(coremem > 100);
7397
7398                 *percent = coremem;
7399         } else {
7400                 coremem = memparse(p, &p);
7401                 /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
7402                 WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
7403
7404                 *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
7405                 *percent = 0UL;
7406         }
7407         return 0;
7408 }
7409
7410 /*
7411  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
7412  * cannot be reclaimed or migrated.
7413  */
7414 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
7415 {
7416         /* parse kernelcore=mirror */
7417         if (parse_option_str(p, "mirror")) {
7418                 mirrored_kernelcore = true;
7419                 return 0;
7420         }
7421
7422         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore,
7423                                   &required_kernelcore_percent);
7424 }
7425
7426 /*
7427  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
7428  * can be reclaimed or migrated.
7429  */
7430 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
7431 {
7432         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore,
7433                                   &required_movablecore_percent);
7434 }
7435
7436 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
7437 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
7438
7439 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
7440
7441 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
7442 {
7443         atomic_long_add(count, &page_zone(page)->managed_pages);
7444         totalram_pages_add(count);
7445 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
7446         if (PageHighMem(page))
7447                 totalhigh_pages_add(count);
7448 #endif
7449 }
7450 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
7451
7452 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, const char *s)
7453 {
7454         void *pos;
7455         unsigned long pages = 0;
7456
7457         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
7458         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
7459         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
7460                 struct page *page = virt_to_page(pos);
7461                 void *direct_map_addr;
7462
7463                 /*
7464                  * 'direct_map_addr' might be different from 'pos'
7465                  * because some architectures' virt_to_page()
7466                  * work with aliases.  Getting the direct map
7467                  * address ensures that we get a _writeable_
7468                  * alias for the memset().
7469                  */
7470                 direct_map_addr = page_address(page);
7471                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
7472                         memset(direct_map_addr, poison, PAGE_SIZE);
7473
7474                 free_reserved_page(page);
7475         }
7476
7477         if (pages && s)
7478                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK\n",
7479                         s, pages << (PAGE_SHIFT - 10));
7480
7481         return pages;
7482 }
7483
7484 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7485 void free_highmem_page(struct page *page)
7486 {
7487         __free_reserved_page(page);
7488         totalram_pages_inc();
7489         atomic_long_inc(&page_zone(page)->managed_pages);
7490         totalhigh_pages_inc();
7491 }
7492 #endif
7493
7494
7495 void __init mem_init_print_info(const char *str)
7496 {
7497         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
7498         unsigned long init_code_size, init_data_size;
7499
7500         physpages = get_num_physpages();
7501         codesize = _etext - _stext;
7502         datasize = _edata - _sdata;
7503         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
7504         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
7505         init_data_size = __init_end - __init_begin;
7506         init_code_size = _einittext - _sinittext;
7507
7508         /*
7509          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
7510          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
7511          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
7512          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
7513          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
7514          */
7515 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
7516         do { \
7517                 if (start <= pos && pos < end && size > adj) \
7518                         size -= adj; \
7519         } while (0)
7520
7521         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
7522                      _sinittext, init_code_size);
7523         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
7524         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
7525         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
7526         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
7527
7528 #undef  adj_init_size
7529
7530         pr_info("Memory: %luK/%luK available (%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, %luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
7531 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7532                 ", %luK highmem"
7533 #endif
7534                 "%s%s)\n",
7535                 nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
7536                 physpages << (PAGE_SHIFT - 10),
7537                 codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
7538                 (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
7539                 (physpages - totalram_pages() - totalcma_pages) << (PAGE_SHIFT - 10),
7540                 totalcma_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
7541 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7542                 totalhigh_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
7543 #endif
7544                 str ? ", " : "", str ? str : "");
7545 }
7546
7547 /**
7548  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
7549  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
7550  *
7551  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by managed_pages.
7552  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
7553  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
7554  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
7555  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
7556  * smaller per-cpu batchsize.
7557  */
7558 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
7559 {
7560         dma_reserve = new_dma_reserve;
7561 }
7562
7563 void __init free_area_init(unsigned long *zones_size)
7564 {
7565         zero_resv_unavail();
7566         free_area_init_node(0, zones_size,
7567                         __pa(PAGE_OFFSET) >> PAGE_SHIFT, NULL);
7568 }
7569
7570 static int page_alloc_cpu_dead(unsigned int cpu)
7571 {
7572
7573         lru_add_drain_cpu(cpu);
7574         drain_pages(cpu);
7575
7576         /*
7577          * Spill the event counters of the dead processor
7578          * into the current processors event counters.
7579          * This artificially elevates the count of the current
7580          * processor.
7581          */
7582         vm_events_fold_cpu(cpu);
7583
7584         /*
7585          * Zero the differential counters of the dead processor
7586          * so that the vm statistics are consistent.
7587          *
7588          * This is only okay since the processor is dead and cannot
7589          * race with what we are doing.
7590          */
7591         cpu_vm_stats_fold(cpu);
7592         return 0;
7593 }
7594
7595 #ifdef CONFIG_NUMA
7596 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
7597
7598 static int __init set_hashdist(char *str)
7599 {
7600         if (!str)
7601                 return 0;
7602         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
7603         return 1;
7604 }
7605 __setup("hashdist=", set_hashdist);
7606 #endif
7607
7608 void __init page_alloc_init(void)
7609 {
7610         int ret;
7611
7612 #ifdef CONFIG_NUMA
7613         if (num_node_state(N_MEMORY) == 1)
7614                 hashdist = 0;
7615 #endif
7616
7617         ret = cpuhp_setup_state_nocalls(CPUHP_PAGE_ALLOC_DEAD,
7618                                         "mm/page_alloc:dead", NULL,
7619                                         page_alloc_cpu_dead);
7620         WARN_ON(ret < 0);
7621 }
7622
7623 /*
7624  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
7625  *      or min_free_kbytes changes.
7626  */
7627 static void calculate_totalreserve_pages(void)
7628 {
7629         struct pglist_data *pgdat;
7630         unsigned long reserve_pages = 0;
7631         enum zone_type i, j;
7632
7633         for_each_online_pgdat(pgdat) {
7634
7635                 pgdat->totalreserve_pages = 0;
7636
7637                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7638                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
7639                         long max = 0;
7640                         unsigned long managed_pages = zone_managed_pages(zone);
7641
7642                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
7643                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
7644                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
7645                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
7646                         }
7647
7648                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
7649                         max += high_wmark_pages(zone);
7650
7651                         if (max > managed_pages)
7652                                 max = managed_pages;
7653
7654                         pgdat->totalreserve_pages += max;
7655
7656                         reserve_pages += max;
7657                 }
7658         }
7659         totalreserve_pages = reserve_pages;
7660 }
7661
7662 /*
7663  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
7664  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
7665  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
7666  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
7667  */
7668 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
7669 {
7670         struct pglist_data *pgdat;
7671         enum zone_type j, idx;
7672
7673         for_each_online_pgdat(pgdat) {
7674                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
7675                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
7676                         unsigned long managed_pages = zone_managed_pages(zone);
7677
7678                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
7679
7680                         idx = j;
7681                         while (idx) {
7682                                 struct zone *lower_zone;
7683
7684                                 idx--;
7685                                 lower_zone = pgdat->node_zones + idx;
7686
7687                                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] < 1) {
7688                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] = 0;
7689                                         lower_zone->lowmem_reserve[j] = 0;
7690                                 } else {
7691                                         lower_zone->lowmem_reserve[j] =
7692                                                 managed_pages / sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx];
7693                                 }
7694                                 managed_pages += zone_managed_pages(lower_zone);
7695                         }
7696                 }
7697         }
7698
7699         /* update totalreserve_pages */
7700         calculate_totalreserve_pages();
7701 }
7702
7703 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
7704 {
7705         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
7706         unsigned long lowmem_pages = 0;
7707         struct zone *zone;
7708         unsigned long flags;
7709
7710         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
7711         for_each_zone(zone) {
7712                 if (!is_highmem(zone))
7713                         lowmem_pages += zone_managed_pages(zone);
7714         }
7715
7716         for_each_zone(zone) {
7717                 u64 tmp;
7718
7719                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7720                 tmp = (u64)pages_min * zone_managed_pages(zone);
7721                 do_div(tmp, lowmem_pages);
7722                 if (is_highmem(zone)) {
7723                         /*
7724                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
7725                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
7726                          * value here.
7727                          *
7728                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
7729                          * deltas control async page reclaim, and so should
7730                          * not be capped for highmem.
7731                          */
7732                         unsigned long min_pages;
7733
7734                         min_pages = zone_managed_pages(zone) / 1024;
7735                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
7736                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
7737                 } else {
7738                         /*
7739                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
7740                          * proportionate to the zone's size.
7741                          */
7742                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = tmp;
7743                 }
7744
7745                 /*
7746                  * Set the kswapd watermarks distance according to the
7747                  * scale factor in proportion to available memory, but
7748                  * ensure a minimum size on small systems.
7749                  */
7750                 tmp = max_t(u64, tmp >> 2,
7751                             mult_frac(zone_managed_pages(zone),
7752                                       watermark_scale_factor, 10000));
7753
7754                 zone->_watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + tmp;
7755                 zone->_watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) + tmp * 2;
7756                 zone->watermark_boost = 0;
7757
7758                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7759         }
7760
7761         /* update totalreserve_pages */
7762         calculate_totalreserve_pages();
7763 }
7764
7765 /**
7766  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
7767  * or when memory is hot-{added|removed}
7768  *
7769  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
7770  * correctly with respect to min_free_kbytes.
7771  */
7772 void setup_per_zone_wmarks(void)
7773 {
7774         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
7775
7776         spin_lock(&lock);
7777         __setup_per_zone_wmarks();
7778         spin_unlock(&lock);
7779 }
7780
7781 /*
7782  * Initialise min_free_kbytes.
7783  *
7784  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
7785  * we want it large (64MB max).  But it is not linear, because network
7786  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
7787  *
7788  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
7789  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
7790  *
7791  * which yields
7792  *
7793  * 16MB:        512k
7794  * 32MB:        724k
7795  * 64MB:        1024k
7796  * 128MB:       1448k
7797  * 256MB:       2048k
7798  * 512MB:       2896k
7799  * 1024MB:      4096k
7800  * 2048MB:      5792k
7801  * 4096MB:      8192k
7802  * 8192MB:      11584k
7803  * 16384MB:     16384k
7804  */
7805 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
7806 {
7807         unsigned long lowmem_kbytes;
7808         int new_min_free_kbytes;
7809
7810         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
7811         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
7812
7813         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes) {
7814                 min_free_kbytes = new_min_free_kbytes;
7815                 if (min_free_kbytes < 128)
7816                         min_free_kbytes = 128;
7817                 if (min_free_kbytes > 65536)
7818                         min_free_kbytes = 65536;
7819         } else {
7820                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
7821                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
7822         }
7823         setup_per_zone_wmarks();
7824         refresh_zone_stat_thresholds();
7825         setup_per_zone_lowmem_reserve();
7826
7827 #ifdef CONFIG_NUMA
7828         setup_min_unmapped_ratio();
7829         setup_min_slab_ratio();
7830 #endif
7831
7832         return 0;
7833 }
7834 core_initcall(init_per_zone_wmark_min)
7835
7836 /*
7837  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
7838  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
7839  *      changes.
7840  */
7841 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7842         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7843 {
7844         int rc;
7845
7846         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7847         if (rc)
7848                 return rc;
7849
7850         if (write) {
7851                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
7852                 setup_per_zone_wmarks();
7853         }
7854         return 0;
7855 }
7856
7857 int watermark_boost_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7858         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7859 {
7860         int rc;
7861
7862         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7863         if (rc)
7864                 return rc;
7865
7866         return 0;
7867 }
7868
7869 int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7870         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7871 {
7872         int rc;
7873
7874         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7875         if (rc)
7876                 return rc;
7877
7878         if (write)
7879                 setup_per_zone_wmarks();
7880
7881         return 0;
7882 }
7883
7884 #ifdef CONFIG_NUMA
7885 static void setup_min_unmapped_ratio(void)
7886 {
7887         pg_data_t *pgdat;
7888         struct zone *zone;
7889
7890         for_each_online_pgdat(pgdat)
7891                 pgdat->min_unmapped_pages = 0;
7892
7893         for_each_zone(zone)
7894                 zone->zone_pgdat->min_unmapped_pages += (zone_managed_pages(zone) *
7895                                                          sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
7896 }
7897
7898
7899 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7900         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7901 {
7902         int rc;
7903
7904         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7905         if (rc)
7906                 return rc;
7907
7908         setup_min_unmapped_ratio();
7909
7910         return 0;
7911 }
7912
7913 static void setup_min_slab_ratio(void)
7914 {
7915         pg_data_t *pgdat;
7916         struct zone *zone;
7917
7918         for_each_online_pgdat(pgdat)
7919                 pgdat->min_slab_pages = 0;
7920
7921         for_each_zone(zone)
7922                 zone->zone_pgdat->min_slab_pages += (zone_managed_pages(zone) *
7923                                                      sysctl_min_slab_ratio) / 100;
7924 }
7925
7926 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7927         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7928 {
7929         int rc;
7930
7931         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7932         if (rc)
7933                 return rc;
7934
7935         setup_min_slab_ratio();
7936
7937         return 0;
7938 }
7939 #endif
7940
7941 /*
7942  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
7943  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
7944  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
7945  *
7946  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
7947  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
7948  * if in function of the boot time zone sizes.
7949  */
7950 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7951         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7952 {
7953         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7954         setup_per_zone_lowmem_reserve();
7955         return 0;
7956 }
7957
7958 /*
7959  * percpu_pagelist_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
7960  * cpu.  It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
7961  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
7962  */
7963 int percpu_pagelist_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7964         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7965 {
7966         struct zone *zone;
7967         int old_percpu_pagelist_fraction;
7968         int ret;
7969
7970         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
7971         old_percpu_pagelist_fraction = percpu_pagelist_fraction;
7972
7973         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7974         if (!write || ret < 0)
7975                 goto out;
7976
7977         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
7978         if (percpu_pagelist_fraction &&
7979             percpu_pagelist_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION) {
7980                 percpu_pagelist_fraction = old_percpu_pagelist_fraction;
7981                 ret = -EINVAL;
7982                 goto out;
7983         }
7984
7985         /* No change? */
7986         if (percpu_pagelist_fraction == old_percpu_pagelist_fraction)
7987                 goto out;
7988
7989         for_each_populated_zone(zone) {
7990                 unsigned int cpu;
7991
7992                 for_each_possible_cpu(cpu)
7993                         pageset_set_high_and_batch(zone,
7994                                         per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
7995         }
7996 out:
7997         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
7998         return ret;
7999 }
8000
8001 #ifndef __HAVE_ARCH_RESERVED_KERNEL_PAGES
8002 /*
8003  * Returns the number of pages that arch has reserved but
8004  * is not known to alloc_large_system_hash().
8005  */
8006 static unsigned long __init arch_reserved_kernel_pages(void)
8007 {
8008         return 0;
8009 }
8010 #endif
8011
8012 /*
8013  * Adaptive scale is meant to reduce sizes of hash tables on large memory
8014  * machines. As memory size is increased the scale is also increased but at
8015  * slower pace.  Starting from ADAPT_SCALE_BASE (64G), every time memory
8016  * quadruples the scale is increased by one, which means the size of hash table
8017  * only doubles, instead of quadrupling as well.
8018  * Because 32-bit systems cannot have large physical memory, where this scaling
8019  * makes sense, it is disabled on such platforms.
8020  */
8021 #if __BITS_PER_LONG > 32
8022 #define ADAPT_SCALE_BASE        (64ul << 30)
8023 #define ADAPT_SCALE_SHIFT       2
8024 #define ADAPT_SCALE_NPAGES      (ADAPT_SCALE_BASE >> PAGE_SHIFT)
8025 #endif
8026
8027 /*
8028  * allocate a large system hash table from bootmem
8029  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
8030  *   quantity of entries
8031  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
8032  */
8033 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
8034                                      unsigned long bucketsize,
8035                                      unsigned long numentries,
8036                                      int scale,
8037                                      int flags,
8038                                      unsigned int *_hash_shift,
8039                                      unsigned int *_hash_mask,
8040                                      unsigned long low_limit,
8041                                      unsigned long high_limit)
8042 {
8043         unsigned long long max = high_limit;
8044         unsigned long log2qty, size;
8045         void *table = NULL;
8046         gfp_t gfp_flags;
8047         bool virt;
8048
8049         /* allow the kernel cmdline to have a say */
8050         if (!numentries) {
8051                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
8052                 numentries = nr_kernel_pages;
8053                 numentries -= arch_reserved_kernel_pages();
8054
8055                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
8056                 if (PAGE_SHIFT < 20)
8057                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
8058
8059 #if __BITS_PER_LONG > 32
8060                 if (!high_limit) {
8061                         unsigned long adapt;
8062
8063                         for (adapt = ADAPT_SCALE_NPAGES; adapt < numentries;
8064                              adapt <<= ADAPT_SCALE_SHIFT)
8065                                 scale++;
8066                 }
8067 #endif
8068
8069                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
8070                 if (scale > PAGE_SHIFT)
8071                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
8072                 else
8073                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
8074
8075                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
8076                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
8077                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
8078                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
8079                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
8080                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
8081                                 BUG_ON(!numentries);
8082                         }
8083                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
8084                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
8085         }
8086         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
8087
8088         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
8089         if (max == 0) {
8090                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
8091                 do_div(max, bucketsize);
8092         }
8093         max = min(max, 0x80000000ULL);
8094
8095         if (numentries < low_limit)
8096                 numentries = low_limit;
8097         if (numentries > max)
8098                 numentries = max;
8099
8100         log2qty = ilog2(numentries);
8101
8102         gfp_flags = (flags & HASH_ZERO) ? GFP_ATOMIC | __GFP_ZERO : GFP_ATOMIC;
8103         do {
8104                 virt = false;
8105                 size = bucketsize << log2qty;
8106                 if (flags & HASH_EARLY) {
8107                         if (flags & HASH_ZERO)
8108                                 table = memblock_alloc(size, SMP_CACHE_BYTES);
8109                         else
8110                                 table = memblock_alloc_raw(size,
8111                                                            SMP_CACHE_BYTES);
8112                 } else if (get_order(size) >= MAX_ORDER || hashdist) {
8113                         table = __vmalloc(size, gfp_flags, PAGE_KERNEL);
8114                         virt = true;
8115                 } else {
8116                         /*
8117                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
8118                          * some pages at the end of hash table which
8119                          * alloc_pages_exact() automatically does
8120                          */
8121                         table = alloc_pages_exact(size, gfp_flags);
8122                         kmemleak_alloc(table, size, 1, gfp_flags);
8123                 }
8124         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
8125
8126         if (!table)
8127                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
8128
8129         pr_info("%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes, %s)\n",
8130                 tablename, 1UL << log2qty, ilog2(size) - PAGE_SHIFT, size,
8131                 virt ? "vmalloc" : "linear");
8132
8133         if (_hash_shift)
8134                 *_hash_shift = log2qty;
8135         if (_hash_mask)
8136                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
8137
8138         return table;
8139 }
8140
8141 /*
8142  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
8143  * If @count is not zero, it is okay to include less @count unmovable pages
8144  *
8145  * PageLRU check without isolation or lru_lock could race so that
8146  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. And __PageMovable
8147  * check without lock_page also may miss some movable non-lru pages at
8148  * race condition. So you can't expect this function should be exact.
8149  */
8150 bool has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page, int count,
8151                          int migratetype, int flags)
8152 {
8153         unsigned long found;
8154         unsigned long iter = 0;
8155         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8156         const char *reason = "unmovable page";
8157
8158         /*
8159          * TODO we could make this much more efficient by not checking every
8160          * page in the range if we know all of them are in MOVABLE_ZONE and
8161          * that the movable zone guarantees that pages are migratable but
8162          * the later is not the case right now unfortunatelly. E.g. movablecore
8163          * can still lead to having bootmem allocations in zone_movable.
8164          */
8165
8166         if (is_migrate_cma_page(page)) {
8167                 /*
8168                  * CMA allocations (alloc_contig_range) really need to mark
8169                  * isolate CMA pageblocks even when they are not movable in fact
8170                  * so consider them movable here.
8171                  */
8172                 if (is_migrate_cma(migratetype))
8173                         return false;
8174
8175                 reason = "CMA page";
8176                 goto unmovable;
8177         }
8178
8179         for (found = 0; iter < pageblock_nr_pages; iter++) {
8180                 unsigned long check = pfn + iter;
8181
8182                 if (!pfn_valid_within(check))
8183                         continue;
8184
8185                 page = pfn_to_page(check);
8186
8187                 if (PageReserved(page))
8188                         goto unmovable;
8189
8190                 /*
8191                  * If the zone is movable and we have ruled out all reserved
8192                  * pages then it should be reasonably safe to assume the rest
8193                  * is movable.
8194                  */
8195                 if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
8196                         continue;
8197
8198                 /*
8199                  * Hugepages are not in LRU lists, but they're movable.
8200                  * We need not scan over tail pages because we don't
8201                  * handle each tail page individually in migration.
8202                  */
8203                 if (PageHuge(page)) {
8204                         struct page *head = compound_head(page);
8205                         unsigned int skip_pages;
8206
8207                         if (!hugepage_migration_supported(page_hstate(head)))
8208                                 goto unmovable;
8209
8210                         skip_pages = compound_nr(head) - (page - head);
8211                         iter += skip_pages - 1;
8212                         continue;
8213                 }
8214
8215                 /*
8216                  * We can't use page_count without pin a page
8217                  * because another CPU can free compound page.
8218                  * This check already skips compound tails of THP
8219                  * because their page->_refcount is zero at all time.
8220                  */
8221                 if (!page_ref_count(page)) {
8222                         if (PageBuddy(page))
8223                                 iter += (1 << page_order(page)) - 1;
8224                         continue;
8225                 }
8226
8227                 /*
8228                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
8229                  * page_count() is not 0.
8230                  */
8231                 if ((flags & SKIP_HWPOISON) && PageHWPoison(page))
8232                         continue;
8233
8234                 if (__PageMovable(page))
8235                         continue;
8236
8237                 if (!PageLRU(page))
8238                         found++;
8239                 /*
8240                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check
8241                  * it.  But now, memory offline itself doesn't call
8242                  * shrink_node_slabs() and it still to be fixed.
8243                  */
8244                 /*
8245                  * If the page is not RAM, page_count()should be 0.
8246                  * we don't need more check. This is an _used_ not-movable page.
8247                  *
8248                  * The problematic thing here is PG_reserved pages. PG_reserved
8249                  * is set to both of a memory hole page and a _used_ kernel
8250                  * page at boot.
8251                  */
8252                 if (found > count)
8253                         goto unmovable;
8254         }
8255         return false;
8256 unmovable:
8257         WARN_ON_ONCE(zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE);
8258         if (flags & REPORT_FAILURE)
8259                 dump_page(pfn_to_page(pfn + iter), reason);
8260         return true;
8261 }
8262
8263 #ifdef CONFIG_CONTIG_ALLOC
8264 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
8265 {
8266         return pfn & ~(max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
8267                              pageblock_nr_pages) - 1);
8268 }
8269
8270 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
8271 {
8272         return ALIGN(pfn, max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
8273                                 pageblock_nr_pages));
8274 }
8275
8276 /* [start, end) must belong to a single zone. */
8277 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
8278                                         unsigned long start, unsigned long end)
8279 {
8280         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
8281         unsigned long nr_reclaimed;
8282         unsigned long pfn = start;
8283         unsigned int tries = 0;
8284         int ret = 0;
8285
8286         migrate_prep();
8287
8288         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
8289                 if (fatal_signal_pending(current)) {
8290                         ret = -EINTR;
8291                         break;
8292                 }
8293
8294                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
8295                         cc->nr_migratepages = 0;
8296                         pfn = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
8297                         if (!pfn) {
8298                                 ret = -EINTR;
8299                                 break;
8300                         }
8301                         tries = 0;
8302                 } else if (++tries == 5) {
8303                         ret = ret < 0 ? ret : -EBUSY;
8304                         break;
8305                 }
8306
8307                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
8308                                                         &cc->migratepages);
8309                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
8310
8311                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migrate_target,
8312                                     NULL, 0, cc->mode, MR_CONTIG_RANGE);
8313         }
8314         if (ret < 0) {
8315                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
8316                 return ret;
8317         }
8318         return 0;
8319 }
8320
8321 /**
8322  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
8323  * @start:      start PFN to allocate
8324  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
8325  * @migratetype:        migratetype of the underlaying pageblocks (either
8326  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
8327  *                      in range must have the same migratetype and it must
8328  *                      be either of the two.
8329  * @gfp_mask:   GFP mask to use during compaction
8330  *
8331  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
8332  * aligned.  The PFN range must belong to a single zone.
8333  *
8334  * The first thing this routine does is attempt to MIGRATE_ISOLATE all
8335  * pageblocks in the range.  Once isolated, the pageblocks should not
8336  * be modified by others.
8337  *
8338  * Return: zero on success or negative error code.  On success all
8339  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
8340  * need to be freed with free_contig_range().
8341  */
8342 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
8343                        unsigned migratetype, gfp_t gfp_mask)
8344 {
8345         unsigned long outer_start, outer_end;
8346         unsigned int order;
8347         int ret = 0;
8348
8349         struct compact_control cc = {
8350                 .nr_migratepages = 0,
8351                 .order = -1,
8352                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
8353                 .mode = MIGRATE_SYNC,
8354                 .ignore_skip_hint = true,
8355                 .no_set_skip_hint = true,
8356                 .gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask),
8357         };
8358         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
8359
8360         /*
8361          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
8362          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
8363          * have different sizes, and due to the way page allocator
8364          * work, we align the range to biggest of the two pages so
8365          * that page allocator won't try to merge buddies from
8366          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
8367          * other migration type.
8368          *
8369          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
8370          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
8371          * we are interested in).  This will put all the pages in
8372          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
8373          *
8374          * When this is done, we take the pages in range from page
8375          * allocator removing them from the buddy system.  This way
8376          * page allocator will never consider using them.
8377          *
8378          * This lets us mark the pageblocks back as
8379          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
8380          * aligned range but not in the unaligned, original range are
8381          * put back to page allocator so that buddy can use them.
8382          */
8383
8384         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
8385                                        pfn_max_align_up(end), migratetype, 0);
8386         if (ret < 0)
8387                 return ret;
8388
8389         /*
8390          * In case of -EBUSY, we'd like to know which page causes problem.
8391          * So, just fall through. test_pages_isolated() has a tracepoint
8392          * which will report the busy page.
8393          *
8394          * It is possible that busy pages could become available before
8395          * the call to test_pages_isolated, and the range will actually be
8396          * allocated.  So, if we fall through be sure to clear ret so that
8397          * -EBUSY is not accidentally used or returned to caller.
8398          */
8399         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
8400         if (ret && ret != -EBUSY)
8401                 goto done;
8402         ret =0;
8403
8404         /*
8405          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
8406          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
8407          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
8408          * What we are going to do is to allocate all pages from
8409          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
8410          *
8411          * The only problem is that pages at the beginning and at the
8412          * end of interesting range may be not aligned with pages that
8413          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
8414          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
8415          * once this is done free the pages we are not interested in.
8416          *
8417          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
8418          * isolated thus they won't get removed from buddy.
8419          */
8420
8421         lru_add_drain_all();
8422
8423         order = 0;
8424         outer_start = start;
8425         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
8426                 if (++order >= MAX_ORDER) {
8427                         outer_start = start;
8428                         break;
8429                 }
8430                 outer_start &= ~0UL << order;
8431         }
8432
8433         if (outer_start != start) {
8434                 order = page_order(pfn_to_page(outer_start));
8435
8436                 /*
8437                  * outer_start page could be small order buddy page and
8438                  * it doesn't include start page. Adjust outer_start
8439                  * in this case to report failed page properly
8440                  * on tracepoint in test_pages_isolated()
8441                  */
8442                 if (outer_start + (1UL << order) <= start)
8443                         outer_start = start;
8444         }
8445
8446         /* Make sure the range is really isolated. */
8447         if (test_pages_isolated(outer_start, end, false)) {
8448                 pr_info_ratelimited("%s: [%lx, %lx) PFNs busy\n",
8449                         __func__, outer_start, end);
8450                 ret = -EBUSY;
8451                 goto done;
8452         }
8453
8454         /* Grab isolated pages from freelists. */
8455         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
8456         if (!outer_end) {
8457                 ret = -EBUSY;
8458                 goto done;
8459         }
8460
8461         /* Free head and tail (if any) */
8462         if (start != outer_start)
8463                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
8464         if (end != outer_end)
8465                 free_contig_range(end, outer_end - end);
8466
8467 done:
8468         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
8469                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
8470         return ret;
8471 }
8472 #endif /* CONFIG_CONTIG_ALLOC */
8473
8474 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned int nr_pages)
8475 {
8476         unsigned int count = 0;
8477
8478         for (; nr_pages--; pfn++) {
8479                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
8480
8481                 count += page_count(page) != 1;
8482                 __free_page(page);
8483         }
8484         WARN(count != 0, "%d pages are still in use!\n", count);
8485 }
8486
8487 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
8488 /*
8489  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
8490  * page high values need to be recalulated.
8491  */
8492 void __meminit zone_pcp_update(struct zone *zone)
8493 {
8494         unsigned cpu;
8495         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
8496         for_each_possible_cpu(cpu)
8497                 pageset_set_high_and_batch(zone,
8498                                 per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
8499         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
8500 }
8501 #endif
8502
8503 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
8504 {
8505         unsigned long flags;
8506         int cpu;
8507         struct per_cpu_pageset *pset;
8508
8509         /* avoid races with drain_pages()  */
8510         local_irq_save(flags);
8511         if (zone->pageset != &boot_pageset) {
8512                 for_each_online_cpu(cpu) {
8513                         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
8514                         drain_zonestat(zone, pset);
8515                 }
8516                 free_percpu(zone->pageset);
8517                 zone->pageset = &boot_pageset;
8518         }
8519         local_irq_restore(flags);
8520 }
8521
8522 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
8523 /*
8524  * All pages in the range must be in a single zone and isolated
8525  * before calling this.
8526  */
8527 unsigned long
8528 __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
8529 {
8530         struct page *page;
8531         struct zone *zone;
8532         unsigned int order, i;
8533         unsigned long pfn;
8534         unsigned long flags;
8535         unsigned long offlined_pages = 0;
8536
8537         /* find the first valid pfn */
8538         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++)
8539                 if (pfn_valid(pfn))
8540                         break;
8541         if (pfn == end_pfn)
8542                 return offlined_pages;
8543
8544         offline_mem_sections(pfn, end_pfn);
8545         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
8546         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8547         pfn = start_pfn;
8548         while (pfn < end_pfn) {
8549                 if (!pfn_valid(pfn)) {
8550                         pfn++;
8551                         continue;
8552                 }
8553                 page = pfn_to_page(pfn);
8554                 /*
8555                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
8556                  * page_count() is not 0.
8557                  */
8558                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
8559                         pfn++;
8560                         SetPageReserved(page);
8561                         offlined_pages++;
8562                         continue;
8563                 }
8564
8565                 BUG_ON(page_count(page));
8566                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
8567                 order = page_order(page);
8568                 offlined_pages += 1 << order;
8569 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
8570                 pr_info("remove from free list %lx %d %lx\n",
8571                         pfn, 1 << order, end_pfn);
8572 #endif
8573                 del_page_from_free_area(page, &zone->free_area[order]);
8574                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
8575                         SetPageReserved((page+i));
8576                 pfn += (1 << order);
8577         }
8578         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8579
8580         return offlined_pages;
8581 }
8582 #endif
8583
8584 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
8585 {
8586         struct zone *zone = page_zone(page);
8587         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8588         unsigned long flags;
8589         unsigned int order;
8590
8591         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8592         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
8593                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
8594
8595                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order)
8596                         break;
8597         }
8598         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8599
8600         return order < MAX_ORDER;
8601 }
8602
8603 #ifdef CONFIG_MEMORY_FAILURE
8604 /*
8605  * Set PG_hwpoison flag if a given page is confirmed to be a free page.  This
8606  * test is performed under the zone lock to prevent a race against page
8607  * allocation.
8608  */
8609 bool set_hwpoison_free_buddy_page(struct page *page)
8610 {
8611         struct zone *zone = page_zone(page);
8612         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8613         unsigned long flags;
8614         unsigned int order;
8615         bool hwpoisoned = false;
8616
8617         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8618         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
8619                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
8620
8621                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order) {
8622                         if (!TestSetPageHWPoison(page))
8623                                 hwpoisoned = true;
8624                         break;
8625                 }
8626         }
8627         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8628
8629         return hwpoisoned;
8630 }
8631 #endif