mm: Make compound_pincount always available
[linux-block.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/swapops.h>
23 #include <linux/interrupt.h>
24 #include <linux/pagemap.h>
25 #include <linux/jiffies.h>
26 #include <linux/memblock.h>
27 #include <linux/compiler.h>
28 #include <linux/kernel.h>
29 #include <linux/kasan.h>
30 #include <linux/module.h>
31 #include <linux/suspend.h>
32 #include <linux/pagevec.h>
33 #include <linux/blkdev.h>
34 #include <linux/slab.h>
35 #include <linux/ratelimit.h>
36 #include <linux/oom.h>
37 #include <linux/topology.h>
38 #include <linux/sysctl.h>
39 #include <linux/cpu.h>
40 #include <linux/cpuset.h>
41 #include <linux/memory_hotplug.h>
42 #include <linux/nodemask.h>
43 #include <linux/vmalloc.h>
44 #include <linux/vmstat.h>
45 #include <linux/mempolicy.h>
46 #include <linux/memremap.h>
47 #include <linux/stop_machine.h>
48 #include <linux/random.h>
49 #include <linux/sort.h>
50 #include <linux/pfn.h>
51 #include <linux/backing-dev.h>
52 #include <linux/fault-inject.h>
53 #include <linux/page-isolation.h>
54 #include <linux/debugobjects.h>
55 #include <linux/kmemleak.h>
56 #include <linux/compaction.h>
57 #include <trace/events/kmem.h>
58 #include <trace/events/oom.h>
59 #include <linux/prefetch.h>
60 #include <linux/mm_inline.h>
61 #include <linux/mmu_notifier.h>
62 #include <linux/migrate.h>
63 #include <linux/hugetlb.h>
64 #include <linux/sched/rt.h>
65 #include <linux/sched/mm.h>
66 #include <linux/page_owner.h>
67 #include <linux/page_table_check.h>
68 #include <linux/kthread.h>
69 #include <linux/memcontrol.h>
70 #include <linux/ftrace.h>
71 #include <linux/lockdep.h>
72 #include <linux/nmi.h>
73 #include <linux/psi.h>
74 #include <linux/padata.h>
75 #include <linux/khugepaged.h>
76 #include <linux/buffer_head.h>
77 #include <linux/delayacct.h>
78 #include <asm/sections.h>
79 #include <asm/tlbflush.h>
80 #include <asm/div64.h>
81 #include "internal.h"
82 #include "shuffle.h"
83 #include "page_reporting.h"
84
85 /* Free Page Internal flags: for internal, non-pcp variants of free_pages(). */
86 typedef int __bitwise fpi_t;
87
88 /* No special request */
89 #define FPI_NONE                ((__force fpi_t)0)
90
91 /*
92  * Skip free page reporting notification for the (possibly merged) page.
93  * This does not hinder free page reporting from grabbing the page,
94  * reporting it and marking it "reported" -  it only skips notifying
95  * the free page reporting infrastructure about a newly freed page. For
96  * example, used when temporarily pulling a page from a freelist and
97  * putting it back unmodified.
98  */
99 #define FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY  ((__force fpi_t)BIT(0))
100
101 /*
102  * Place the (possibly merged) page to the tail of the freelist. Will ignore
103  * page shuffling (relevant code - e.g., memory onlining - is expected to
104  * shuffle the whole zone).
105  *
106  * Note: No code should rely on this flag for correctness - it's purely
107  *       to allow for optimizations when handing back either fresh pages
108  *       (memory onlining) or untouched pages (page isolation, free page
109  *       reporting).
110  */
111 #define FPI_TO_TAIL             ((__force fpi_t)BIT(1))
112
113 /*
114  * Don't poison memory with KASAN (only for the tag-based modes).
115  * During boot, all non-reserved memblock memory is exposed to page_alloc.
116  * Poisoning all that memory lengthens boot time, especially on systems with
117  * large amount of RAM. This flag is used to skip that poisoning.
118  * This is only done for the tag-based KASAN modes, as those are able to
119  * detect memory corruptions with the memory tags assigned by default.
120  * All memory allocated normally after boot gets poisoned as usual.
121  */
122 #define FPI_SKIP_KASAN_POISON   ((__force fpi_t)BIT(2))
123
124 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
125 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
126 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_HIGH_FRACTION (8)
127
128 struct pagesets {
129         local_lock_t lock;
130 };
131 static DEFINE_PER_CPU(struct pagesets, pagesets) = {
132         .lock = INIT_LOCAL_LOCK(lock),
133 };
134
135 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
136 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
137 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
138 #endif
139
140 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(vm_numa_stat_key);
141
142 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
143 /*
144  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
145  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
146  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
147  * defined in <linux/topology.h>.
148  */
149 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
150 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
151 #endif
152
153 /* work_structs for global per-cpu drains */
154 struct pcpu_drain {
155         struct zone *zone;
156         struct work_struct work;
157 };
158 static DEFINE_MUTEX(pcpu_drain_mutex);
159 static DEFINE_PER_CPU(struct pcpu_drain, pcpu_drain);
160
161 #ifdef CONFIG_GCC_PLUGIN_LATENT_ENTROPY
162 volatile unsigned long latent_entropy __latent_entropy;
163 EXPORT_SYMBOL(latent_entropy);
164 #endif
165
166 /*
167  * Array of node states.
168  */
169 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
170         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
171         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
172 #ifndef CONFIG_NUMA
173         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
174 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
175         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
176 #endif
177         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
178         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
179 #endif  /* NUMA */
180 };
181 EXPORT_SYMBOL(node_states);
182
183 atomic_long_t _totalram_pages __read_mostly;
184 EXPORT_SYMBOL(_totalram_pages);
185 unsigned long totalreserve_pages __read_mostly;
186 unsigned long totalcma_pages __read_mostly;
187
188 int percpu_pagelist_high_fraction;
189 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
190 DEFINE_STATIC_KEY_MAYBE(CONFIG_INIT_ON_ALLOC_DEFAULT_ON, init_on_alloc);
191 EXPORT_SYMBOL(init_on_alloc);
192
193 DEFINE_STATIC_KEY_MAYBE(CONFIG_INIT_ON_FREE_DEFAULT_ON, init_on_free);
194 EXPORT_SYMBOL(init_on_free);
195
196 static bool _init_on_alloc_enabled_early __read_mostly
197                                 = IS_ENABLED(CONFIG_INIT_ON_ALLOC_DEFAULT_ON);
198 static int __init early_init_on_alloc(char *buf)
199 {
200
201         return kstrtobool(buf, &_init_on_alloc_enabled_early);
202 }
203 early_param("init_on_alloc", early_init_on_alloc);
204
205 static bool _init_on_free_enabled_early __read_mostly
206                                 = IS_ENABLED(CONFIG_INIT_ON_FREE_DEFAULT_ON);
207 static int __init early_init_on_free(char *buf)
208 {
209         return kstrtobool(buf, &_init_on_free_enabled_early);
210 }
211 early_param("init_on_free", early_init_on_free);
212
213 /*
214  * A cached value of the page's pageblock's migratetype, used when the page is
215  * put on a pcplist. Used to avoid the pageblock migratetype lookup when
216  * freeing from pcplists in most cases, at the cost of possibly becoming stale.
217  * Also the migratetype set in the page does not necessarily match the pcplist
218  * index, e.g. page might have MIGRATE_CMA set but be on a pcplist with any
219  * other index - this ensures that it will be put on the correct CMA freelist.
220  */
221 static inline int get_pcppage_migratetype(struct page *page)
222 {
223         return page->index;
224 }
225
226 static inline void set_pcppage_migratetype(struct page *page, int migratetype)
227 {
228         page->index = migratetype;
229 }
230
231 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
232 /*
233  * The following functions are used by the suspend/hibernate code to temporarily
234  * change gfp_allowed_mask in order to avoid using I/O during memory allocations
235  * while devices are suspended.  To avoid races with the suspend/hibernate code,
236  * they should always be called with system_transition_mutex held
237  * (gfp_allowed_mask also should only be modified with system_transition_mutex
238  * held, unless the suspend/hibernate code is guaranteed not to run in parallel
239  * with that modification).
240  */
241
242 static gfp_t saved_gfp_mask;
243
244 void pm_restore_gfp_mask(void)
245 {
246         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
247         if (saved_gfp_mask) {
248                 gfp_allowed_mask = saved_gfp_mask;
249                 saved_gfp_mask = 0;
250         }
251 }
252
253 void pm_restrict_gfp_mask(void)
254 {
255         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
256         WARN_ON(saved_gfp_mask);
257         saved_gfp_mask = gfp_allowed_mask;
258         gfp_allowed_mask &= ~(__GFP_IO | __GFP_FS);
259 }
260
261 bool pm_suspended_storage(void)
262 {
263         if ((gfp_allowed_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
264                 return false;
265         return true;
266 }
267 #endif /* CONFIG_PM_SLEEP */
268
269 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
270 unsigned int pageblock_order __read_mostly;
271 #endif
272
273 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order,
274                             fpi_t fpi_flags);
275
276 /*
277  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
278  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
279  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
280  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
281  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
282  *      HIGHMEM allocation will leave (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
283  *
284  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
285  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
286  */
287 int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES] = {
288 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
289         [ZONE_DMA] = 256,
290 #endif
291 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
292         [ZONE_DMA32] = 256,
293 #endif
294         [ZONE_NORMAL] = 32,
295 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
296         [ZONE_HIGHMEM] = 0,
297 #endif
298         [ZONE_MOVABLE] = 0,
299 };
300
301 static char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
302 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
303          "DMA",
304 #endif
305 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
306          "DMA32",
307 #endif
308          "Normal",
309 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
310          "HighMem",
311 #endif
312          "Movable",
313 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
314          "Device",
315 #endif
316 };
317
318 const char * const migratetype_names[MIGRATE_TYPES] = {
319         "Unmovable",
320         "Movable",
321         "Reclaimable",
322         "HighAtomic",
323 #ifdef CONFIG_CMA
324         "CMA",
325 #endif
326 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
327         "Isolate",
328 #endif
329 };
330
331 compound_page_dtor * const compound_page_dtors[NR_COMPOUND_DTORS] = {
332         [NULL_COMPOUND_DTOR] = NULL,
333         [COMPOUND_PAGE_DTOR] = free_compound_page,
334 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
335         [HUGETLB_PAGE_DTOR] = free_huge_page,
336 #endif
337 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
338         [TRANSHUGE_PAGE_DTOR] = free_transhuge_page,
339 #endif
340 };
341
342 int min_free_kbytes = 1024;
343 int user_min_free_kbytes = -1;
344 int watermark_boost_factor __read_mostly = 15000;
345 int watermark_scale_factor = 10;
346
347 static unsigned long nr_kernel_pages __initdata;
348 static unsigned long nr_all_pages __initdata;
349 static unsigned long dma_reserve __initdata;
350
351 static unsigned long arch_zone_lowest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __initdata;
352 static unsigned long arch_zone_highest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __initdata;
353 static unsigned long required_kernelcore __initdata;
354 static unsigned long required_kernelcore_percent __initdata;
355 static unsigned long required_movablecore __initdata;
356 static unsigned long required_movablecore_percent __initdata;
357 static unsigned long zone_movable_pfn[MAX_NUMNODES] __initdata;
358 static bool mirrored_kernelcore __meminitdata;
359
360 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
361 int movable_zone;
362 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
363
364 #if MAX_NUMNODES > 1
365 unsigned int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
366 unsigned int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
367 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
368 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
369 #endif
370
371 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
372
373 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
374 /*
375  * During boot we initialize deferred pages on-demand, as needed, but once
376  * page_alloc_init_late() has finished, the deferred pages are all initialized,
377  * and we can permanently disable that path.
378  */
379 static DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(deferred_pages);
380
381 /*
382  * Calling kasan_poison_pages() only after deferred memory initialization
383  * has completed. Poisoning pages during deferred memory init will greatly
384  * lengthen the process and cause problem in large memory systems as the
385  * deferred pages initialization is done with interrupt disabled.
386  *
387  * Assuming that there will be no reference to those newly initialized
388  * pages before they are ever allocated, this should have no effect on
389  * KASAN memory tracking as the poison will be properly inserted at page
390  * allocation time. The only corner case is when pages are allocated by
391  * on-demand allocation and then freed again before the deferred pages
392  * initialization is done, but this is not likely to happen.
393  */
394 static inline bool should_skip_kasan_poison(struct page *page, fpi_t fpi_flags)
395 {
396         return static_branch_unlikely(&deferred_pages) ||
397                (!IS_ENABLED(CONFIG_KASAN_GENERIC) &&
398                 (fpi_flags & FPI_SKIP_KASAN_POISON)) ||
399                PageSkipKASanPoison(page);
400 }
401
402 /* Returns true if the struct page for the pfn is uninitialised */
403 static inline bool __meminit early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
404 {
405         int nid = early_pfn_to_nid(pfn);
406
407         if (node_online(nid) && pfn >= NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn)
408                 return true;
409
410         return false;
411 }
412
413 /*
414  * Returns true when the remaining initialisation should be deferred until
415  * later in the boot cycle when it can be parallelised.
416  */
417 static bool __meminit
418 defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
419 {
420         static unsigned long prev_end_pfn, nr_initialised;
421
422         /*
423          * prev_end_pfn static that contains the end of previous zone
424          * No need to protect because called very early in boot before smp_init.
425          */
426         if (prev_end_pfn != end_pfn) {
427                 prev_end_pfn = end_pfn;
428                 nr_initialised = 0;
429         }
430
431         /* Always populate low zones for address-constrained allocations */
432         if (end_pfn < pgdat_end_pfn(NODE_DATA(nid)))
433                 return false;
434
435         if (NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn != ULONG_MAX)
436                 return true;
437         /*
438          * We start only with one section of pages, more pages are added as
439          * needed until the rest of deferred pages are initialized.
440          */
441         nr_initialised++;
442         if ((nr_initialised > PAGES_PER_SECTION) &&
443             (pfn & (PAGES_PER_SECTION - 1)) == 0) {
444                 NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn = pfn;
445                 return true;
446         }
447         return false;
448 }
449 #else
450 static inline bool should_skip_kasan_poison(struct page *page, fpi_t fpi_flags)
451 {
452         return (!IS_ENABLED(CONFIG_KASAN_GENERIC) &&
453                 (fpi_flags & FPI_SKIP_KASAN_POISON)) ||
454                PageSkipKASanPoison(page);
455 }
456
457 static inline bool early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
458 {
459         return false;
460 }
461
462 static inline bool defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
463 {
464         return false;
465 }
466 #endif
467
468 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
469 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(const struct page *page,
470                                                         unsigned long pfn)
471 {
472 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
473         return section_to_usemap(__pfn_to_section(pfn));
474 #else
475         return page_zone(page)->pageblock_flags;
476 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
477 }
478
479 static inline int pfn_to_bitidx(const struct page *page, unsigned long pfn)
480 {
481 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
482         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
483 #else
484         pfn = pfn - round_down(page_zone(page)->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
485 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
486         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
487 }
488
489 static __always_inline
490 unsigned long __get_pfnblock_flags_mask(const struct page *page,
491                                         unsigned long pfn,
492                                         unsigned long mask)
493 {
494         unsigned long *bitmap;
495         unsigned long bitidx, word_bitidx;
496         unsigned long word;
497
498         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
499         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
500         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
501         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
502
503         word = bitmap[word_bitidx];
504         return (word >> bitidx) & mask;
505 }
506
507 /**
508  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
509  * @page: The page within the block of interest
510  * @pfn: The target page frame number
511  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
512  *
513  * Return: pageblock_bits flags
514  */
515 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(const struct page *page,
516                                         unsigned long pfn, unsigned long mask)
517 {
518         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, mask);
519 }
520
521 static __always_inline int get_pfnblock_migratetype(const struct page *page,
522                                         unsigned long pfn)
523 {
524         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, MIGRATETYPE_MASK);
525 }
526
527 /**
528  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
529  * @page: The page within the block of interest
530  * @flags: The flags to set
531  * @pfn: The target page frame number
532  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
533  */
534 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
535                                         unsigned long pfn,
536                                         unsigned long mask)
537 {
538         unsigned long *bitmap;
539         unsigned long bitidx, word_bitidx;
540         unsigned long old_word, word;
541
542         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
543         BUILD_BUG_ON(MIGRATE_TYPES > (1 << PB_migratetype_bits));
544
545         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
546         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
547         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
548         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
549
550         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(page_zone(page), pfn), page);
551
552         mask <<= bitidx;
553         flags <<= bitidx;
554
555         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
556         for (;;) {
557                 old_word = cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], word, (word & ~mask) | flags);
558                 if (word == old_word)
559                         break;
560                 word = old_word;
561         }
562 }
563
564 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
565 {
566         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
567                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
568                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
569
570         set_pfnblock_flags_mask(page, (unsigned long)migratetype,
571                                 page_to_pfn(page), MIGRATETYPE_MASK);
572 }
573
574 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
575 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
576 {
577         int ret = 0;
578         unsigned seq;
579         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
580         unsigned long sp, start_pfn;
581
582         do {
583                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
584                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
585                 sp = zone->spanned_pages;
586                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
587                         ret = 1;
588         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
589
590         if (ret)
591                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
592                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
593                         start_pfn, start_pfn + sp);
594
595         return ret;
596 }
597
598 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
599 {
600         if (zone != page_zone(page))
601                 return 0;
602
603         return 1;
604 }
605 /*
606  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
607  */
608 static int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
609 {
610         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
611                 return 1;
612         if (!page_is_consistent(zone, page))
613                 return 1;
614
615         return 0;
616 }
617 #else
618 static inline int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
619 {
620         return 0;
621 }
622 #endif
623
624 static void bad_page(struct page *page, const char *reason)
625 {
626         static unsigned long resume;
627         static unsigned long nr_shown;
628         static unsigned long nr_unshown;
629
630         /*
631          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
632          * or allow a steady drip of one report per second.
633          */
634         if (nr_shown == 60) {
635                 if (time_before(jiffies, resume)) {
636                         nr_unshown++;
637                         goto out;
638                 }
639                 if (nr_unshown) {
640                         pr_alert(
641                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
642                                 nr_unshown);
643                         nr_unshown = 0;
644                 }
645                 nr_shown = 0;
646         }
647         if (nr_shown++ == 0)
648                 resume = jiffies + 60 * HZ;
649
650         pr_alert("BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
651                 current->comm, page_to_pfn(page));
652         dump_page(page, reason);
653
654         print_modules();
655         dump_stack();
656 out:
657         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
658         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
659         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
660 }
661
662 static inline unsigned int order_to_pindex(int migratetype, int order)
663 {
664         int base = order;
665
666 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
667         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) {
668                 VM_BUG_ON(order != pageblock_order);
669                 base = PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER + 1;
670         }
671 #else
672         VM_BUG_ON(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
673 #endif
674
675         return (MIGRATE_PCPTYPES * base) + migratetype;
676 }
677
678 static inline int pindex_to_order(unsigned int pindex)
679 {
680         int order = pindex / MIGRATE_PCPTYPES;
681
682 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
683         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
684                 order = pageblock_order;
685 #else
686         VM_BUG_ON(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
687 #endif
688
689         return order;
690 }
691
692 static inline bool pcp_allowed_order(unsigned int order)
693 {
694         if (order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
695                 return true;
696 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
697         if (order == pageblock_order)
698                 return true;
699 #endif
700         return false;
701 }
702
703 static inline void free_the_page(struct page *page, unsigned int order)
704 {
705         if (pcp_allowed_order(order))           /* Via pcp? */
706                 free_unref_page(page, order);
707         else
708                 __free_pages_ok(page, order, FPI_NONE);
709 }
710
711 /*
712  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
713  *
714  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page" and have PG_head set.
715  *
716  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages". PageTail() is encoded
717  * in bit 0 of page->compound_head. The rest of bits is pointer to head page.
718  *
719  * The first tail page's ->compound_dtor holds the offset in array of compound
720  * page destructors. See compound_page_dtors.
721  *
722  * The first tail page's ->compound_order holds the order of allocation.
723  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
724  */
725
726 void free_compound_page(struct page *page)
727 {
728         mem_cgroup_uncharge(page_folio(page));
729         free_the_page(page, compound_order(page));
730 }
731
732 static void prep_compound_head(struct page *page, unsigned int order)
733 {
734         set_compound_page_dtor(page, COMPOUND_PAGE_DTOR);
735         set_compound_order(page, order);
736         atomic_set(compound_mapcount_ptr(page), -1);
737         atomic_set(compound_pincount_ptr(page), 0);
738 }
739
740 static void prep_compound_tail(struct page *head, int tail_idx)
741 {
742         struct page *p = head + tail_idx;
743
744         p->mapping = TAIL_MAPPING;
745         set_compound_head(p, head);
746 }
747
748 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned int order)
749 {
750         int i;
751         int nr_pages = 1 << order;
752
753         __SetPageHead(page);
754         for (i = 1; i < nr_pages; i++)
755                 prep_compound_tail(page, i);
756
757         prep_compound_head(page, order);
758 }
759
760 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
761 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
762
763 bool _debug_pagealloc_enabled_early __read_mostly
764                         = IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC_ENABLE_DEFAULT);
765 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled_early);
766 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(_debug_pagealloc_enabled);
767 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled);
768
769 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(_debug_guardpage_enabled);
770
771 static int __init early_debug_pagealloc(char *buf)
772 {
773         return kstrtobool(buf, &_debug_pagealloc_enabled_early);
774 }
775 early_param("debug_pagealloc", early_debug_pagealloc);
776
777 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
778 {
779         unsigned long res;
780
781         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
782                 pr_err("Bad debug_guardpage_minorder value\n");
783                 return 0;
784         }
785         _debug_guardpage_minorder = res;
786         pr_info("Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
787         return 0;
788 }
789 early_param("debug_guardpage_minorder", debug_guardpage_minorder_setup);
790
791 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
792                                 unsigned int order, int migratetype)
793 {
794         if (!debug_guardpage_enabled())
795                 return false;
796
797         if (order >= debug_guardpage_minorder())
798                 return false;
799
800         __SetPageGuard(page);
801         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
802         set_page_private(page, order);
803         /* Guard pages are not available for any usage */
804         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order), migratetype);
805
806         return true;
807 }
808
809 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
810                                 unsigned int order, int migratetype)
811 {
812         if (!debug_guardpage_enabled())
813                 return;
814
815         __ClearPageGuard(page);
816
817         set_page_private(page, 0);
818         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
819                 __mod_zone_freepage_state(zone, (1 << order), migratetype);
820 }
821 #else
822 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
823                         unsigned int order, int migratetype) { return false; }
824 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
825                                 unsigned int order, int migratetype) {}
826 #endif
827
828 /*
829  * Enable static keys related to various memory debugging and hardening options.
830  * Some override others, and depend on early params that are evaluated in the
831  * order of appearance. So we need to first gather the full picture of what was
832  * enabled, and then make decisions.
833  */
834 void init_mem_debugging_and_hardening(void)
835 {
836         bool page_poisoning_requested = false;
837
838 #ifdef CONFIG_PAGE_POISONING
839         /*
840          * Page poisoning is debug page alloc for some arches. If
841          * either of those options are enabled, enable poisoning.
842          */
843         if (page_poisoning_enabled() ||
844              (!IS_ENABLED(CONFIG_ARCH_SUPPORTS_DEBUG_PAGEALLOC) &&
845               debug_pagealloc_enabled())) {
846                 static_branch_enable(&_page_poisoning_enabled);
847                 page_poisoning_requested = true;
848         }
849 #endif
850
851         if ((_init_on_alloc_enabled_early || _init_on_free_enabled_early) &&
852             page_poisoning_requested) {
853                 pr_info("mem auto-init: CONFIG_PAGE_POISONING is on, "
854                         "will take precedence over init_on_alloc and init_on_free\n");
855                 _init_on_alloc_enabled_early = false;
856                 _init_on_free_enabled_early = false;
857         }
858
859         if (_init_on_alloc_enabled_early)
860                 static_branch_enable(&init_on_alloc);
861         else
862                 static_branch_disable(&init_on_alloc);
863
864         if (_init_on_free_enabled_early)
865                 static_branch_enable(&init_on_free);
866         else
867                 static_branch_disable(&init_on_free);
868
869 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
870         if (!debug_pagealloc_enabled())
871                 return;
872
873         static_branch_enable(&_debug_pagealloc_enabled);
874
875         if (!debug_guardpage_minorder())
876                 return;
877
878         static_branch_enable(&_debug_guardpage_enabled);
879 #endif
880 }
881
882 static inline void set_buddy_order(struct page *page, unsigned int order)
883 {
884         set_page_private(page, order);
885         __SetPageBuddy(page);
886 }
887
888 /*
889  * This function checks whether a page is free && is the buddy
890  * we can coalesce a page and its buddy if
891  * (a) the buddy is not in a hole (check before calling!) &&
892  * (b) the buddy is in the buddy system &&
893  * (c) a page and its buddy have the same order &&
894  * (d) a page and its buddy are in the same zone.
895  *
896  * For recording whether a page is in the buddy system, we set PageBuddy.
897  * Setting, clearing, and testing PageBuddy is serialized by zone->lock.
898  *
899  * For recording page's order, we use page_private(page).
900  */
901 static inline bool page_is_buddy(struct page *page, struct page *buddy,
902                                                         unsigned int order)
903 {
904         if (!page_is_guard(buddy) && !PageBuddy(buddy))
905                 return false;
906
907         if (buddy_order(buddy) != order)
908                 return false;
909
910         /*
911          * zone check is done late to avoid uselessly calculating
912          * zone/node ids for pages that could never merge.
913          */
914         if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
915                 return false;
916
917         VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
918
919         return true;
920 }
921
922 #ifdef CONFIG_COMPACTION
923 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
924 {
925         struct capture_control *capc = current->capture_control;
926
927         return unlikely(capc) &&
928                 !(current->flags & PF_KTHREAD) &&
929                 !capc->page &&
930                 capc->cc->zone == zone ? capc : NULL;
931 }
932
933 static inline bool
934 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
935                    int order, int migratetype)
936 {
937         if (!capc || order != capc->cc->order)
938                 return false;
939
940         /* Do not accidentally pollute CMA or isolated regions*/
941         if (is_migrate_cma(migratetype) ||
942             is_migrate_isolate(migratetype))
943                 return false;
944
945         /*
946          * Do not let lower order allocations pollute a movable pageblock.
947          * This might let an unmovable request use a reclaimable pageblock
948          * and vice-versa but no more than normal fallback logic which can
949          * have trouble finding a high-order free page.
950          */
951         if (order < pageblock_order && migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
952                 return false;
953
954         capc->page = page;
955         return true;
956 }
957
958 #else
959 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
960 {
961         return NULL;
962 }
963
964 static inline bool
965 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
966                    int order, int migratetype)
967 {
968         return false;
969 }
970 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
971
972 /* Used for pages not on another list */
973 static inline void add_to_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
974                                     unsigned int order, int migratetype)
975 {
976         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
977
978         list_add(&page->lru, &area->free_list[migratetype]);
979         area->nr_free++;
980 }
981
982 /* Used for pages not on another list */
983 static inline void add_to_free_list_tail(struct page *page, struct zone *zone,
984                                          unsigned int order, int migratetype)
985 {
986         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
987
988         list_add_tail(&page->lru, &area->free_list[migratetype]);
989         area->nr_free++;
990 }
991
992 /*
993  * Used for pages which are on another list. Move the pages to the tail
994  * of the list - so the moved pages won't immediately be considered for
995  * allocation again (e.g., optimization for memory onlining).
996  */
997 static inline void move_to_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
998                                      unsigned int order, int migratetype)
999 {
1000         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
1001
1002         list_move_tail(&page->lru, &area->free_list[migratetype]);
1003 }
1004
1005 static inline void del_page_from_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
1006                                            unsigned int order)
1007 {
1008         /* clear reported state and update reported page count */
1009         if (page_reported(page))
1010                 __ClearPageReported(page);
1011
1012         list_del(&page->lru);
1013         __ClearPageBuddy(page);
1014         set_page_private(page, 0);
1015         zone->free_area[order].nr_free--;
1016 }
1017
1018 /*
1019  * If this is not the largest possible page, check if the buddy
1020  * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
1021  * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
1022  * that is happening, add the free page to the tail of the list
1023  * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
1024  * as a higher order page
1025  */
1026 static inline bool
1027 buddy_merge_likely(unsigned long pfn, unsigned long buddy_pfn,
1028                    struct page *page, unsigned int order)
1029 {
1030         struct page *higher_page, *higher_buddy;
1031         unsigned long combined_pfn;
1032
1033         if (order >= MAX_ORDER - 2)
1034                 return false;
1035
1036         combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
1037         higher_page = page + (combined_pfn - pfn);
1038         buddy_pfn = __find_buddy_pfn(combined_pfn, order + 1);
1039         higher_buddy = higher_page + (buddy_pfn - combined_pfn);
1040
1041         return page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1);
1042 }
1043
1044 /*
1045  * Freeing function for a buddy system allocator.
1046  *
1047  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
1048  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
1049  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
1050  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
1051  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
1052  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
1053  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
1054  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
1055  * parts of the VM system.
1056  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
1057  * free pages of length of (1 << order) and marked with PageBuddy.
1058  * Page's order is recorded in page_private(page) field.
1059  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
1060  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
1061  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
1062  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
1063  * triggers coalescing into a block of larger size.
1064  *
1065  * -- nyc
1066  */
1067
1068 static inline void __free_one_page(struct page *page,
1069                 unsigned long pfn,
1070                 struct zone *zone, unsigned int order,
1071                 int migratetype, fpi_t fpi_flags)
1072 {
1073         struct capture_control *capc = task_capc(zone);
1074         unsigned long buddy_pfn;
1075         unsigned long combined_pfn;
1076         unsigned int max_order;
1077         struct page *buddy;
1078         bool to_tail;
1079
1080         max_order = min_t(unsigned int, MAX_ORDER - 1, pageblock_order);
1081
1082         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
1083         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
1084
1085         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
1086         if (likely(!is_migrate_isolate(migratetype)))
1087                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
1088
1089         VM_BUG_ON_PAGE(pfn & ((1 << order) - 1), page);
1090         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
1091
1092 continue_merging:
1093         while (order < max_order) {
1094                 if (compaction_capture(capc, page, order, migratetype)) {
1095                         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
1096                                                                 migratetype);
1097                         return;
1098                 }
1099                 buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
1100                 buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
1101
1102                 if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
1103                         goto done_merging;
1104                 /*
1105                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
1106                  * merge with it and move up one order.
1107                  */
1108                 if (page_is_guard(buddy))
1109                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
1110                 else
1111                         del_page_from_free_list(buddy, zone, order);
1112                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
1113                 page = page + (combined_pfn - pfn);
1114                 pfn = combined_pfn;
1115                 order++;
1116         }
1117         if (order < MAX_ORDER - 1) {
1118                 /* If we are here, it means order is >= pageblock_order.
1119                  * We want to prevent merge between freepages on isolate
1120                  * pageblock and normal pageblock. Without this, pageblock
1121                  * isolation could cause incorrect freepage or CMA accounting.
1122                  *
1123                  * We don't want to hit this code for the more frequent
1124                  * low-order merging.
1125                  */
1126                 if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone))) {
1127                         int buddy_mt;
1128
1129                         buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
1130                         buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
1131                         buddy_mt = get_pageblock_migratetype(buddy);
1132
1133                         if (migratetype != buddy_mt
1134                                         && (is_migrate_isolate(migratetype) ||
1135                                                 is_migrate_isolate(buddy_mt)))
1136                                 goto done_merging;
1137                 }
1138                 max_order = order + 1;
1139                 goto continue_merging;
1140         }
1141
1142 done_merging:
1143         set_buddy_order(page, order);
1144
1145         if (fpi_flags & FPI_TO_TAIL)
1146                 to_tail = true;
1147         else if (is_shuffle_order(order))
1148                 to_tail = shuffle_pick_tail();
1149         else
1150                 to_tail = buddy_merge_likely(pfn, buddy_pfn, page, order);
1151
1152         if (to_tail)
1153                 add_to_free_list_tail(page, zone, order, migratetype);
1154         else
1155                 add_to_free_list(page, zone, order, migratetype);
1156
1157         /* Notify page reporting subsystem of freed page */
1158         if (!(fpi_flags & FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY))
1159                 page_reporting_notify_free(order);
1160 }
1161
1162 /*
1163  * A bad page could be due to a number of fields. Instead of multiple branches,
1164  * try and check multiple fields with one check. The caller must do a detailed
1165  * check if necessary.
1166  */
1167 static inline bool page_expected_state(struct page *page,
1168                                         unsigned long check_flags)
1169 {
1170         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1171                 return false;
1172
1173         if (unlikely((unsigned long)page->mapping |
1174                         page_ref_count(page) |
1175 #ifdef CONFIG_MEMCG
1176                         page->memcg_data |
1177 #endif
1178                         (page->flags & check_flags)))
1179                 return false;
1180
1181         return true;
1182 }
1183
1184 static const char *page_bad_reason(struct page *page, unsigned long flags)
1185 {
1186         const char *bad_reason = NULL;
1187
1188         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1189                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1190         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1191                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1192         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
1193                 bad_reason = "nonzero _refcount";
1194         if (unlikely(page->flags & flags)) {
1195                 if (flags == PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)
1196                         bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag(s) set";
1197                 else
1198                         bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
1199         }
1200 #ifdef CONFIG_MEMCG
1201         if (unlikely(page->memcg_data))
1202                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
1203 #endif
1204         return bad_reason;
1205 }
1206
1207 static void check_free_page_bad(struct page *page)
1208 {
1209         bad_page(page,
1210                  page_bad_reason(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE));
1211 }
1212
1213 static inline int check_free_page(struct page *page)
1214 {
1215         if (likely(page_expected_state(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)))
1216                 return 0;
1217
1218         /* Something has gone sideways, find it */
1219         check_free_page_bad(page);
1220         return 1;
1221 }
1222
1223 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
1224 {
1225         int ret = 1;
1226
1227         /*
1228          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
1229          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
1230          */
1231         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
1232
1233         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM)) {
1234                 ret = 0;
1235                 goto out;
1236         }
1237         switch (page - head_page) {
1238         case 1:
1239                 /* the first tail page: ->mapping may be compound_mapcount() */
1240                 if (unlikely(compound_mapcount(page))) {
1241                         bad_page(page, "nonzero compound_mapcount");
1242                         goto out;
1243                 }
1244                 break;
1245         case 2:
1246                 /*
1247                  * the second tail page: ->mapping is
1248                  * deferred_list.next -- ignore value.
1249                  */
1250                 break;
1251         default:
1252                 if (page->mapping != TAIL_MAPPING) {
1253                         bad_page(page, "corrupted mapping in tail page");
1254                         goto out;
1255                 }
1256                 break;
1257         }
1258         if (unlikely(!PageTail(page))) {
1259                 bad_page(page, "PageTail not set");
1260                 goto out;
1261         }
1262         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
1263                 bad_page(page, "compound_head not consistent");
1264                 goto out;
1265         }
1266         ret = 0;
1267 out:
1268         page->mapping = NULL;
1269         clear_compound_head(page);
1270         return ret;
1271 }
1272
1273 static void kernel_init_free_pages(struct page *page, int numpages, bool zero_tags)
1274 {
1275         int i;
1276
1277         if (zero_tags) {
1278                 for (i = 0; i < numpages; i++)
1279                         tag_clear_highpage(page + i);
1280                 return;
1281         }
1282
1283         /* s390's use of memset() could override KASAN redzones. */
1284         kasan_disable_current();
1285         for (i = 0; i < numpages; i++) {
1286                 u8 tag = page_kasan_tag(page + i);
1287                 page_kasan_tag_reset(page + i);
1288                 clear_highpage(page + i);
1289                 page_kasan_tag_set(page + i, tag);
1290         }
1291         kasan_enable_current();
1292 }
1293
1294 static __always_inline bool free_pages_prepare(struct page *page,
1295                         unsigned int order, bool check_free, fpi_t fpi_flags)
1296 {
1297         int bad = 0;
1298         bool skip_kasan_poison = should_skip_kasan_poison(page, fpi_flags);
1299
1300         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
1301
1302         trace_mm_page_free(page, order);
1303
1304         if (unlikely(PageHWPoison(page)) && !order) {
1305                 /*
1306                  * Do not let hwpoison pages hit pcplists/buddy
1307                  * Untie memcg state and reset page's owner
1308                  */
1309                 if (memcg_kmem_enabled() && PageMemcgKmem(page))
1310                         __memcg_kmem_uncharge_page(page, order);
1311                 reset_page_owner(page, order);
1312                 page_table_check_free(page, order);
1313                 return false;
1314         }
1315
1316         /*
1317          * Check tail pages before head page information is cleared to
1318          * avoid checking PageCompound for order-0 pages.
1319          */
1320         if (unlikely(order)) {
1321                 bool compound = PageCompound(page);
1322                 int i;
1323
1324                 VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
1325
1326                 if (compound) {
1327                         ClearPageDoubleMap(page);
1328                         ClearPageHasHWPoisoned(page);
1329                 }
1330                 for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1331                         if (compound)
1332                                 bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
1333                         if (unlikely(check_free_page(page + i))) {
1334                                 bad++;
1335                                 continue;
1336                         }
1337                         (page + i)->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1338                 }
1339         }
1340         if (PageMappingFlags(page))
1341                 page->mapping = NULL;
1342         if (memcg_kmem_enabled() && PageMemcgKmem(page))
1343                 __memcg_kmem_uncharge_page(page, order);
1344         if (check_free)
1345                 bad += check_free_page(page);
1346         if (bad)
1347                 return false;
1348
1349         page_cpupid_reset_last(page);
1350         page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1351         reset_page_owner(page, order);
1352         page_table_check_free(page, order);
1353
1354         if (!PageHighMem(page)) {
1355                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1356                                            PAGE_SIZE << order);
1357                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1358                                            PAGE_SIZE << order);
1359         }
1360
1361         kernel_poison_pages(page, 1 << order);
1362
1363         /*
1364          * As memory initialization might be integrated into KASAN,
1365          * kasan_free_pages and kernel_init_free_pages must be
1366          * kept together to avoid discrepancies in behavior.
1367          *
1368          * With hardware tag-based KASAN, memory tags must be set before the
1369          * page becomes unavailable via debug_pagealloc or arch_free_page.
1370          */
1371         if (kasan_has_integrated_init()) {
1372                 if (!skip_kasan_poison)
1373                         kasan_free_pages(page, order);
1374         } else {
1375                 bool init = want_init_on_free();
1376
1377                 if (init)
1378                         kernel_init_free_pages(page, 1 << order, false);
1379                 if (!skip_kasan_poison)
1380                         kasan_poison_pages(page, order, init);
1381         }
1382
1383         /*
1384          * arch_free_page() can make the page's contents inaccessible.  s390
1385          * does this.  So nothing which can access the page's contents should
1386          * happen after this.
1387          */
1388         arch_free_page(page, order);
1389
1390         debug_pagealloc_unmap_pages(page, 1 << order);
1391
1392         return true;
1393 }
1394
1395 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1396 /*
1397  * With DEBUG_VM enabled, order-0 pages are checked immediately when being freed
1398  * to pcp lists. With debug_pagealloc also enabled, they are also rechecked when
1399  * moved from pcp lists to free lists.
1400  */
1401 static bool free_pcp_prepare(struct page *page, unsigned int order)
1402 {
1403         return free_pages_prepare(page, order, true, FPI_NONE);
1404 }
1405
1406 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1407 {
1408         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1409                 return check_free_page(page);
1410         else
1411                 return false;
1412 }
1413 #else
1414 /*
1415  * With DEBUG_VM disabled, order-0 pages being freed are checked only when
1416  * moving from pcp lists to free list in order to reduce overhead. With
1417  * debug_pagealloc enabled, they are checked also immediately when being freed
1418  * to the pcp lists.
1419  */
1420 static bool free_pcp_prepare(struct page *page, unsigned int order)
1421 {
1422         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1423                 return free_pages_prepare(page, order, true, FPI_NONE);
1424         else
1425                 return free_pages_prepare(page, order, false, FPI_NONE);
1426 }
1427
1428 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1429 {
1430         return check_free_page(page);
1431 }
1432 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1433
1434 static inline void prefetch_buddy(struct page *page)
1435 {
1436         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1437         unsigned long buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, 0);
1438         struct page *buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
1439
1440         prefetch(buddy);
1441 }
1442
1443 /*
1444  * Frees a number of pages from the PCP lists
1445  * Assumes all pages on list are in same zone.
1446  * count is the number of pages to free.
1447  */
1448 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
1449                                         struct per_cpu_pages *pcp)
1450 {
1451         int pindex = 0;
1452         int batch_free = 0;
1453         int nr_freed = 0;
1454         unsigned int order;
1455         int prefetch_nr = READ_ONCE(pcp->batch);
1456         bool isolated_pageblocks;
1457         struct page *page, *tmp;
1458         LIST_HEAD(head);
1459
1460         /*
1461          * Ensure proper count is passed which otherwise would stuck in the
1462          * below while (list_empty(list)) loop.
1463          */
1464         count = min(pcp->count, count);
1465         while (count > 0) {
1466                 struct list_head *list;
1467
1468                 /*
1469                  * Remove pages from lists in a round-robin fashion. A
1470                  * batch_free count is maintained that is incremented when an
1471                  * empty list is encountered.  This is so more pages are freed
1472                  * off fuller lists instead of spinning excessively around empty
1473                  * lists
1474                  */
1475                 do {
1476                         batch_free++;
1477                         if (++pindex == NR_PCP_LISTS)
1478                                 pindex = 0;
1479                         list = &pcp->lists[pindex];
1480                 } while (list_empty(list));
1481
1482                 /* This is the only non-empty list. Free them all. */
1483                 if (batch_free == NR_PCP_LISTS)
1484                         batch_free = count;
1485
1486                 order = pindex_to_order(pindex);
1487                 BUILD_BUG_ON(MAX_ORDER >= (1<<NR_PCP_ORDER_WIDTH));
1488                 do {
1489                         page = list_last_entry(list, struct page, lru);
1490                         /* must delete to avoid corrupting pcp list */
1491                         list_del(&page->lru);
1492                         nr_freed += 1 << order;
1493                         count -= 1 << order;
1494
1495                         if (bulkfree_pcp_prepare(page))
1496                                 continue;
1497
1498                         /* Encode order with the migratetype */
1499                         page->index <<= NR_PCP_ORDER_WIDTH;
1500                         page->index |= order;
1501
1502                         list_add_tail(&page->lru, &head);
1503
1504                         /*
1505                          * We are going to put the page back to the global
1506                          * pool, prefetch its buddy to speed up later access
1507                          * under zone->lock. It is believed the overhead of
1508                          * an additional test and calculating buddy_pfn here
1509                          * can be offset by reduced memory latency later. To
1510                          * avoid excessive prefetching due to large count, only
1511                          * prefetch buddy for the first pcp->batch nr of pages.
1512                          */
1513                         if (prefetch_nr) {
1514                                 prefetch_buddy(page);
1515                                 prefetch_nr--;
1516                         }
1517                 } while (count > 0 && --batch_free && !list_empty(list));
1518         }
1519         pcp->count -= nr_freed;
1520
1521         /*
1522          * local_lock_irq held so equivalent to spin_lock_irqsave for
1523          * both PREEMPT_RT and non-PREEMPT_RT configurations.
1524          */
1525         spin_lock(&zone->lock);
1526         isolated_pageblocks = has_isolate_pageblock(zone);
1527
1528         /*
1529          * Use safe version since after __free_one_page(),
1530          * page->lru.next will not point to original list.
1531          */
1532         list_for_each_entry_safe(page, tmp, &head, lru) {
1533                 int mt = get_pcppage_migratetype(page);
1534
1535                 /* mt has been encoded with the order (see above) */
1536                 order = mt & NR_PCP_ORDER_MASK;
1537                 mt >>= NR_PCP_ORDER_WIDTH;
1538
1539                 /* MIGRATE_ISOLATE page should not go to pcplists */
1540                 VM_BUG_ON_PAGE(is_migrate_isolate(mt), page);
1541                 /* Pageblock could have been isolated meanwhile */
1542                 if (unlikely(isolated_pageblocks))
1543                         mt = get_pageblock_migratetype(page);
1544
1545                 __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, order, mt, FPI_NONE);
1546                 trace_mm_page_pcpu_drain(page, order, mt);
1547         }
1548         spin_unlock(&zone->lock);
1549 }
1550
1551 static void free_one_page(struct zone *zone,
1552                                 struct page *page, unsigned long pfn,
1553                                 unsigned int order,
1554                                 int migratetype, fpi_t fpi_flags)
1555 {
1556         unsigned long flags;
1557
1558         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1559         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1560                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1561                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1562         }
1563         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype, fpi_flags);
1564         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1565 }
1566
1567 static void __meminit __init_single_page(struct page *page, unsigned long pfn,
1568                                 unsigned long zone, int nid)
1569 {
1570         mm_zero_struct_page(page);
1571         set_page_links(page, zone, nid, pfn);
1572         init_page_count(page);
1573         page_mapcount_reset(page);
1574         page_cpupid_reset_last(page);
1575         page_kasan_tag_reset(page);
1576
1577         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1578 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
1579         /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
1580         if (!is_highmem_idx(zone))
1581                 set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
1582 #endif
1583 }
1584
1585 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1586 static void __meminit init_reserved_page(unsigned long pfn)
1587 {
1588         pg_data_t *pgdat;
1589         int nid, zid;
1590
1591         if (!early_page_uninitialised(pfn))
1592                 return;
1593
1594         nid = early_pfn_to_nid(pfn);
1595         pgdat = NODE_DATA(nid);
1596
1597         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1598                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zid];
1599
1600                 if (zone_spans_pfn(zone, pfn))
1601                         break;
1602         }
1603         __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zid, nid);
1604 }
1605 #else
1606 static inline void init_reserved_page(unsigned long pfn)
1607 {
1608 }
1609 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1610
1611 /*
1612  * Initialised pages do not have PageReserved set. This function is
1613  * called for each range allocated by the bootmem allocator and
1614  * marks the pages PageReserved. The remaining valid pages are later
1615  * sent to the buddy page allocator.
1616  */
1617 void __meminit reserve_bootmem_region(phys_addr_t start, phys_addr_t end)
1618 {
1619         unsigned long start_pfn = PFN_DOWN(start);
1620         unsigned long end_pfn = PFN_UP(end);
1621
1622         for (; start_pfn < end_pfn; start_pfn++) {
1623                 if (pfn_valid(start_pfn)) {
1624                         struct page *page = pfn_to_page(start_pfn);
1625
1626                         init_reserved_page(start_pfn);
1627
1628                         /* Avoid false-positive PageTail() */
1629                         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1630
1631                         /*
1632                          * no need for atomic set_bit because the struct
1633                          * page is not visible yet so nobody should
1634                          * access it yet.
1635                          */
1636                         __SetPageReserved(page);
1637                 }
1638         }
1639 }
1640
1641 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order,
1642                             fpi_t fpi_flags)
1643 {
1644         unsigned long flags;
1645         int migratetype;
1646         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1647         struct zone *zone = page_zone(page);
1648
1649         if (!free_pages_prepare(page, order, true, fpi_flags))
1650                 return;
1651
1652         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1653
1654         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1655         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1656                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1657                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1658         }
1659         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype, fpi_flags);
1660         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1661
1662         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1663 }
1664
1665 void __free_pages_core(struct page *page, unsigned int order)
1666 {
1667         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1668         struct page *p = page;
1669         unsigned int loop;
1670
1671         /*
1672          * When initializing the memmap, __init_single_page() sets the refcount
1673          * of all pages to 1 ("allocated"/"not free"). We have to set the
1674          * refcount of all involved pages to 0.
1675          */
1676         prefetchw(p);
1677         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1678                 prefetchw(p + 1);
1679                 __ClearPageReserved(p);
1680                 set_page_count(p, 0);
1681         }
1682         __ClearPageReserved(p);
1683         set_page_count(p, 0);
1684
1685         atomic_long_add(nr_pages, &page_zone(page)->managed_pages);
1686
1687         /*
1688          * Bypass PCP and place fresh pages right to the tail, primarily
1689          * relevant for memory onlining.
1690          */
1691         __free_pages_ok(page, order, FPI_TO_TAIL | FPI_SKIP_KASAN_POISON);
1692 }
1693
1694 #ifdef CONFIG_NUMA
1695
1696 /*
1697  * During memory init memblocks map pfns to nids. The search is expensive and
1698  * this caches recent lookups. The implementation of __early_pfn_to_nid
1699  * treats start/end as pfns.
1700  */
1701 struct mminit_pfnnid_cache {
1702         unsigned long last_start;
1703         unsigned long last_end;
1704         int last_nid;
1705 };
1706
1707 static struct mminit_pfnnid_cache early_pfnnid_cache __meminitdata;
1708
1709 /*
1710  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
1711  */
1712 static int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn,
1713                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1714 {
1715         unsigned long start_pfn, end_pfn;
1716         int nid;
1717
1718         if (state->last_start <= pfn && pfn < state->last_end)
1719                 return state->last_nid;
1720
1721         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
1722         if (nid != NUMA_NO_NODE) {
1723                 state->last_start = start_pfn;
1724                 state->last_end = end_pfn;
1725                 state->last_nid = nid;
1726         }
1727
1728         return nid;
1729 }
1730
1731 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
1732 {
1733         static DEFINE_SPINLOCK(early_pfn_lock);
1734         int nid;
1735
1736         spin_lock(&early_pfn_lock);
1737         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1738         if (nid < 0)
1739                 nid = first_online_node;
1740         spin_unlock(&early_pfn_lock);
1741
1742         return nid;
1743 }
1744 #endif /* CONFIG_NUMA */
1745
1746 void __init memblock_free_pages(struct page *page, unsigned long pfn,
1747                                                         unsigned int order)
1748 {
1749         if (early_page_uninitialised(pfn))
1750                 return;
1751         __free_pages_core(page, order);
1752 }
1753
1754 /*
1755  * Check that the whole (or subset of) a pageblock given by the interval of
1756  * [start_pfn, end_pfn) is valid and within the same zone, before scanning it
1757  * with the migration of free compaction scanner.
1758  *
1759  * Return struct page pointer of start_pfn, or NULL if checks were not passed.
1760  *
1761  * It's possible on some configurations to have a setup like node0 node1 node0
1762  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of pages do not
1763  * belong to a single zone. We assume that a border between node0 and node1
1764  * can occur within a single pageblock, but not a node0 node1 node0
1765  * interleaving within a single pageblock. It is therefore sufficient to check
1766  * the first and last page of a pageblock and avoid checking each individual
1767  * page in a pageblock.
1768  */
1769 struct page *__pageblock_pfn_to_page(unsigned long start_pfn,
1770                                      unsigned long end_pfn, struct zone *zone)
1771 {
1772         struct page *start_page;
1773         struct page *end_page;
1774
1775         /* end_pfn is one past the range we are checking */
1776         end_pfn--;
1777
1778         if (!pfn_valid(start_pfn) || !pfn_valid(end_pfn))
1779                 return NULL;
1780
1781         start_page = pfn_to_online_page(start_pfn);
1782         if (!start_page)
1783                 return NULL;
1784
1785         if (page_zone(start_page) != zone)
1786                 return NULL;
1787
1788         end_page = pfn_to_page(end_pfn);
1789
1790         /* This gives a shorter code than deriving page_zone(end_page) */
1791         if (page_zone_id(start_page) != page_zone_id(end_page))
1792                 return NULL;
1793
1794         return start_page;
1795 }
1796
1797 void set_zone_contiguous(struct zone *zone)
1798 {
1799         unsigned long block_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
1800         unsigned long block_end_pfn;
1801
1802         block_end_pfn = ALIGN(block_start_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
1803         for (; block_start_pfn < zone_end_pfn(zone);
1804                         block_start_pfn = block_end_pfn,
1805                          block_end_pfn += pageblock_nr_pages) {
1806
1807                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, zone_end_pfn(zone));
1808
1809                 if (!__pageblock_pfn_to_page(block_start_pfn,
1810                                              block_end_pfn, zone))
1811                         return;
1812                 cond_resched();
1813         }
1814
1815         /* We confirm that there is no hole */
1816         zone->contiguous = true;
1817 }
1818
1819 void clear_zone_contiguous(struct zone *zone)
1820 {
1821         zone->contiguous = false;
1822 }
1823
1824 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1825 static void __init deferred_free_range(unsigned long pfn,
1826                                        unsigned long nr_pages)
1827 {
1828         struct page *page;
1829         unsigned long i;
1830
1831         if (!nr_pages)
1832                 return;
1833
1834         page = pfn_to_page(pfn);
1835
1836         /* Free a large naturally-aligned chunk if possible */
1837         if (nr_pages == pageblock_nr_pages &&
1838             (pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0) {
1839                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1840                 __free_pages_core(page, pageblock_order);
1841                 return;
1842         }
1843
1844         for (i = 0; i < nr_pages; i++, page++, pfn++) {
1845                 if ((pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0)
1846                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1847                 __free_pages_core(page, 0);
1848         }
1849 }
1850
1851 /* Completion tracking for deferred_init_memmap() threads */
1852 static atomic_t pgdat_init_n_undone __initdata;
1853 static __initdata DECLARE_COMPLETION(pgdat_init_all_done_comp);
1854
1855 static inline void __init pgdat_init_report_one_done(void)
1856 {
1857         if (atomic_dec_and_test(&pgdat_init_n_undone))
1858                 complete(&pgdat_init_all_done_comp);
1859 }
1860
1861 /*
1862  * Returns true if page needs to be initialized or freed to buddy allocator.
1863  *
1864  * First we check if pfn is valid on architectures where it is possible to have
1865  * holes within pageblock_nr_pages. On systems where it is not possible, this
1866  * function is optimized out.
1867  *
1868  * Then, we check if a current large page is valid by only checking the validity
1869  * of the head pfn.
1870  */
1871 static inline bool __init deferred_pfn_valid(unsigned long pfn)
1872 {
1873         if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) && !pfn_valid(pfn))
1874                 return false;
1875         return true;
1876 }
1877
1878 /*
1879  * Free pages to buddy allocator. Try to free aligned pages in
1880  * pageblock_nr_pages sizes.
1881  */
1882 static void __init deferred_free_pages(unsigned long pfn,
1883                                        unsigned long end_pfn)
1884 {
1885         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1886         unsigned long nr_free = 0;
1887
1888         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1889                 if (!deferred_pfn_valid(pfn)) {
1890                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1891                         nr_free = 0;
1892                 } else if (!(pfn & nr_pgmask)) {
1893                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1894                         nr_free = 1;
1895                 } else {
1896                         nr_free++;
1897                 }
1898         }
1899         /* Free the last block of pages to allocator */
1900         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1901 }
1902
1903 /*
1904  * Initialize struct pages.  We minimize pfn page lookups and scheduler checks
1905  * by performing it only once every pageblock_nr_pages.
1906  * Return number of pages initialized.
1907  */
1908 static unsigned long  __init deferred_init_pages(struct zone *zone,
1909                                                  unsigned long pfn,
1910                                                  unsigned long end_pfn)
1911 {
1912         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1913         int nid = zone_to_nid(zone);
1914         unsigned long nr_pages = 0;
1915         int zid = zone_idx(zone);
1916         struct page *page = NULL;
1917
1918         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1919                 if (!deferred_pfn_valid(pfn)) {
1920                         page = NULL;
1921                         continue;
1922                 } else if (!page || !(pfn & nr_pgmask)) {
1923                         page = pfn_to_page(pfn);
1924                 } else {
1925                         page++;
1926                 }
1927                 __init_single_page(page, pfn, zid, nid);
1928                 nr_pages++;
1929         }
1930         return (nr_pages);
1931 }
1932
1933 /*
1934  * This function is meant to pre-load the iterator for the zone init.
1935  * Specifically it walks through the ranges until we are caught up to the
1936  * first_init_pfn value and exits there. If we never encounter the value we
1937  * return false indicating there are no valid ranges left.
1938  */
1939 static bool __init
1940 deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(u64 *i, struct zone *zone,
1941                                     unsigned long *spfn, unsigned long *epfn,
1942                                     unsigned long first_init_pfn)
1943 {
1944         u64 j;
1945
1946         /*
1947          * Start out by walking through the ranges in this zone that have
1948          * already been initialized. We don't need to do anything with them
1949          * so we just need to flush them out of the system.
1950          */
1951         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone(j, zone, spfn, epfn) {
1952                 if (*epfn <= first_init_pfn)
1953                         continue;
1954                 if (*spfn < first_init_pfn)
1955                         *spfn = first_init_pfn;
1956                 *i = j;
1957                 return true;
1958         }
1959
1960         return false;
1961 }
1962
1963 /*
1964  * Initialize and free pages. We do it in two loops: first we initialize
1965  * struct page, then free to buddy allocator, because while we are
1966  * freeing pages we can access pages that are ahead (computing buddy
1967  * page in __free_one_page()).
1968  *
1969  * In order to try and keep some memory in the cache we have the loop
1970  * broken along max page order boundaries. This way we will not cause
1971  * any issues with the buddy page computation.
1972  */
1973 static unsigned long __init
1974 deferred_init_maxorder(u64 *i, struct zone *zone, unsigned long *start_pfn,
1975                        unsigned long *end_pfn)
1976 {
1977         unsigned long mo_pfn = ALIGN(*start_pfn + 1, MAX_ORDER_NR_PAGES);
1978         unsigned long spfn = *start_pfn, epfn = *end_pfn;
1979         unsigned long nr_pages = 0;
1980         u64 j = *i;
1981
1982         /* First we loop through and initialize the page values */
1983         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone_from(j, zone, start_pfn, end_pfn) {
1984                 unsigned long t;
1985
1986                 if (mo_pfn <= *start_pfn)
1987                         break;
1988
1989                 t = min(mo_pfn, *end_pfn);
1990                 nr_pages += deferred_init_pages(zone, *start_pfn, t);
1991
1992                 if (mo_pfn < *end_pfn) {
1993                         *start_pfn = mo_pfn;
1994                         break;
1995                 }
1996         }
1997
1998         /* Reset values and now loop through freeing pages as needed */
1999         swap(j, *i);
2000
2001         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone_from(j, zone, &spfn, &epfn) {
2002                 unsigned long t;
2003
2004                 if (mo_pfn <= spfn)
2005                         break;
2006
2007                 t = min(mo_pfn, epfn);
2008                 deferred_free_pages(spfn, t);
2009
2010                 if (mo_pfn <= epfn)
2011                         break;
2012         }
2013
2014         return nr_pages;
2015 }
2016
2017 static void __init
2018 deferred_init_memmap_chunk(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn,
2019                            void *arg)
2020 {
2021         unsigned long spfn, epfn;
2022         struct zone *zone = arg;
2023         u64 i;
2024
2025         deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn, start_pfn);
2026
2027         /*
2028          * Initialize and free pages in MAX_ORDER sized increments so that we
2029          * can avoid introducing any issues with the buddy allocator.
2030          */
2031         while (spfn < end_pfn) {
2032                 deferred_init_maxorder(&i, zone, &spfn, &epfn);
2033                 cond_resched();
2034         }
2035 }
2036
2037 /* An arch may override for more concurrency. */
2038 __weak int __init
2039 deferred_page_init_max_threads(const struct cpumask *node_cpumask)
2040 {
2041         return 1;
2042 }
2043
2044 /* Initialise remaining memory on a node */
2045 static int __init deferred_init_memmap(void *data)
2046 {
2047         pg_data_t *pgdat = data;
2048         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
2049         unsigned long spfn = 0, epfn = 0;
2050         unsigned long first_init_pfn, flags;
2051         unsigned long start = jiffies;
2052         struct zone *zone;
2053         int zid, max_threads;
2054         u64 i;
2055
2056         /* Bind memory initialisation thread to a local node if possible */
2057         if (!cpumask_empty(cpumask))
2058                 set_cpus_allowed_ptr(current, cpumask);
2059
2060         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
2061         first_init_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
2062         if (first_init_pfn == ULONG_MAX) {
2063                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2064                 pgdat_init_report_one_done();
2065                 return 0;
2066         }
2067
2068         /* Sanity check boundaries */
2069         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn < pgdat->node_start_pfn);
2070         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn > pgdat_end_pfn(pgdat));
2071         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
2072
2073         /*
2074          * Once we unlock here, the zone cannot be grown anymore, thus if an
2075          * interrupt thread must allocate this early in boot, zone must be
2076          * pre-grown prior to start of deferred page initialization.
2077          */
2078         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2079
2080         /* Only the highest zone is deferred so find it */
2081         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
2082                 zone = pgdat->node_zones + zid;
2083                 if (first_init_pfn < zone_end_pfn(zone))
2084                         break;
2085         }
2086
2087         /* If the zone is empty somebody else may have cleared out the zone */
2088         if (!deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
2089                                                  first_init_pfn))
2090                 goto zone_empty;
2091
2092         max_threads = deferred_page_init_max_threads(cpumask);
2093
2094         while (spfn < epfn) {
2095                 unsigned long epfn_align = ALIGN(epfn, PAGES_PER_SECTION);
2096                 struct padata_mt_job job = {
2097                         .thread_fn   = deferred_init_memmap_chunk,
2098                         .fn_arg      = zone,
2099                         .start       = spfn,
2100                         .size        = epfn_align - spfn,
2101                         .align       = PAGES_PER_SECTION,
2102                         .min_chunk   = PAGES_PER_SECTION,
2103                         .max_threads = max_threads,
2104                 };
2105
2106                 padata_do_multithreaded(&job);
2107                 deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
2108                                                     epfn_align);
2109         }
2110 zone_empty:
2111         /* Sanity check that the next zone really is unpopulated */
2112         WARN_ON(++zid < MAX_NR_ZONES && populated_zone(++zone));
2113
2114         pr_info("node %d deferred pages initialised in %ums\n",
2115                 pgdat->node_id, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
2116
2117         pgdat_init_report_one_done();
2118         return 0;
2119 }
2120
2121 /*
2122  * If this zone has deferred pages, try to grow it by initializing enough
2123  * deferred pages to satisfy the allocation specified by order, rounded up to
2124  * the nearest PAGES_PER_SECTION boundary.  So we're adding memory in increments
2125  * of SECTION_SIZE bytes by initializing struct pages in increments of
2126  * PAGES_PER_SECTION * sizeof(struct page) bytes.
2127  *
2128  * Return true when zone was grown, otherwise return false. We return true even
2129  * when we grow less than requested, to let the caller decide if there are
2130  * enough pages to satisfy the allocation.
2131  *
2132  * Note: We use noinline because this function is needed only during boot, and
2133  * it is called from a __ref function _deferred_grow_zone. This way we are
2134  * making sure that it is not inlined into permanent text section.
2135  */
2136 static noinline bool __init
2137 deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
2138 {
2139         unsigned long nr_pages_needed = ALIGN(1 << order, PAGES_PER_SECTION);
2140         pg_data_t *pgdat = zone->zone_pgdat;
2141         unsigned long first_deferred_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
2142         unsigned long spfn, epfn, flags;
2143         unsigned long nr_pages = 0;
2144         u64 i;
2145
2146         /* Only the last zone may have deferred pages */
2147         if (zone_end_pfn(zone) != pgdat_end_pfn(pgdat))
2148                 return false;
2149
2150         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
2151
2152         /*
2153          * If someone grew this zone while we were waiting for spinlock, return
2154          * true, as there might be enough pages already.
2155          */
2156         if (first_deferred_pfn != pgdat->first_deferred_pfn) {
2157                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2158                 return true;
2159         }
2160
2161         /* If the zone is empty somebody else may have cleared out the zone */
2162         if (!deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
2163                                                  first_deferred_pfn)) {
2164                 pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
2165                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2166                 /* Retry only once. */
2167                 return first_deferred_pfn != ULONG_MAX;
2168         }
2169
2170         /*
2171          * Initialize and free pages in MAX_ORDER sized increments so
2172          * that we can avoid introducing any issues with the buddy
2173          * allocator.
2174          */
2175         while (spfn < epfn) {
2176                 /* update our first deferred PFN for this section */
2177                 first_deferred_pfn = spfn;
2178
2179                 nr_pages += deferred_init_maxorder(&i, zone, &spfn, &epfn);
2180                 touch_nmi_watchdog();
2181
2182                 /* We should only stop along section boundaries */
2183                 if ((first_deferred_pfn ^ spfn) < PAGES_PER_SECTION)
2184                         continue;
2185
2186                 /* If our quota has been met we can stop here */
2187                 if (nr_pages >= nr_pages_needed)
2188                         break;
2189         }
2190
2191         pgdat->first_deferred_pfn = spfn;
2192         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2193
2194         return nr_pages > 0;
2195 }
2196
2197 /*
2198  * deferred_grow_zone() is __init, but it is called from
2199  * get_page_from_freelist() during early boot until deferred_pages permanently
2200  * disables this call. This is why we have refdata wrapper to avoid warning,
2201  * and to ensure that the function body gets unloaded.
2202  */
2203 static bool __ref
2204 _deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
2205 {
2206         return deferred_grow_zone(zone, order);
2207 }
2208
2209 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
2210
2211 void __init page_alloc_init_late(void)
2212 {
2213         struct zone *zone;
2214         int nid;
2215
2216 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
2217
2218         /* There will be num_node_state(N_MEMORY) threads */
2219         atomic_set(&pgdat_init_n_undone, num_node_state(N_MEMORY));
2220         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
2221                 kthread_run(deferred_init_memmap, NODE_DATA(nid), "pgdatinit%d", nid);
2222         }
2223
2224         /* Block until all are initialised */
2225         wait_for_completion(&pgdat_init_all_done_comp);
2226
2227         /*
2228          * We initialized the rest of the deferred pages.  Permanently disable
2229          * on-demand struct page initialization.
2230          */
2231         static_branch_disable(&deferred_pages);
2232
2233         /* Reinit limits that are based on free pages after the kernel is up */
2234         files_maxfiles_init();
2235 #endif
2236
2237         buffer_init();
2238
2239         /* Discard memblock private memory */
2240         memblock_discard();
2241
2242         for_each_node_state(nid, N_MEMORY)
2243                 shuffle_free_memory(NODE_DATA(nid));
2244
2245         for_each_populated_zone(zone)
2246                 set_zone_contiguous(zone);
2247 }
2248
2249 #ifdef CONFIG_CMA
2250 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
2251 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
2252 {
2253         unsigned i = pageblock_nr_pages;
2254         struct page *p = page;
2255
2256         do {
2257                 __ClearPageReserved(p);
2258                 set_page_count(p, 0);
2259         } while (++p, --i);
2260
2261         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
2262
2263         if (pageblock_order >= MAX_ORDER) {
2264                 i = pageblock_nr_pages;
2265                 p = page;
2266                 do {
2267                         set_page_refcounted(p);
2268                         __free_pages(p, MAX_ORDER - 1);
2269                         p += MAX_ORDER_NR_PAGES;
2270                 } while (i -= MAX_ORDER_NR_PAGES);
2271         } else {
2272                 set_page_refcounted(page);
2273                 __free_pages(page, pageblock_order);
2274         }
2275
2276         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
2277         page_zone(page)->cma_pages += pageblock_nr_pages;
2278 }
2279 #endif
2280
2281 /*
2282  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
2283  * Please do not alter this order without good reasons and regression
2284  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
2285  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
2286  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
2287  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
2288  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
2289  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
2290  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
2291  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
2292  *
2293  * -- nyc
2294  */
2295 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
2296         int low, int high, int migratetype)
2297 {
2298         unsigned long size = 1 << high;
2299
2300         while (high > low) {
2301                 high--;
2302                 size >>= 1;
2303                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
2304
2305                 /*
2306                  * Mark as guard pages (or page), that will allow to
2307                  * merge back to allocator when buddy will be freed.
2308                  * Corresponding page table entries will not be touched,
2309                  * pages will stay not present in virtual address space
2310                  */
2311                 if (set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype))
2312                         continue;
2313
2314                 add_to_free_list(&page[size], zone, high, migratetype);
2315                 set_buddy_order(&page[size], high);
2316         }
2317 }
2318
2319 static void check_new_page_bad(struct page *page)
2320 {
2321         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
2322                 /* Don't complain about hwpoisoned pages */
2323                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
2324                 return;
2325         }
2326
2327         bad_page(page,
2328                  page_bad_reason(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP));
2329 }
2330
2331 /*
2332  * This page is about to be returned from the page allocator
2333  */
2334 static inline int check_new_page(struct page *page)
2335 {
2336         if (likely(page_expected_state(page,
2337                                 PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP|__PG_HWPOISON)))
2338                 return 0;
2339
2340         check_new_page_bad(page);
2341         return 1;
2342 }
2343
2344 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
2345 /*
2346  * With DEBUG_VM enabled, order-0 pages are checked for expected state when
2347  * being allocated from pcp lists. With debug_pagealloc also enabled, they are
2348  * also checked when pcp lists are refilled from the free lists.
2349  */
2350 static inline bool check_pcp_refill(struct page *page)
2351 {
2352         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2353                 return check_new_page(page);
2354         else
2355                 return false;
2356 }
2357
2358 static inline bool check_new_pcp(struct page *page)
2359 {
2360         return check_new_page(page);
2361 }
2362 #else
2363 /*
2364  * With DEBUG_VM disabled, free order-0 pages are checked for expected state
2365  * when pcp lists are being refilled from the free lists. With debug_pagealloc
2366  * enabled, they are also checked when being allocated from the pcp lists.
2367  */
2368 static inline bool check_pcp_refill(struct page *page)
2369 {
2370         return check_new_page(page);
2371 }
2372 static inline bool check_new_pcp(struct page *page)
2373 {
2374         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2375                 return check_new_page(page);
2376         else
2377                 return false;
2378 }
2379 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
2380
2381 static bool check_new_pages(struct page *page, unsigned int order)
2382 {
2383         int i;
2384         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
2385                 struct page *p = page + i;
2386
2387                 if (unlikely(check_new_page(p)))
2388                         return true;
2389         }
2390
2391         return false;
2392 }
2393
2394 inline void post_alloc_hook(struct page *page, unsigned int order,
2395                                 gfp_t gfp_flags)
2396 {
2397         set_page_private(page, 0);
2398         set_page_refcounted(page);
2399
2400         arch_alloc_page(page, order);
2401         debug_pagealloc_map_pages(page, 1 << order);
2402
2403         /*
2404          * Page unpoisoning must happen before memory initialization.
2405          * Otherwise, the poison pattern will be overwritten for __GFP_ZERO
2406          * allocations and the page unpoisoning code will complain.
2407          */
2408         kernel_unpoison_pages(page, 1 << order);
2409
2410         /*
2411          * As memory initialization might be integrated into KASAN,
2412          * kasan_alloc_pages and kernel_init_free_pages must be
2413          * kept together to avoid discrepancies in behavior.
2414          */
2415         if (kasan_has_integrated_init()) {
2416                 kasan_alloc_pages(page, order, gfp_flags);
2417         } else {
2418                 bool init = !want_init_on_free() && want_init_on_alloc(gfp_flags);
2419
2420                 kasan_unpoison_pages(page, order, init);
2421                 if (init)
2422                         kernel_init_free_pages(page, 1 << order,
2423                                                gfp_flags & __GFP_ZEROTAGS);
2424         }
2425
2426         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
2427         page_table_check_alloc(page, order);
2428 }
2429
2430 static void prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
2431                                                         unsigned int alloc_flags)
2432 {
2433         post_alloc_hook(page, order, gfp_flags);
2434
2435         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
2436                 prep_compound_page(page, order);
2437
2438         /*
2439          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
2440          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
2441          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
2442          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
2443          */
2444         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
2445                 set_page_pfmemalloc(page);
2446         else
2447                 clear_page_pfmemalloc(page);
2448 }
2449
2450 /*
2451  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
2452  * the smallest available page from the freelists
2453  */
2454 static __always_inline
2455 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
2456                                                 int migratetype)
2457 {
2458         unsigned int current_order;
2459         struct free_area *area;
2460         struct page *page;
2461
2462         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
2463         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
2464                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2465                 page = get_page_from_free_area(area, migratetype);
2466                 if (!page)
2467                         continue;
2468                 del_page_from_free_list(page, zone, current_order);
2469                 expand(zone, page, order, current_order, migratetype);
2470                 set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2471                 return page;
2472         }
2473
2474         return NULL;
2475 }
2476
2477
2478 /*
2479  * This array describes the order lists are fallen back to when
2480  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
2481  */
2482 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][3] = {
2483         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2484         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_TYPES },
2485         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2486 #ifdef CONFIG_CMA
2487         [MIGRATE_CMA]         = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
2488 #endif
2489 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
2490         [MIGRATE_ISOLATE]     = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
2491 #endif
2492 };
2493
2494 #ifdef CONFIG_CMA
2495 static __always_inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2496                                         unsigned int order)
2497 {
2498         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
2499 }
2500 #else
2501 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2502                                         unsigned int order) { return NULL; }
2503 #endif
2504
2505 /*
2506  * Move the free pages in a range to the freelist tail of the requested type.
2507  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
2508  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
2509  */
2510 static int move_freepages(struct zone *zone,
2511                           unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn,
2512                           int migratetype, int *num_movable)
2513 {
2514         struct page *page;
2515         unsigned long pfn;
2516         unsigned int order;
2517         int pages_moved = 0;
2518
2519         for (pfn = start_pfn; pfn <= end_pfn;) {
2520                 page = pfn_to_page(pfn);
2521                 if (!PageBuddy(page)) {
2522                         /*
2523                          * We assume that pages that could be isolated for
2524                          * migration are movable. But we don't actually try
2525                          * isolating, as that would be expensive.
2526                          */
2527                         if (num_movable &&
2528                                         (PageLRU(page) || __PageMovable(page)))
2529                                 (*num_movable)++;
2530                         pfn++;
2531                         continue;
2532                 }
2533
2534                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
2535                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
2536                 VM_BUG_ON_PAGE(page_zone(page) != zone, page);
2537
2538                 order = buddy_order(page);
2539                 move_to_free_list(page, zone, order, migratetype);
2540                 pfn += 1 << order;
2541                 pages_moved += 1 << order;
2542         }
2543
2544         return pages_moved;
2545 }
2546
2547 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
2548                                 int migratetype, int *num_movable)
2549 {
2550         unsigned long start_pfn, end_pfn, pfn;
2551
2552         if (num_movable)
2553                 *num_movable = 0;
2554
2555         pfn = page_to_pfn(page);
2556         start_pfn = pfn & ~(pageblock_nr_pages - 1);
2557         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
2558
2559         /* Do not cross zone boundaries */
2560         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
2561                 start_pfn = pfn;
2562         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
2563                 return 0;
2564
2565         return move_freepages(zone, start_pfn, end_pfn, migratetype,
2566                                                                 num_movable);
2567 }
2568
2569 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
2570                                         int start_order, int migratetype)
2571 {
2572         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
2573
2574         while (nr_pageblocks--) {
2575                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
2576                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
2577         }
2578 }
2579
2580 /*
2581  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
2582  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
2583  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
2584  *
2585  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
2586  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
2587  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
2588  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
2589  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
2590  * pageblocks.
2591  */
2592 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
2593 {
2594         /*
2595          * Leaving this order check is intended, although there is
2596          * relaxed order check in next check. The reason is that
2597          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
2598          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
2599          * so could be changed anytime.
2600          */
2601         if (order >= pageblock_order)
2602                 return true;
2603
2604         if (order >= pageblock_order / 2 ||
2605                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
2606                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
2607                 page_group_by_mobility_disabled)
2608                 return true;
2609
2610         return false;
2611 }
2612
2613 static inline bool boost_watermark(struct zone *zone)
2614 {
2615         unsigned long max_boost;
2616
2617         if (!watermark_boost_factor)
2618                 return false;
2619         /*
2620          * Don't bother in zones that are unlikely to produce results.
2621          * On small machines, including kdump capture kernels running
2622          * in a small area, boosting the watermark can cause an out of
2623          * memory situation immediately.
2624          */
2625         if ((pageblock_nr_pages * 4) > zone_managed_pages(zone))
2626                 return false;
2627
2628         max_boost = mult_frac(zone->_watermark[WMARK_HIGH],
2629                         watermark_boost_factor, 10000);
2630
2631         /*
2632          * high watermark may be uninitialised if fragmentation occurs
2633          * very early in boot so do not boost. We do not fall
2634          * through and boost by pageblock_nr_pages as failing
2635          * allocations that early means that reclaim is not going
2636          * to help and it may even be impossible to reclaim the
2637          * boosted watermark resulting in a hang.
2638          */
2639         if (!max_boost)
2640                 return false;
2641
2642         max_boost = max(pageblock_nr_pages, max_boost);
2643
2644         zone->watermark_boost = min(zone->watermark_boost + pageblock_nr_pages,
2645                 max_boost);
2646
2647         return true;
2648 }
2649
2650 /*
2651  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
2652  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
2653  * pageblock to our migratetype and determine how many already-allocated pages
2654  * are there in the pageblock with a compatible migratetype. If at least half
2655  * of pages are free or compatible, we can change migratetype of the pageblock
2656  * itself, so pages freed in the future will be put on the correct free list.
2657  */
2658 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
2659                 unsigned int alloc_flags, int start_type, bool whole_block)
2660 {
2661         unsigned int current_order = buddy_order(page);
2662         int free_pages, movable_pages, alike_pages;
2663         int old_block_type;
2664
2665         old_block_type = get_pageblock_migratetype(page);
2666
2667         /*
2668          * This can happen due to races and we want to prevent broken
2669          * highatomic accounting.
2670          */
2671         if (is_migrate_highatomic(old_block_type))
2672                 goto single_page;
2673
2674         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
2675         if (current_order >= pageblock_order) {
2676                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
2677                 goto single_page;
2678         }
2679
2680         /*
2681          * Boost watermarks to increase reclaim pressure to reduce the
2682          * likelihood of future fallbacks. Wake kswapd now as the node
2683          * may be balanced overall and kswapd will not wake naturally.
2684          */
2685         if (boost_watermark(zone) && (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD))
2686                 set_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
2687
2688         /* We are not allowed to try stealing from the whole block */
2689         if (!whole_block)
2690                 goto single_page;
2691
2692         free_pages = move_freepages_block(zone, page, start_type,
2693                                                 &movable_pages);
2694         /*
2695          * Determine how many pages are compatible with our allocation.
2696          * For movable allocation, it's the number of movable pages which
2697          * we just obtained. For other types it's a bit more tricky.
2698          */
2699         if (start_type == MIGRATE_MOVABLE) {
2700                 alike_pages = movable_pages;
2701         } else {
2702                 /*
2703                  * If we are falling back a RECLAIMABLE or UNMOVABLE allocation
2704                  * to MOVABLE pageblock, consider all non-movable pages as
2705                  * compatible. If it's UNMOVABLE falling back to RECLAIMABLE or
2706                  * vice versa, be conservative since we can't distinguish the
2707                  * exact migratetype of non-movable pages.
2708                  */
2709                 if (old_block_type == MIGRATE_MOVABLE)
2710                         alike_pages = pageblock_nr_pages
2711                                                 - (free_pages + movable_pages);
2712                 else
2713                         alike_pages = 0;
2714         }
2715
2716         /* moving whole block can fail due to zone boundary conditions */
2717         if (!free_pages)
2718                 goto single_page;
2719
2720         /*
2721          * If a sufficient number of pages in the block are either free or of
2722          * comparable migratability as our allocation, claim the whole block.
2723          */
2724         if (free_pages + alike_pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
2725                         page_group_by_mobility_disabled)
2726                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
2727
2728         return;
2729
2730 single_page:
2731         move_to_free_list(page, zone, current_order, start_type);
2732 }
2733
2734 /*
2735  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
2736  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
2737  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
2738  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
2739  */
2740 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
2741                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
2742 {
2743         int i;
2744         int fallback_mt;
2745
2746         if (area->nr_free == 0)
2747                 return -1;
2748
2749         *can_steal = false;
2750         for (i = 0;; i++) {
2751                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
2752                 if (fallback_mt == MIGRATE_TYPES)
2753                         break;
2754
2755                 if (free_area_empty(area, fallback_mt))
2756                         continue;
2757
2758                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
2759                         *can_steal = true;
2760
2761                 if (!only_stealable)
2762                         return fallback_mt;
2763
2764                 if (*can_steal)
2765                         return fallback_mt;
2766         }
2767
2768         return -1;
2769 }
2770
2771 /*
2772  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
2773  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
2774  */
2775 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone,
2776                                 unsigned int alloc_order)
2777 {
2778         int mt;
2779         unsigned long max_managed, flags;
2780
2781         /*
2782          * Limit the number reserved to 1 pageblock or roughly 1% of a zone.
2783          * Check is race-prone but harmless.
2784          */
2785         max_managed = (zone_managed_pages(zone) / 100) + pageblock_nr_pages;
2786         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2787                 return;
2788
2789         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2790
2791         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
2792         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2793                 goto out_unlock;
2794
2795         /* Yoink! */
2796         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2797         if (!is_migrate_highatomic(mt) && !is_migrate_isolate(mt)
2798             && !is_migrate_cma(mt)) {
2799                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
2800                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2801                 move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_HIGHATOMIC, NULL);
2802         }
2803
2804 out_unlock:
2805         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2806 }
2807
2808 /*
2809  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
2810  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
2811  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
2812  * to recover from than an OOM.
2813  *
2814  * If @force is true, try to unreserve a pageblock even though highatomic
2815  * pageblock is exhausted.
2816  */
2817 static bool unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac,
2818                                                 bool force)
2819 {
2820         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2821         unsigned long flags;
2822         struct zoneref *z;
2823         struct zone *zone;
2824         struct page *page;
2825         int order;
2826         bool ret;
2827
2828         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->highest_zoneidx,
2829                                                                 ac->nodemask) {
2830                 /*
2831                  * Preserve at least one pageblock unless memory pressure
2832                  * is really high.
2833                  */
2834                 if (!force && zone->nr_reserved_highatomic <=
2835                                         pageblock_nr_pages)
2836                         continue;
2837
2838                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2839                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
2840                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
2841
2842                         page = get_page_from_free_area(area, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2843                         if (!page)
2844                                 continue;
2845
2846                         /*
2847                          * In page freeing path, migratetype change is racy so
2848                          * we can counter several free pages in a pageblock
2849                          * in this loop although we changed the pageblock type
2850                          * from highatomic to ac->migratetype. So we should
2851                          * adjust the count once.
2852                          */
2853                         if (is_migrate_highatomic_page(page)) {
2854                                 /*
2855                                  * It should never happen but changes to
2856                                  * locking could inadvertently allow a per-cpu
2857                                  * drain to add pages to MIGRATE_HIGHATOMIC
2858                                  * while unreserving so be safe and watch for
2859                                  * underflows.
2860                                  */
2861                                 zone->nr_reserved_highatomic -= min(
2862                                                 pageblock_nr_pages,
2863                                                 zone->nr_reserved_highatomic);
2864                         }
2865
2866                         /*
2867                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
2868                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
2869                          * is doing the work and needs the pages. More
2870                          * importantly, if the block was always converted to
2871                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
2872                          * of pageblocks that cannot be completely freed
2873                          * may increase.
2874                          */
2875                         set_pageblock_migratetype(page, ac->migratetype);
2876                         ret = move_freepages_block(zone, page, ac->migratetype,
2877                                                                         NULL);
2878                         if (ret) {
2879                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2880                                 return ret;
2881                         }
2882                 }
2883                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2884         }
2885
2886         return false;
2887 }
2888
2889 /*
2890  * Try finding a free buddy page on the fallback list and put it on the free
2891  * list of requested migratetype, possibly along with other pages from the same
2892  * block, depending on fragmentation avoidance heuristics. Returns true if
2893  * fallback was found so that __rmqueue_smallest() can grab it.
2894  *
2895  * The use of signed ints for order and current_order is a deliberate
2896  * deviation from the rest of this file, to make the for loop
2897  * condition simpler.
2898  */
2899 static __always_inline bool
2900 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, int order, int start_migratetype,
2901                                                 unsigned int alloc_flags)
2902 {
2903         struct free_area *area;
2904         int current_order;
2905         int min_order = order;
2906         struct page *page;
2907         int fallback_mt;
2908         bool can_steal;
2909
2910         /*
2911          * Do not steal pages from freelists belonging to other pageblocks
2912          * i.e. orders < pageblock_order. If there are no local zones free,
2913          * the zonelists will be reiterated without ALLOC_NOFRAGMENT.
2914          */
2915         if (alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT)
2916                 min_order = pageblock_order;
2917
2918         /*
2919          * Find the largest available free page in the other list. This roughly
2920          * approximates finding the pageblock with the most free pages, which
2921          * would be too costly to do exactly.
2922          */
2923         for (current_order = MAX_ORDER - 1; current_order >= min_order;
2924                                 --current_order) {
2925                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2926                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2927                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2928                 if (fallback_mt == -1)
2929                         continue;
2930
2931                 /*
2932                  * We cannot steal all free pages from the pageblock and the
2933                  * requested migratetype is movable. In that case it's better to
2934                  * steal and split the smallest available page instead of the
2935                  * largest available page, because even if the next movable
2936                  * allocation falls back into a different pageblock than this
2937                  * one, it won't cause permanent fragmentation.
2938                  */
2939                 if (!can_steal && start_migratetype == MIGRATE_MOVABLE
2940                                         && current_order > order)
2941                         goto find_smallest;
2942
2943                 goto do_steal;
2944         }
2945
2946         return false;
2947
2948 find_smallest:
2949         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER;
2950                                                         current_order++) {
2951                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2952                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2953                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2954                 if (fallback_mt != -1)
2955                         break;
2956         }
2957
2958         /*
2959          * This should not happen - we already found a suitable fallback
2960          * when looking for the largest page.
2961          */
2962         VM_BUG_ON(current_order == MAX_ORDER);
2963
2964 do_steal:
2965         page = get_page_from_free_area(area, fallback_mt);
2966
2967         steal_suitable_fallback(zone, page, alloc_flags, start_migratetype,
2968                                                                 can_steal);
2969
2970         trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
2971                 start_migratetype, fallback_mt);
2972
2973         return true;
2974
2975 }
2976
2977 /*
2978  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
2979  * Call me with the zone->lock already held.
2980  */
2981 static __always_inline struct page *
2982 __rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order, int migratetype,
2983                                                 unsigned int alloc_flags)
2984 {
2985         struct page *page;
2986
2987         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA)) {
2988                 /*
2989                  * Balance movable allocations between regular and CMA areas by
2990                  * allocating from CMA when over half of the zone's free memory
2991                  * is in the CMA area.
2992                  */
2993                 if (alloc_flags & ALLOC_CMA &&
2994                     zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES) >
2995                     zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES) / 2) {
2996                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2997                         if (page)
2998                                 goto out;
2999                 }
3000         }
3001 retry:
3002         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
3003         if (unlikely(!page)) {
3004                 if (alloc_flags & ALLOC_CMA)
3005                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
3006
3007                 if (!page && __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype,
3008                                                                 alloc_flags))
3009                         goto retry;
3010         }
3011 out:
3012         if (page)
3013                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
3014         return page;
3015 }
3016
3017 /*
3018  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
3019  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
3020  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
3021  */
3022 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
3023                         unsigned long count, struct list_head *list,
3024                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
3025 {
3026         int i, allocated = 0;
3027
3028         /*
3029          * local_lock_irq held so equivalent to spin_lock_irqsave for
3030          * both PREEMPT_RT and non-PREEMPT_RT configurations.
3031          */
3032         spin_lock(&zone->lock);
3033         for (i = 0; i < count; ++i) {
3034                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype,
3035                                                                 alloc_flags);
3036                 if (unlikely(page == NULL))
3037                         break;
3038
3039                 if (unlikely(check_pcp_refill(page)))
3040                         continue;
3041
3042                 /*
3043                  * Split buddy pages returned by expand() are received here in
3044                  * physical page order. The page is added to the tail of
3045                  * caller's list. From the callers perspective, the linked list
3046                  * is ordered by page number under some conditions. This is
3047                  * useful for IO devices that can forward direction from the
3048                  * head, thus also in the physical page order. This is useful
3049                  * for IO devices that can merge IO requests if the physical
3050                  * pages are ordered properly.
3051                  */
3052                 list_add_tail(&page->lru, list);
3053                 allocated++;
3054                 if (is_migrate_cma(get_pcppage_migratetype(page)))
3055                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
3056                                               -(1 << order));
3057         }
3058
3059         /*
3060          * i pages were removed from the buddy list even if some leak due
3061          * to check_pcp_refill failing so adjust NR_FREE_PAGES based
3062          * on i. Do not confuse with 'allocated' which is the number of
3063          * pages added to the pcp list.
3064          */
3065         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
3066         spin_unlock(&zone->lock);
3067         return allocated;
3068 }
3069
3070 #ifdef CONFIG_NUMA
3071 /*
3072  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
3073  * currently executing processor on remote nodes after they have
3074  * expired.
3075  *
3076  * Note that this function must be called with the thread pinned to
3077  * a single processor.
3078  */
3079 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
3080 {
3081         unsigned long flags;
3082         int to_drain, batch;
3083
3084         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3085         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
3086         to_drain = min(pcp->count, batch);
3087         if (to_drain > 0)
3088                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp);
3089         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3090 }
3091 #endif
3092
3093 /*
3094  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
3095  *
3096  * The processor must either be the current processor and the
3097  * thread pinned to the current processor or a processor that
3098  * is not online.
3099  */
3100 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
3101 {
3102         unsigned long flags;
3103         struct per_cpu_pages *pcp;
3104
3105         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3106
3107         pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
3108         if (pcp->count)
3109                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp);
3110
3111         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3112 }
3113
3114 /*
3115  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
3116  *
3117  * The processor must either be the current processor and the
3118  * thread pinned to the current processor or a processor that
3119  * is not online.
3120  */
3121 static void drain_pages(unsigned int cpu)
3122 {
3123         struct zone *zone;
3124
3125         for_each_populated_zone(zone) {
3126                 drain_pages_zone(cpu, zone);
3127         }
3128 }
3129
3130 /*
3131  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
3132  *
3133  * The CPU has to be pinned. When zone parameter is non-NULL, spill just
3134  * the single zone's pages.
3135  */
3136 void drain_local_pages(struct zone *zone)
3137 {
3138         int cpu = smp_processor_id();
3139
3140         if (zone)
3141                 drain_pages_zone(cpu, zone);
3142         else
3143                 drain_pages(cpu);
3144 }
3145
3146 static void drain_local_pages_wq(struct work_struct *work)
3147 {
3148         struct pcpu_drain *drain;
3149
3150         drain = container_of(work, struct pcpu_drain, work);
3151
3152         /*
3153          * drain_all_pages doesn't use proper cpu hotplug protection so
3154          * we can race with cpu offline when the WQ can move this from
3155          * a cpu pinned worker to an unbound one. We can operate on a different
3156          * cpu which is alright but we also have to make sure to not move to
3157          * a different one.
3158          */
3159         migrate_disable();
3160         drain_local_pages(drain->zone);
3161         migrate_enable();
3162 }
3163
3164 /*
3165  * The implementation of drain_all_pages(), exposing an extra parameter to
3166  * drain on all cpus.
3167  *
3168  * drain_all_pages() is optimized to only execute on cpus where pcplists are
3169  * not empty. The check for non-emptiness can however race with a free to
3170  * pcplist that has not yet increased the pcp->count from 0 to 1. Callers
3171  * that need the guarantee that every CPU has drained can disable the
3172  * optimizing racy check.
3173  */
3174 static void __drain_all_pages(struct zone *zone, bool force_all_cpus)
3175 {
3176         int cpu;
3177
3178         /*
3179          * Allocate in the BSS so we won't require allocation in
3180          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
3181          */
3182         static cpumask_t cpus_with_pcps;
3183
3184         /*
3185          * Make sure nobody triggers this path before mm_percpu_wq is fully
3186          * initialized.
3187          */
3188         if (WARN_ON_ONCE(!mm_percpu_wq))
3189                 return;
3190
3191         /*
3192          * Do not drain if one is already in progress unless it's specific to
3193          * a zone. Such callers are primarily CMA and memory hotplug and need
3194          * the drain to be complete when the call returns.
3195          */
3196         if (unlikely(!mutex_trylock(&pcpu_drain_mutex))) {
3197                 if (!zone)
3198                         return;
3199                 mutex_lock(&pcpu_drain_mutex);
3200         }
3201
3202         /*
3203          * We don't care about racing with CPU hotplug event
3204          * as offline notification will cause the notified
3205          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
3206          * disables preemption as part of its processing
3207          */
3208         for_each_online_cpu(cpu) {
3209                 struct per_cpu_pages *pcp;
3210                 struct zone *z;
3211                 bool has_pcps = false;
3212
3213                 if (force_all_cpus) {
3214                         /*
3215                          * The pcp.count check is racy, some callers need a
3216                          * guarantee that no cpu is missed.
3217                          */
3218                         has_pcps = true;
3219                 } else if (zone) {
3220                         pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
3221                         if (pcp->count)
3222                                 has_pcps = true;
3223                 } else {
3224                         for_each_populated_zone(z) {
3225                                 pcp = per_cpu_ptr(z->per_cpu_pageset, cpu);
3226                                 if (pcp->count) {
3227                                         has_pcps = true;
3228                                         break;
3229                                 }
3230                         }
3231                 }
3232
3233                 if (has_pcps)
3234                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
3235                 else
3236                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
3237         }
3238
3239         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps) {
3240                 struct pcpu_drain *drain = per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu);
3241
3242                 drain->zone = zone;
3243                 INIT_WORK(&drain->work, drain_local_pages_wq);
3244                 queue_work_on(cpu, mm_percpu_wq, &drain->work);
3245         }
3246         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps)
3247                 flush_work(&per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu)->work);
3248
3249         mutex_unlock(&pcpu_drain_mutex);
3250 }
3251
3252 /*
3253  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
3254  *
3255  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
3256  *
3257  * Note that this can be extremely slow as the draining happens in a workqueue.
3258  */
3259 void drain_all_pages(struct zone *zone)
3260 {
3261         __drain_all_pages(zone, false);
3262 }
3263
3264 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
3265
3266 /*
3267  * Touch the watchdog for every WD_PAGE_COUNT pages.
3268  */
3269 #define WD_PAGE_COUNT   (128*1024)
3270
3271 void mark_free_pages(struct zone *zone)
3272 {
3273         unsigned long pfn, max_zone_pfn, page_count = WD_PAGE_COUNT;
3274         unsigned long flags;
3275         unsigned int order, t;
3276         struct page *page;
3277
3278         if (zone_is_empty(zone))
3279                 return;
3280
3281         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3282
3283         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
3284         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
3285                 if (pfn_valid(pfn)) {
3286                         page = pfn_to_page(pfn);
3287
3288                         if (!--page_count) {
3289                                 touch_nmi_watchdog();
3290                                 page_count = WD_PAGE_COUNT;
3291                         }
3292
3293                         if (page_zone(page) != zone)
3294                                 continue;
3295
3296                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
3297                                 swsusp_unset_page_free(page);
3298                 }
3299
3300         for_each_migratetype_order(order, t) {
3301                 list_for_each_entry(page,
3302                                 &zone->free_area[order].free_list[t], lru) {
3303                         unsigned long i;
3304
3305                         pfn = page_to_pfn(page);
3306                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++) {
3307                                 if (!--page_count) {
3308                                         touch_nmi_watchdog();
3309                                         page_count = WD_PAGE_COUNT;
3310                                 }
3311                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
3312                         }
3313                 }
3314         }
3315         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3316 }
3317 #endif /* CONFIG_PM */
3318
3319 static bool free_unref_page_prepare(struct page *page, unsigned long pfn,
3320                                                         unsigned int order)
3321 {
3322         int migratetype;
3323
3324         if (!free_pcp_prepare(page, order))
3325                 return false;
3326
3327         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
3328         set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
3329         return true;
3330 }
3331
3332 static int nr_pcp_free(struct per_cpu_pages *pcp, int high, int batch)
3333 {
3334         int min_nr_free, max_nr_free;
3335
3336         /* Check for PCP disabled or boot pageset */
3337         if (unlikely(high < batch))
3338                 return 1;
3339
3340         /* Leave at least pcp->batch pages on the list */
3341         min_nr_free = batch;
3342         max_nr_free = high - batch;
3343
3344         /*
3345          * Double the number of pages freed each time there is subsequent
3346          * freeing of pages without any allocation.
3347          */
3348         batch <<= pcp->free_factor;
3349         if (batch < max_nr_free)
3350                 pcp->free_factor++;
3351         batch = clamp(batch, min_nr_free, max_nr_free);
3352
3353         return batch;
3354 }
3355
3356 static int nr_pcp_high(struct per_cpu_pages *pcp, struct zone *zone)
3357 {
3358         int high = READ_ONCE(pcp->high);
3359
3360         if (unlikely(!high))
3361                 return 0;
3362
3363         if (!test_bit(ZONE_RECLAIM_ACTIVE, &zone->flags))
3364                 return high;
3365
3366         /*
3367          * If reclaim is active, limit the number of pages that can be
3368          * stored on pcp lists
3369          */
3370         return min(READ_ONCE(pcp->batch) << 2, high);
3371 }
3372
3373 static void free_unref_page_commit(struct page *page, unsigned long pfn,
3374                                    int migratetype, unsigned int order)
3375 {
3376         struct zone *zone = page_zone(page);
3377         struct per_cpu_pages *pcp;
3378         int high;
3379         int pindex;
3380
3381         __count_vm_event(PGFREE);
3382         pcp = this_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset);
3383         pindex = order_to_pindex(migratetype, order);
3384         list_add(&page->lru, &pcp->lists[pindex]);
3385         pcp->count += 1 << order;
3386         high = nr_pcp_high(pcp, zone);
3387         if (pcp->count >= high) {
3388                 int batch = READ_ONCE(pcp->batch);
3389
3390                 free_pcppages_bulk(zone, nr_pcp_free(pcp, high, batch), pcp);
3391         }
3392 }
3393
3394 /*
3395  * Free a pcp page
3396  */
3397 void free_unref_page(struct page *page, unsigned int order)
3398 {
3399         unsigned long flags;
3400         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
3401         int migratetype;
3402
3403         if (!free_unref_page_prepare(page, pfn, order))
3404                 return;
3405
3406         /*
3407          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
3408          * Place ISOLATE pages on the isolated list because they are being
3409          * offlined but treat HIGHATOMIC as movable pages so we can get those
3410          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
3411          * excessively into the page allocator
3412          */
3413         migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
3414         if (unlikely(migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES)) {
3415                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
3416                         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype, FPI_NONE);
3417                         return;
3418                 }
3419                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
3420         }
3421
3422         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3423         free_unref_page_commit(page, pfn, migratetype, order);
3424         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3425 }
3426
3427 /*
3428  * Free a list of 0-order pages
3429  */
3430 void free_unref_page_list(struct list_head *list)
3431 {
3432         struct page *page, *next;
3433         unsigned long flags, pfn;
3434         int batch_count = 0;
3435         int migratetype;
3436
3437         /* Prepare pages for freeing */
3438         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
3439                 pfn = page_to_pfn(page);
3440                 if (!free_unref_page_prepare(page, pfn, 0)) {
3441                         list_del(&page->lru);
3442                         continue;
3443                 }
3444
3445                 /*
3446                  * Free isolated pages directly to the allocator, see
3447                  * comment in free_unref_page.
3448                  */
3449                 migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
3450                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
3451                         list_del(&page->lru);
3452                         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, 0, migratetype, FPI_NONE);
3453                         continue;
3454                 }
3455
3456                 set_page_private(page, pfn);
3457         }
3458
3459         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3460         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
3461                 pfn = page_private(page);
3462                 set_page_private(page, 0);
3463
3464                 /*
3465                  * Non-isolated types over MIGRATE_PCPTYPES get added
3466                  * to the MIGRATE_MOVABLE pcp list.
3467                  */
3468                 migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
3469                 if (unlikely(migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES))
3470                         migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
3471
3472                 trace_mm_page_free_batched(page);
3473                 free_unref_page_commit(page, pfn, migratetype, 0);
3474
3475                 /*
3476                  * Guard against excessive IRQ disabled times when we get
3477                  * a large list of pages to free.
3478                  */
3479                 if (++batch_count == SWAP_CLUSTER_MAX) {
3480                         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3481                         batch_count = 0;
3482                         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3483                 }
3484         }
3485         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3486 }
3487
3488 /*
3489  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
3490  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
3491  * Each sub-page must be freed individually.
3492  *
3493  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
3494  * Please consult with lkml before using this in your driver.
3495  */
3496 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
3497 {
3498         int i;
3499
3500         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
3501         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
3502
3503         for (i = 1; i < (1 << order); i++)
3504                 set_page_refcounted(page + i);
3505         split_page_owner(page, 1 << order);
3506         split_page_memcg(page, 1 << order);
3507 }
3508 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
3509
3510 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
3511 {
3512         unsigned long watermark;
3513         struct zone *zone;
3514         int mt;
3515
3516         BUG_ON(!PageBuddy(page));
3517
3518         zone = page_zone(page);
3519         mt = get_pageblock_migratetype(page);
3520
3521         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
3522                 /*
3523                  * Obey watermarks as if the page was being allocated. We can
3524                  * emulate a high-order watermark check with a raised order-0
3525                  * watermark, because we already know our high-order page
3526                  * exists.
3527                  */
3528                 watermark = zone->_watermark[WMARK_MIN] + (1UL << order);
3529                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, ALLOC_CMA))
3530                         return 0;
3531
3532                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
3533         }
3534
3535         /* Remove page from free list */
3536
3537         del_page_from_free_list(page, zone, order);
3538
3539         /*
3540          * Set the pageblock if the isolated page is at least half of a
3541          * pageblock
3542          */
3543         if (order >= pageblock_order - 1) {
3544                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
3545                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
3546                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
3547                         if (!is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt)
3548                             && !is_migrate_highatomic(mt))
3549                                 set_pageblock_migratetype(page,
3550                                                           MIGRATE_MOVABLE);
3551                 }
3552         }
3553
3554
3555         return 1UL << order;
3556 }
3557
3558 /**
3559  * __putback_isolated_page - Return a now-isolated page back where we got it
3560  * @page: Page that was isolated
3561  * @order: Order of the isolated page
3562  * @mt: The page's pageblock's migratetype
3563  *
3564  * This function is meant to return a page pulled from the free lists via
3565  * __isolate_free_page back to the free lists they were pulled from.
3566  */
3567 void __putback_isolated_page(struct page *page, unsigned int order, int mt)
3568 {
3569         struct zone *zone = page_zone(page);
3570
3571         /* zone lock should be held when this function is called */
3572         lockdep_assert_held(&zone->lock);
3573
3574         /* Return isolated page to tail of freelist. */
3575         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, order, mt,
3576                         FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY | FPI_TO_TAIL);
3577 }
3578
3579 /*
3580  * Update NUMA hit/miss statistics
3581  *
3582  * Must be called with interrupts disabled.
3583  */
3584 static inline void zone_statistics(struct zone *preferred_zone, struct zone *z,
3585                                    long nr_account)
3586 {
3587 #ifdef CONFIG_NUMA
3588         enum numa_stat_item local_stat = NUMA_LOCAL;
3589
3590         /* skip numa counters update if numa stats is disabled */
3591         if (!static_branch_likely(&vm_numa_stat_key))
3592                 return;
3593
3594         if (zone_to_nid(z) != numa_node_id())
3595                 local_stat = NUMA_OTHER;
3596
3597         if (zone_to_nid(z) == zone_to_nid(preferred_zone))
3598                 __count_numa_events(z, NUMA_HIT, nr_account);
3599         else {
3600                 __count_numa_events(z, NUMA_MISS, nr_account);
3601                 __count_numa_events(preferred_zone, NUMA_FOREIGN, nr_account);
3602         }
3603         __count_numa_events(z, local_stat, nr_account);
3604 #endif
3605 }
3606
3607 /* Remove page from the per-cpu list, caller must protect the list */
3608 static inline
3609 struct page *__rmqueue_pcplist(struct zone *zone, unsigned int order,
3610                         int migratetype,
3611                         unsigned int alloc_flags,
3612                         struct per_cpu_pages *pcp,
3613                         struct list_head *list)
3614 {
3615         struct page *page;
3616
3617         do {
3618                 if (list_empty(list)) {
3619                         int batch = READ_ONCE(pcp->batch);
3620                         int alloced;
3621
3622                         /*
3623                          * Scale batch relative to order if batch implies
3624                          * free pages can be stored on the PCP. Batch can
3625                          * be 1 for small zones or for boot pagesets which
3626                          * should never store free pages as the pages may
3627                          * belong to arbitrary zones.
3628                          */
3629                         if (batch > 1)
3630                                 batch = max(batch >> order, 2);
3631                         alloced = rmqueue_bulk(zone, order,
3632                                         batch, list,
3633                                         migratetype, alloc_flags);
3634
3635                         pcp->count += alloced << order;
3636                         if (unlikely(list_empty(list)))
3637                                 return NULL;
3638                 }
3639
3640                 page = list_first_entry(list, struct page, lru);
3641                 list_del(&page->lru);
3642                 pcp->count -= 1 << order;
3643         } while (check_new_pcp(page));
3644
3645         return page;
3646 }
3647
3648 /* Lock and remove page from the per-cpu list */
3649 static struct page *rmqueue_pcplist(struct zone *preferred_zone,
3650                         struct zone *zone, unsigned int order,
3651                         gfp_t gfp_flags, int migratetype,
3652                         unsigned int alloc_flags)
3653 {
3654         struct per_cpu_pages *pcp;
3655         struct list_head *list;
3656         struct page *page;
3657         unsigned long flags;
3658
3659         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3660
3661         /*
3662          * On allocation, reduce the number of pages that are batch freed.
3663          * See nr_pcp_free() where free_factor is increased for subsequent
3664          * frees.
3665          */
3666         pcp = this_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset);
3667         pcp->free_factor >>= 1;
3668         list = &pcp->lists[order_to_pindex(migratetype, order)];
3669         page = __rmqueue_pcplist(zone, order, migratetype, alloc_flags, pcp, list);
3670         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3671         if (page) {
3672                 __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1);
3673                 zone_statistics(preferred_zone, zone, 1);
3674         }
3675         return page;
3676 }
3677
3678 /*
3679  * Allocate a page from the given zone. Use pcplists for order-0 allocations.
3680  */
3681 static inline
3682 struct page *rmqueue(struct zone *preferred_zone,
3683                         struct zone *zone, unsigned int order,
3684                         gfp_t gfp_flags, unsigned int alloc_flags,
3685                         int migratetype)
3686 {
3687         unsigned long flags;
3688         struct page *page;
3689
3690         if (likely(pcp_allowed_order(order))) {
3691                 /*
3692                  * MIGRATE_MOVABLE pcplist could have the pages on CMA area and
3693                  * we need to skip it when CMA area isn't allowed.
3694                  */
3695                 if (!IS_ENABLED(CONFIG_CMA) || alloc_flags & ALLOC_CMA ||
3696                                 migratetype != MIGRATE_MOVABLE) {
3697                         page = rmqueue_pcplist(preferred_zone, zone, order,
3698                                         gfp_flags, migratetype, alloc_flags);
3699                         goto out;
3700                 }
3701         }
3702
3703         /*
3704          * We most definitely don't want callers attempting to
3705          * allocate greater than order-1 page units with __GFP_NOFAIL.
3706          */
3707         WARN_ON_ONCE((gfp_flags & __GFP_NOFAIL) && (order > 1));
3708         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3709
3710         do {
3711                 page = NULL;
3712                 /*
3713                  * order-0 request can reach here when the pcplist is skipped
3714                  * due to non-CMA allocation context. HIGHATOMIC area is
3715                  * reserved for high-order atomic allocation, so order-0
3716                  * request should skip it.
3717                  */
3718                 if (order > 0 && alloc_flags & ALLOC_HARDER) {
3719                         page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
3720                         if (page)
3721                                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
3722                 }
3723                 if (!page)
3724                         page = __rmqueue(zone, order, migratetype, alloc_flags);
3725         } while (page && check_new_pages(page, order));
3726         if (!page)
3727                 goto failed;
3728
3729         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
3730                                   get_pcppage_migratetype(page));
3731         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3732
3733         __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
3734         zone_statistics(preferred_zone, zone, 1);
3735
3736 out:
3737         /* Separate test+clear to avoid unnecessary atomics */
3738         if (test_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags)) {
3739                 clear_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
3740                 wakeup_kswapd(zone, 0, 0, zone_idx(zone));
3741         }
3742
3743         VM_BUG_ON_PAGE(page && bad_range(zone, page), page);
3744         return page;
3745
3746 failed:
3747         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3748         return NULL;
3749 }
3750
3751 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
3752
3753 static struct {
3754         struct fault_attr attr;
3755
3756         bool ignore_gfp_highmem;
3757         bool ignore_gfp_reclaim;
3758         u32 min_order;
3759 } fail_page_alloc = {
3760         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
3761         .ignore_gfp_reclaim = true,
3762         .ignore_gfp_highmem = true,
3763         .min_order = 1,
3764 };
3765
3766 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
3767 {
3768         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
3769 }
3770 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
3771
3772 static bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3773 {
3774         if (order < fail_page_alloc.min_order)
3775                 return false;
3776         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3777                 return false;
3778         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
3779                 return false;
3780         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim &&
3781                         (gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3782                 return false;
3783
3784         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
3785 }
3786
3787 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
3788
3789 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
3790 {
3791         umode_t mode = S_IFREG | 0600;
3792         struct dentry *dir;
3793
3794         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
3795                                         &fail_page_alloc.attr);
3796
3797         debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
3798                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim);
3799         debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
3800                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem);
3801         debugfs_create_u32("min-order", mode, dir, &fail_page_alloc.min_order);
3802
3803         return 0;
3804 }
3805
3806 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
3807
3808 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
3809
3810 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3811
3812 static inline bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3813 {
3814         return false;
3815 }
3816
3817 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3818
3819 noinline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3820 {
3821         return __should_fail_alloc_page(gfp_mask, order);
3822 }
3823 ALLOW_ERROR_INJECTION(should_fail_alloc_page, TRUE);
3824
3825 static inline long __zone_watermark_unusable_free(struct zone *z,
3826                                 unsigned int order, unsigned int alloc_flags)
3827 {
3828         const bool alloc_harder = (alloc_flags & (ALLOC_HARDER|ALLOC_OOM));
3829         long unusable_free = (1 << order) - 1;
3830
3831         /*
3832          * If the caller does not have rights to ALLOC_HARDER then subtract
3833          * the high-atomic reserves. This will over-estimate the size of the
3834          * atomic reserve but it avoids a search.
3835          */
3836         if (likely(!alloc_harder))
3837                 unusable_free += z->nr_reserved_highatomic;
3838
3839 #ifdef CONFIG_CMA
3840         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
3841         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
3842                 unusable_free += zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
3843 #endif
3844
3845         return unusable_free;
3846 }
3847
3848 /*
3849  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
3850  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
3851  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
3852  * to check in the allocation paths if no pages are free.
3853  */
3854 bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3855                          int highest_zoneidx, unsigned int alloc_flags,
3856                          long free_pages)
3857 {
3858         long min = mark;
3859         int o;
3860         const bool alloc_harder = (alloc_flags & (ALLOC_HARDER|ALLOC_OOM));
3861
3862         /* free_pages may go negative - that's OK */
3863         free_pages -= __zone_watermark_unusable_free(z, order, alloc_flags);
3864
3865         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
3866                 min -= min / 2;
3867
3868         if (unlikely(alloc_harder)) {
3869                 /*
3870                  * OOM victims can try even harder than normal ALLOC_HARDER
3871                  * users on the grounds that it's definitely going to be in
3872                  * the exit path shortly and free memory. Any allocation it
3873                  * makes during the free path will be small and short-lived.
3874                  */
3875                 if (alloc_flags & ALLOC_OOM)
3876                         min -= min / 2;
3877                 else
3878                         min -= min / 4;
3879         }
3880
3881         /*
3882          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
3883          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
3884          * even if a suitable page happened to be free.
3885          */
3886         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[highest_zoneidx])
3887                 return false;
3888
3889         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
3890         if (!order)
3891                 return true;
3892
3893         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
3894         for (o = order; o < MAX_ORDER; o++) {
3895                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
3896                 int mt;
3897
3898                 if (!area->nr_free)
3899                         continue;
3900
3901                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
3902                         if (!free_area_empty(area, mt))
3903                                 return true;
3904                 }
3905
3906 #ifdef CONFIG_CMA
3907                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
3908                     !free_area_empty(area, MIGRATE_CMA)) {
3909                         return true;
3910                 }
3911 #endif
3912                 if (alloc_harder && !free_area_empty(area, MIGRATE_HIGHATOMIC))
3913                         return true;
3914         }
3915         return false;
3916 }
3917
3918 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3919                       int highest_zoneidx, unsigned int alloc_flags)
3920 {
3921         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, alloc_flags,
3922                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
3923 }
3924
3925 static inline bool zone_watermark_fast(struct zone *z, unsigned int order,
3926                                 unsigned long mark, int highest_zoneidx,
3927                                 unsigned int alloc_flags, gfp_t gfp_mask)
3928 {
3929         long free_pages;
3930
3931         free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3932
3933         /*
3934          * Fast check for order-0 only. If this fails then the reserves
3935          * need to be calculated.
3936          */
3937         if (!order) {
3938                 long fast_free;
3939
3940                 fast_free = free_pages;
3941                 fast_free -= __zone_watermark_unusable_free(z, 0, alloc_flags);
3942                 if (fast_free > mark + z->lowmem_reserve[highest_zoneidx])
3943                         return true;
3944         }
3945
3946         if (__zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, alloc_flags,
3947                                         free_pages))
3948                 return true;
3949         /*
3950          * Ignore watermark boosting for GFP_ATOMIC order-0 allocations
3951          * when checking the min watermark. The min watermark is the
3952          * point where boosting is ignored so that kswapd is woken up
3953          * when below the low watermark.
3954          */
3955         if (unlikely(!order && (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) && z->watermark_boost
3956                 && ((alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK) == WMARK_MIN))) {
3957                 mark = z->_watermark[WMARK_MIN];
3958                 return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx,
3959                                         alloc_flags, free_pages);
3960         }
3961
3962         return false;
3963 }
3964
3965 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
3966                         unsigned long mark, int highest_zoneidx)
3967 {
3968         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3969
3970         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
3971                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
3972
3973         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, 0,
3974                                                                 free_pages);
3975 }
3976
3977 #ifdef CONFIG_NUMA
3978 int __read_mostly node_reclaim_distance = RECLAIM_DISTANCE;
3979
3980 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3981 {
3982         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <=
3983                                 node_reclaim_distance;
3984 }
3985 #else   /* CONFIG_NUMA */
3986 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3987 {
3988         return true;
3989 }
3990 #endif  /* CONFIG_NUMA */
3991
3992 /*
3993  * The restriction on ZONE_DMA32 as being a suitable zone to use to avoid
3994  * fragmentation is subtle. If the preferred zone was HIGHMEM then
3995  * premature use of a lower zone may cause lowmem pressure problems that
3996  * are worse than fragmentation. If the next zone is ZONE_DMA then it is
3997  * probably too small. It only makes sense to spread allocations to avoid
3998  * fragmentation between the Normal and DMA32 zones.
3999  */
4000 static inline unsigned int
4001 alloc_flags_nofragment(struct zone *zone, gfp_t gfp_mask)
4002 {
4003         unsigned int alloc_flags;
4004
4005         /*
4006          * __GFP_KSWAPD_RECLAIM is assumed to be the same as ALLOC_KSWAPD
4007          * to save a branch.
4008          */
4009         alloc_flags = (__force int) (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM);
4010
4011 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
4012         if (!zone)
4013                 return alloc_flags;
4014
4015         if (zone_idx(zone) != ZONE_NORMAL)
4016                 return alloc_flags;
4017
4018         /*
4019          * If ZONE_DMA32 exists, assume it is the one after ZONE_NORMAL and
4020          * the pointer is within zone->zone_pgdat->node_zones[]. Also assume
4021          * on UMA that if Normal is populated then so is DMA32.
4022          */
4023         BUILD_BUG_ON(ZONE_NORMAL - ZONE_DMA32 != 1);
4024         if (nr_online_nodes > 1 && !populated_zone(--zone))
4025                 return alloc_flags;
4026
4027         alloc_flags |= ALLOC_NOFRAGMENT;
4028 #endif /* CONFIG_ZONE_DMA32 */
4029         return alloc_flags;
4030 }
4031
4032 /* Must be called after current_gfp_context() which can change gfp_mask */
4033 static inline unsigned int gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_t gfp_mask,
4034                                                   unsigned int alloc_flags)
4035 {
4036 #ifdef CONFIG_CMA
4037         if (gfp_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
4038                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
4039 #endif
4040         return alloc_flags;
4041 }
4042
4043 /*
4044  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
4045  * a page.
4046  */
4047 static struct page *
4048 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
4049                                                 const struct alloc_context *ac)
4050 {
4051         struct zoneref *z;
4052         struct zone *zone;
4053         struct pglist_data *last_pgdat_dirty_limit = NULL;
4054         bool no_fallback;
4055
4056 retry:
4057         /*
4058          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
4059          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
4060          */
4061         no_fallback = alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT;
4062         z = ac->preferred_zoneref;
4063         for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->highest_zoneidx,
4064                                         ac->nodemask) {
4065                 struct page *page;
4066                 unsigned long mark;
4067
4068                 if (cpusets_enabled() &&
4069                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
4070                         !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
4071                                 continue;
4072                 /*
4073                  * When allocating a page cache page for writing, we
4074                  * want to get it from a node that is within its dirty
4075                  * limit, such that no single node holds more than its
4076                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
4077                  * The dirty limits take into account the node's
4078                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
4079                  * should be able to balance it without having to
4080                  * write pages from its LRU list.
4081                  *
4082                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
4083                  * exceed the per-node dirty limit in the slowpath
4084                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
4085                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
4086                  * nodes are together not big enough to reach the
4087                  * global limit.  The proper fix for these situations
4088                  * will require awareness of nodes in the
4089                  * dirty-throttling and the flusher threads.
4090                  */
4091                 if (ac->spread_dirty_pages) {
4092                         if (last_pgdat_dirty_limit == zone->zone_pgdat)
4093                                 continue;
4094
4095                         if (!node_dirty_ok(zone->zone_pgdat)) {
4096                                 last_pgdat_dirty_limit = zone->zone_pgdat;
4097                                 continue;
4098                         }
4099                 }
4100
4101                 if (no_fallback && nr_online_nodes > 1 &&
4102                     zone != ac->preferred_zoneref->zone) {
4103                         int local_nid;
4104
4105                         /*
4106                          * If moving to a remote node, retry but allow
4107                          * fragmenting fallbacks. Locality is more important
4108                          * than fragmentation avoidance.
4109                          */
4110                         local_nid = zone_to_nid(ac->preferred_zoneref->zone);
4111                         if (zone_to_nid(zone) != local_nid) {
4112                                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
4113                                 goto retry;
4114                         }
4115                 }
4116
4117                 mark = wmark_pages(zone, alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK);
4118                 if (!zone_watermark_fast(zone, order, mark,
4119                                        ac->highest_zoneidx, alloc_flags,
4120                                        gfp_mask)) {
4121                         int ret;
4122
4123 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
4124                         /*
4125                          * Watermark failed for this zone, but see if we can
4126                          * grow this zone if it contains deferred pages.
4127                          */
4128                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
4129                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
4130                                         goto try_this_zone;
4131                         }
4132 #endif
4133                         /* Checked here to keep the fast path fast */
4134                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
4135                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
4136                                 goto try_this_zone;
4137
4138                         if (!node_reclaim_enabled() ||
4139                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zoneref->zone, zone))
4140                                 continue;
4141
4142                         ret = node_reclaim(zone->zone_pgdat, gfp_mask, order);
4143                         switch (ret) {
4144                         case NODE_RECLAIM_NOSCAN:
4145                                 /* did not scan */
4146                                 continue;
4147                         case NODE_RECLAIM_FULL:
4148                                 /* scanned but unreclaimable */
4149                                 continue;
4150                         default:
4151                                 /* did we reclaim enough */
4152                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
4153                                         ac->highest_zoneidx, alloc_flags))
4154                                         goto try_this_zone;
4155
4156                                 continue;
4157                         }
4158                 }
4159
4160 try_this_zone:
4161                 page = rmqueue(ac->preferred_zoneref->zone, zone, order,
4162                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
4163                 if (page) {
4164                         prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
4165
4166                         /*
4167                          * If this is a high-order atomic allocation then check
4168                          * if the pageblock should be reserved for the future
4169                          */
4170                         if (unlikely(order && (alloc_flags & ALLOC_HARDER)))
4171                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone, order);
4172
4173                         return page;
4174                 } else {
4175 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
4176                         /* Try again if zone has deferred pages */
4177                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
4178                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
4179                                         goto try_this_zone;
4180                         }
4181 #endif
4182                 }
4183         }
4184
4185         /*
4186          * It's possible on a UMA machine to get through all zones that are
4187          * fragmented. If avoiding fragmentation, reset and try again.
4188          */
4189         if (no_fallback) {
4190                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
4191                 goto retry;
4192         }
4193
4194         return NULL;
4195 }
4196
4197 static void warn_alloc_show_mem(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
4198 {
4199         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
4200
4201         /*
4202          * This documents exceptions given to allocations in certain
4203          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
4204          * of allowed nodes.
4205          */
4206         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4207                 if (tsk_is_oom_victim(current) ||
4208                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
4209                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
4210         if (!in_task() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
4211                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
4212
4213         show_mem(filter, nodemask);
4214 }
4215
4216 void warn_alloc(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask, const char *fmt, ...)
4217 {
4218         struct va_format vaf;
4219         va_list args;
4220         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs, 10*HZ, 1);
4221
4222         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) ||
4223              !__ratelimit(&nopage_rs) ||
4224              ((gfp_mask & __GFP_DMA) && !has_managed_dma()))
4225                 return;
4226
4227         va_start(args, fmt);
4228         vaf.fmt = fmt;
4229         vaf.va = &args;
4230         pr_warn("%s: %pV, mode:%#x(%pGg), nodemask=%*pbl",
4231                         current->comm, &vaf, gfp_mask, &gfp_mask,
4232                         nodemask_pr_args(nodemask));
4233         va_end(args);
4234
4235         cpuset_print_current_mems_allowed();
4236         pr_cont("\n");
4237         dump_stack();
4238         warn_alloc_show_mem(gfp_mask, nodemask);
4239 }
4240
4241 static inline struct page *
4242 __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4243                               unsigned int alloc_flags,
4244                               const struct alloc_context *ac)
4245 {
4246         struct page *page;
4247
4248         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
4249                         alloc_flags|ALLOC_CPUSET, ac);
4250         /*
4251          * fallback to ignore cpuset restriction if our nodes
4252          * are depleted
4253          */
4254         if (!page)
4255                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
4256                                 alloc_flags, ac);
4257
4258         return page;
4259 }
4260
4261 static inline struct page *
4262 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4263         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
4264 {
4265         struct oom_control oc = {
4266                 .zonelist = ac->zonelist,
4267                 .nodemask = ac->nodemask,
4268                 .memcg = NULL,
4269                 .gfp_mask = gfp_mask,
4270                 .order = order,
4271         };
4272         struct page *page;
4273
4274         *did_some_progress = 0;
4275
4276         /*
4277          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
4278          * making progress for us.
4279          */
4280         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
4281                 *did_some_progress = 1;
4282                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
4283                 return NULL;
4284         }
4285
4286         /*
4287          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
4288          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
4289          * we're still under heavy pressure. But make sure that this reclaim
4290          * attempt shall not depend on __GFP_DIRECT_RECLAIM && !__GFP_NORETRY
4291          * allocation which will never fail due to oom_lock already held.
4292          */
4293         page = get_page_from_freelist((gfp_mask | __GFP_HARDWALL) &
4294                                       ~__GFP_DIRECT_RECLAIM, order,
4295                                       ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
4296         if (page)
4297                 goto out;
4298
4299         /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
4300         if (current->flags & PF_DUMPCORE)
4301                 goto out;
4302         /* The OOM killer will not help higher order allocs */
4303         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4304                 goto out;
4305         /*
4306          * We have already exhausted all our reclaim opportunities without any
4307          * success so it is time to admit defeat. We will skip the OOM killer
4308          * because it is very likely that the caller has a more reasonable
4309          * fallback than shooting a random task.
4310          *
4311          * The OOM killer may not free memory on a specific node.
4312          */
4313         if (gfp_mask & (__GFP_RETRY_MAYFAIL | __GFP_THISNODE))
4314                 goto out;
4315         /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
4316         if (ac->highest_zoneidx < ZONE_NORMAL)
4317                 goto out;
4318         if (pm_suspended_storage())
4319                 goto out;
4320         /*
4321          * XXX: GFP_NOFS allocations should rather fail than rely on
4322          * other request to make a forward progress.
4323          * We are in an unfortunate situation where out_of_memory cannot
4324          * do much for this context but let's try it to at least get
4325          * access to memory reserved if the current task is killed (see
4326          * out_of_memory). Once filesystems are ready to handle allocation
4327          * failures more gracefully we should just bail out here.
4328          */
4329
4330         /* Exhausted what can be done so it's blame time */
4331         if (out_of_memory(&oc) || WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
4332                 *did_some_progress = 1;
4333
4334                 /*
4335                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
4336                  * reserves
4337                  */
4338                 if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
4339                         page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order,
4340                                         ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
4341         }
4342 out:
4343         mutex_unlock(&oom_lock);
4344         return page;
4345 }
4346
4347 /*
4348  * Maximum number of compaction retries with a progress before OOM
4349  * killer is consider as the only way to move forward.
4350  */
4351 #define MAX_COMPACT_RETRIES 16
4352
4353 #ifdef CONFIG_COMPACTION
4354 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
4355 static struct page *
4356 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4357                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4358                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
4359 {
4360         struct page *page = NULL;
4361         unsigned long pflags;
4362         unsigned int noreclaim_flag;
4363
4364         if (!order)
4365                 return NULL;
4366
4367         psi_memstall_enter(&pflags);
4368         delayacct_compact_start();
4369         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4370
4371         *compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4372                                                                 prio, &page);
4373
4374         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4375         psi_memstall_leave(&pflags);
4376         delayacct_compact_end();
4377
4378         if (*compact_result == COMPACT_SKIPPED)
4379                 return NULL;
4380         /*
4381          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
4382          * count a compaction stall
4383          */
4384         count_vm_event(COMPACTSTALL);
4385
4386         /* Prep a captured page if available */
4387         if (page)
4388                 prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
4389
4390         /* Try get a page from the freelist if available */
4391         if (!page)
4392                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4393
4394         if (page) {
4395                 struct zone *zone = page_zone(page);
4396
4397                 zone->compact_blockskip_flush = false;
4398                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
4399                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
4400                 return page;
4401         }
4402
4403         /*
4404          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
4405          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
4406          */
4407         count_vm_event(COMPACTFAIL);
4408
4409         cond_resched();
4410
4411         return NULL;
4412 }
4413
4414 static inline bool
4415 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, int order, int alloc_flags,
4416                      enum compact_result compact_result,
4417                      enum compact_priority *compact_priority,
4418                      int *compaction_retries)
4419 {
4420         int max_retries = MAX_COMPACT_RETRIES;
4421         int min_priority;
4422         bool ret = false;
4423         int retries = *compaction_retries;
4424         enum compact_priority priority = *compact_priority;
4425
4426         if (!order)
4427                 return false;
4428
4429         if (fatal_signal_pending(current))
4430                 return false;
4431
4432         if (compaction_made_progress(compact_result))
4433                 (*compaction_retries)++;
4434
4435         /*
4436          * compaction considers all the zone as desperately out of memory
4437          * so it doesn't really make much sense to retry except when the
4438          * failure could be caused by insufficient priority
4439          */
4440         if (compaction_failed(compact_result))
4441                 goto check_priority;
4442
4443         /*
4444          * compaction was skipped because there are not enough order-0 pages
4445          * to work with, so we retry only if it looks like reclaim can help.
4446          */
4447         if (compaction_needs_reclaim(compact_result)) {
4448                 ret = compaction_zonelist_suitable(ac, order, alloc_flags);
4449                 goto out;
4450         }
4451
4452         /*
4453          * make sure the compaction wasn't deferred or didn't bail out early
4454          * due to locks contention before we declare that we should give up.
4455          * But the next retry should use a higher priority if allowed, so
4456          * we don't just keep bailing out endlessly.
4457          */
4458         if (compaction_withdrawn(compact_result)) {
4459                 goto check_priority;
4460         }
4461
4462         /*
4463          * !costly requests are much more important than __GFP_RETRY_MAYFAIL
4464          * costly ones because they are de facto nofail and invoke OOM
4465          * killer to move on while costly can fail and users are ready
4466          * to cope with that. 1/4 retries is rather arbitrary but we
4467          * would need much more detailed feedback from compaction to
4468          * make a better decision.
4469          */
4470         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4471                 max_retries /= 4;
4472         if (*compaction_retries <= max_retries) {
4473                 ret = true;
4474                 goto out;
4475         }
4476
4477         /*
4478          * Make sure there are attempts at the highest priority if we exhausted
4479          * all retries or failed at the lower priorities.
4480          */
4481 check_priority:
4482         min_priority = (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) ?
4483                         MIN_COMPACT_COSTLY_PRIORITY : MIN_COMPACT_PRIORITY;
4484
4485         if (*compact_priority > min_priority) {
4486                 (*compact_priority)--;
4487                 *compaction_retries = 0;
4488                 ret = true;
4489         }
4490 out:
4491         trace_compact_retry(order, priority, compact_result, retries, max_retries, ret);
4492         return ret;
4493 }
4494 #else
4495 static inline struct page *
4496 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4497                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4498                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
4499 {
4500         *compact_result = COMPACT_SKIPPED;
4501         return NULL;
4502 }
4503
4504 static inline bool
4505 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, unsigned int order, int alloc_flags,
4506                      enum compact_result compact_result,
4507                      enum compact_priority *compact_priority,
4508                      int *compaction_retries)
4509 {
4510         struct zone *zone;
4511         struct zoneref *z;
4512
4513         if (!order || order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4514                 return false;
4515
4516         /*
4517          * There are setups with compaction disabled which would prefer to loop
4518          * inside the allocator rather than hit the oom killer prematurely.
4519          * Let's give them a good hope and keep retrying while the order-0
4520          * watermarks are OK.
4521          */
4522         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
4523                                 ac->highest_zoneidx, ac->nodemask) {
4524                 if (zone_watermark_ok(zone, 0, min_wmark_pages(zone),
4525                                         ac->highest_zoneidx, alloc_flags))
4526                         return true;
4527         }
4528         return false;
4529 }
4530 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
4531
4532 #ifdef CONFIG_LOCKDEP
4533 static struct lockdep_map __fs_reclaim_map =
4534         STATIC_LOCKDEP_MAP_INIT("fs_reclaim", &__fs_reclaim_map);
4535
4536 static bool __need_reclaim(gfp_t gfp_mask)
4537 {
4538         /* no reclaim without waiting on it */
4539         if (!(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
4540                 return false;
4541
4542         /* this guy won't enter reclaim */
4543         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4544                 return false;
4545
4546         if (gfp_mask & __GFP_NOLOCKDEP)
4547                 return false;
4548
4549         return true;
4550 }
4551
4552 void __fs_reclaim_acquire(unsigned long ip)
4553 {
4554         lock_acquire_exclusive(&__fs_reclaim_map, 0, 0, NULL, ip);
4555 }
4556
4557 void __fs_reclaim_release(unsigned long ip)
4558 {
4559         lock_release(&__fs_reclaim_map, ip);
4560 }
4561
4562 void fs_reclaim_acquire(gfp_t gfp_mask)
4563 {
4564         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4565
4566         if (__need_reclaim(gfp_mask)) {
4567                 if (gfp_mask & __GFP_FS)
4568                         __fs_reclaim_acquire(_RET_IP_);
4569
4570 #ifdef CONFIG_MMU_NOTIFIER
4571                 lock_map_acquire(&__mmu_notifier_invalidate_range_start_map);
4572                 lock_map_release(&__mmu_notifier_invalidate_range_start_map);
4573 #endif
4574
4575         }
4576 }
4577 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_acquire);
4578
4579 void fs_reclaim_release(gfp_t gfp_mask)
4580 {
4581         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4582
4583         if (__need_reclaim(gfp_mask)) {
4584                 if (gfp_mask & __GFP_FS)
4585                         __fs_reclaim_release(_RET_IP_);
4586         }
4587 }
4588 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_release);
4589 #endif
4590
4591 /* Perform direct synchronous page reclaim */
4592 static unsigned long
4593 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4594                                         const struct alloc_context *ac)
4595 {
4596         unsigned int noreclaim_flag;
4597         unsigned long pflags, progress;
4598
4599         cond_resched();
4600
4601         /* We now go into synchronous reclaim */
4602         cpuset_memory_pressure_bump();
4603         psi_memstall_enter(&pflags);
4604         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
4605         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4606
4607         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
4608                                                                 ac->nodemask);
4609
4610         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4611         fs_reclaim_release(gfp_mask);
4612         psi_memstall_leave(&pflags);
4613
4614         cond_resched();
4615
4616         return progress;
4617 }
4618
4619 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
4620 static inline struct page *
4621 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4622                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4623                 unsigned long *did_some_progress)
4624 {
4625         struct page *page = NULL;
4626         bool drained = false;
4627
4628         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
4629         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
4630                 return NULL;
4631
4632 retry:
4633         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4634
4635         /*
4636          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
4637          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
4638          * Shrink them and try again
4639          */
4640         if (!page && !drained) {
4641                 unreserve_highatomic_pageblock(ac, false);
4642                 drain_all_pages(NULL);
4643                 drained = true;
4644                 goto retry;
4645         }
4646
4647         return page;
4648 }
4649
4650 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, gfp_t gfp_mask,
4651                              const struct alloc_context *ac)
4652 {
4653         struct zoneref *z;
4654         struct zone *zone;
4655         pg_data_t *last_pgdat = NULL;
4656         enum zone_type highest_zoneidx = ac->highest_zoneidx;
4657
4658         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, highest_zoneidx,
4659                                         ac->nodemask) {
4660                 if (last_pgdat != zone->zone_pgdat)
4661                         wakeup_kswapd(zone, gfp_mask, order, highest_zoneidx);
4662                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
4663         }
4664 }
4665
4666 static inline unsigned int
4667 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4668 {
4669         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
4670
4671         /*
4672          * __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH
4673          * and __GFP_KSWAPD_RECLAIM is assumed to be the same as ALLOC_KSWAPD
4674          * to save two branches.
4675          */
4676         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
4677         BUILD_BUG_ON(__GFP_KSWAPD_RECLAIM != (__force gfp_t) ALLOC_KSWAPD);
4678
4679         /*
4680          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
4681          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
4682          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
4683          * set both ALLOC_HARDER (__GFP_ATOMIC) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
4684          */
4685         alloc_flags |= (__force int)
4686                 (gfp_mask & (__GFP_HIGH | __GFP_KSWAPD_RECLAIM));
4687
4688         if (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) {
4689                 /*
4690                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
4691                  * if it can't schedule.
4692                  */
4693                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4694                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
4695                 /*
4696                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
4697                  * comment for __cpuset_node_allowed().
4698                  */
4699                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
4700         } else if (unlikely(rt_task(current)) && in_task())
4701                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
4702
4703         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, alloc_flags);
4704
4705         return alloc_flags;
4706 }
4707
4708 static bool oom_reserves_allowed(struct task_struct *tsk)
4709 {
4710         if (!tsk_is_oom_victim(tsk))
4711                 return false;
4712
4713         /*
4714          * !MMU doesn't have oom reaper so give access to memory reserves
4715          * only to the thread with TIF_MEMDIE set
4716          */
4717         if (!IS_ENABLED(CONFIG_MMU) && !test_thread_flag(TIF_MEMDIE))
4718                 return false;
4719
4720         return true;
4721 }
4722
4723 /*
4724  * Distinguish requests which really need access to full memory
4725  * reserves from oom victims which can live with a portion of it
4726  */
4727 static inline int __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4728 {
4729         if (unlikely(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4730                 return 0;
4731         if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
4732                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4733         if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
4734                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4735         if (!in_interrupt()) {
4736                 if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4737                         return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4738                 else if (oom_reserves_allowed(current))
4739                         return ALLOC_OOM;
4740         }
4741
4742         return 0;
4743 }
4744
4745 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
4746 {
4747         return !!__gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4748 }
4749
4750 /*
4751  * Checks whether it makes sense to retry the reclaim to make a forward progress
4752  * for the given allocation request.
4753  *
4754  * We give up when we either have tried MAX_RECLAIM_RETRIES in a row
4755  * without success, or when we couldn't even meet the watermark if we
4756  * reclaimed all remaining pages on the LRU lists.
4757  *
4758  * Returns true if a retry is viable or false to enter the oom path.
4759  */
4760 static inline bool
4761 should_reclaim_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned order,
4762                      struct alloc_context *ac, int alloc_flags,
4763                      bool did_some_progress, int *no_progress_loops)
4764 {
4765         struct zone *zone;
4766         struct zoneref *z;
4767         bool ret = false;
4768
4769         /*
4770          * Costly allocations might have made a progress but this doesn't mean
4771          * their order will become available due to high fragmentation so
4772          * always increment the no progress counter for them
4773          */
4774         if (did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4775                 *no_progress_loops = 0;
4776         else
4777                 (*no_progress_loops)++;
4778
4779         /*
4780          * Make sure we converge to OOM if we cannot make any progress
4781          * several times in the row.
4782          */
4783         if (*no_progress_loops > MAX_RECLAIM_RETRIES) {
4784                 /* Before OOM, exhaust highatomic_reserve */
4785                 return unreserve_highatomic_pageblock(ac, true);
4786         }
4787
4788         /*
4789          * Keep reclaiming pages while there is a chance this will lead
4790          * somewhere.  If none of the target zones can satisfy our allocation
4791          * request even if all reclaimable pages are considered then we are
4792          * screwed and have to go OOM.
4793          */
4794         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
4795                                 ac->highest_zoneidx, ac->nodemask) {
4796                 unsigned long available;
4797                 unsigned long reclaimable;
4798                 unsigned long min_wmark = min_wmark_pages(zone);
4799                 bool wmark;
4800
4801                 available = reclaimable = zone_reclaimable_pages(zone);
4802                 available += zone_page_state_snapshot(zone, NR_FREE_PAGES);
4803
4804                 /*
4805                  * Would the allocation succeed if we reclaimed all
4806                  * reclaimable pages?
4807                  */
4808                 wmark = __zone_watermark_ok(zone, order, min_wmark,
4809                                 ac->highest_zoneidx, alloc_flags, available);
4810                 trace_reclaim_retry_zone(z, order, reclaimable,
4811                                 available, min_wmark, *no_progress_loops, wmark);
4812                 if (wmark) {
4813                         ret = true;
4814                         break;
4815                 }
4816         }
4817
4818         /*
4819          * Memory allocation/reclaim might be called from a WQ context and the
4820          * current implementation of the WQ concurrency control doesn't
4821          * recognize that a particular WQ is congested if the worker thread is
4822          * looping without ever sleeping. Therefore we have to do a short sleep
4823          * here rather than calling cond_resched().
4824          */
4825         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
4826                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
4827         else
4828                 cond_resched();
4829         return ret;
4830 }
4831
4832 static inline bool
4833 check_retry_cpuset(int cpuset_mems_cookie, struct alloc_context *ac)
4834 {
4835         /*
4836          * It's possible that cpuset's mems_allowed and the nodemask from
4837          * mempolicy don't intersect. This should be normally dealt with by
4838          * policy_nodemask(), but it's possible to race with cpuset update in
4839          * such a way the check therein was true, and then it became false
4840          * before we got our cpuset_mems_cookie here.
4841          * This assumes that for all allocations, ac->nodemask can come only
4842          * from MPOL_BIND mempolicy (whose documented semantics is to be ignored
4843          * when it does not intersect with the cpuset restrictions) or the
4844          * caller can deal with a violated nodemask.
4845          */
4846         if (cpusets_enabled() && ac->nodemask &&
4847                         !cpuset_nodemask_valid_mems_allowed(ac->nodemask)) {
4848                 ac->nodemask = NULL;
4849                 return true;
4850         }
4851
4852         /*
4853          * When updating a task's mems_allowed or mempolicy nodemask, it is
4854          * possible to race with parallel threads in such a way that our
4855          * allocation can fail while the mask is being updated. If we are about
4856          * to fail, check if the cpuset changed during allocation and if so,
4857          * retry.
4858          */
4859         if (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))
4860                 return true;
4861
4862         return false;
4863 }
4864
4865 static inline struct page *
4866 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4867                                                 struct alloc_context *ac)
4868 {
4869         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
4870         const bool costly_order = order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER;
4871         struct page *page = NULL;
4872         unsigned int alloc_flags;
4873         unsigned long did_some_progress;
4874         enum compact_priority compact_priority;
4875         enum compact_result compact_result;
4876         int compaction_retries;
4877         int no_progress_loops;
4878         unsigned int cpuset_mems_cookie;
4879         int reserve_flags;
4880
4881         /*
4882          * We also sanity check to catch abuse of atomic reserves being used by
4883          * callers that are not in atomic context.
4884          */
4885         if (WARN_ON_ONCE((gfp_mask & (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)) ==
4886                                 (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)))
4887                 gfp_mask &= ~__GFP_ATOMIC;
4888
4889 retry_cpuset:
4890         compaction_retries = 0;
4891         no_progress_loops = 0;
4892         compact_priority = DEF_COMPACT_PRIORITY;
4893         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
4894
4895         /*
4896          * The fast path uses conservative alloc_flags to succeed only until
4897          * kswapd needs to be woken up, and to avoid the cost of setting up
4898          * alloc_flags precisely. So we do that now.
4899          */
4900         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
4901
4902         /*
4903          * We need to recalculate the starting point for the zonelist iterator
4904          * because we might have used different nodemask in the fast path, or
4905          * there was a cpuset modification and we are retrying - otherwise we
4906          * could end up iterating over non-eligible zones endlessly.
4907          */
4908         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4909                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
4910         if (!ac->preferred_zoneref->zone)
4911                 goto nopage;
4912
4913         /*
4914          * Check for insane configurations where the cpuset doesn't contain
4915          * any suitable zone to satisfy the request - e.g. non-movable
4916          * GFP_HIGHUSER allocations from MOVABLE nodes only.
4917          */
4918         if (cpusets_insane_config() && (gfp_mask & __GFP_HARDWALL)) {
4919                 struct zoneref *z = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4920                                         ac->highest_zoneidx,
4921                                         &cpuset_current_mems_allowed);
4922                 if (!z->zone)
4923                         goto nopage;
4924         }
4925
4926         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4927                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4928
4929         /*
4930          * The adjusted alloc_flags might result in immediate success, so try
4931          * that first
4932          */
4933         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4934         if (page)
4935                 goto got_pg;
4936
4937         /*
4938          * For costly allocations, try direct compaction first, as it's likely
4939          * that we have enough base pages and don't need to reclaim. For non-
4940          * movable high-order allocations, do that as well, as compaction will
4941          * try prevent permanent fragmentation by migrating from blocks of the
4942          * same migratetype.
4943          * Don't try this for allocations that are allowed to ignore
4944          * watermarks, as the ALLOC_NO_WATERMARKS attempt didn't yet happen.
4945          */
4946         if (can_direct_reclaim &&
4947                         (costly_order ||
4948                            (order > 0 && ac->migratetype != MIGRATE_MOVABLE))
4949                         && !gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_mask)) {
4950                 page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order,
4951                                                 alloc_flags, ac,
4952                                                 INIT_COMPACT_PRIORITY,
4953                                                 &compact_result);
4954                 if (page)
4955                         goto got_pg;
4956
4957                 /*
4958                  * Checks for costly allocations with __GFP_NORETRY, which
4959                  * includes some THP page fault allocations
4960                  */
4961                 if (costly_order && (gfp_mask & __GFP_NORETRY)) {
4962                         /*
4963                          * If allocating entire pageblock(s) and compaction
4964                          * failed because all zones are below low watermarks
4965                          * or is prohibited because it recently failed at this
4966                          * order, fail immediately unless the allocator has
4967                          * requested compaction and reclaim retry.
4968                          *
4969                          * Reclaim is
4970                          *  - potentially very expensive because zones are far
4971                          *    below their low watermarks or this is part of very
4972                          *    bursty high order allocations,
4973                          *  - not guaranteed to help because isolate_freepages()
4974                          *    may not iterate over freed pages as part of its
4975                          *    linear scan, and
4976                          *  - unlikely to make entire pageblocks free on its
4977                          *    own.
4978                          */
4979                         if (compact_result == COMPACT_SKIPPED ||
4980                             compact_result == COMPACT_DEFERRED)
4981                                 goto nopage;
4982
4983                         /*
4984                          * Looks like reclaim/compaction is worth trying, but
4985                          * sync compaction could be very expensive, so keep
4986                          * using async compaction.
4987                          */
4988                         compact_priority = INIT_COMPACT_PRIORITY;
4989                 }
4990         }
4991
4992 retry:
4993         /* Ensure kswapd doesn't accidentally go to sleep as long as we loop */
4994         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4995                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4996
4997         reserve_flags = __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4998         if (reserve_flags)
4999                 alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, reserve_flags);
5000
5001         /*
5002          * Reset the nodemask and zonelist iterators if memory policies can be
5003          * ignored. These allocations are high priority and system rather than
5004          * user oriented.
5005          */
5006         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) || reserve_flags) {
5007                 ac->nodemask = NULL;
5008                 ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
5009                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
5010         }
5011
5012         /* Attempt with potentially adjusted zonelist and alloc_flags */
5013         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
5014         if (page)
5015                 goto got_pg;
5016
5017         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
5018         if (!can_direct_reclaim)
5019                 goto nopage;
5020
5021         /* Avoid recursion of direct reclaim */
5022         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
5023                 goto nopage;
5024
5025         /* Try direct reclaim and then allocating */
5026         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
5027                                                         &did_some_progress);
5028         if (page)
5029                 goto got_pg;
5030
5031         /* Try direct compaction and then allocating */
5032         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
5033                                         compact_priority, &compact_result);
5034         if (page)
5035                 goto got_pg;
5036
5037         /* Do not loop if specifically requested */
5038         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
5039                 goto nopage;
5040
5041         /*
5042          * Do not retry costly high order allocations unless they are
5043          * __GFP_RETRY_MAYFAIL
5044          */
5045         if (costly_order && !(gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL))
5046                 goto nopage;
5047
5048         if (should_reclaim_retry(gfp_mask, order, ac, alloc_flags,
5049                                  did_some_progress > 0, &no_progress_loops))
5050                 goto retry;
5051
5052         /*
5053          * It doesn't make any sense to retry for the compaction if the order-0
5054          * reclaim is not able to make any progress because the current
5055          * implementation of the compaction depends on the sufficient amount
5056          * of free memory (see __compaction_suitable)
5057          */
5058         if (did_some_progress > 0 &&
5059                         should_compact_retry(ac, order, alloc_flags,
5060                                 compact_result, &compact_priority,
5061                                 &compaction_retries))
5062                 goto retry;
5063
5064
5065         /* Deal with possible cpuset update races before we start OOM killing */
5066         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
5067                 goto retry_cpuset;
5068
5069         /* Reclaim has failed us, start killing things */
5070         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
5071         if (page)
5072                 goto got_pg;
5073
5074         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
5075         if (tsk_is_oom_victim(current) &&
5076             (alloc_flags & ALLOC_OOM ||
5077              (gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC)))
5078                 goto nopage;
5079
5080         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
5081         if (did_some_progress) {
5082                 no_progress_loops = 0;
5083                 goto retry;
5084         }
5085
5086 nopage:
5087         /* Deal with possible cpuset update races before we fail */
5088         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
5089                 goto retry_cpuset;
5090
5091         /*
5092          * Make sure that __GFP_NOFAIL request doesn't leak out and make sure
5093          * we always retry
5094          */
5095         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL) {
5096                 /*
5097                  * All existing users of the __GFP_NOFAIL are blockable, so warn
5098                  * of any new users that actually require GFP_NOWAIT
5099                  */
5100                 if (WARN_ON_ONCE(!can_direct_reclaim))
5101                         goto fail;
5102
5103                 /*
5104                  * PF_MEMALLOC request from this context is rather bizarre
5105                  * because we cannot reclaim anything and only can loop waiting
5106                  * for somebody to do a work for us
5107                  */
5108                 WARN_ON_ONCE(current->flags & PF_MEMALLOC);
5109
5110                 /*
5111                  * non failing costly orders are a hard requirement which we
5112                  * are not prepared for much so let's warn about these users
5113                  * so that we can identify them and convert them to something
5114                  * else.
5115                  */
5116                 WARN_ON_ONCE(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
5117
5118                 /*
5119                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
5120                  * reserves but do not use ALLOC_NO_WATERMARKS because this
5121                  * could deplete whole memory reserves which would just make
5122                  * the situation worse
5123                  */
5124                 page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order, ALLOC_HARDER, ac);
5125                 if (page)
5126                         goto got_pg;
5127
5128                 cond_resched();
5129                 goto retry;
5130         }
5131 fail:
5132         warn_alloc(gfp_mask, ac->nodemask,
5133                         "page allocation failure: order:%u", order);
5134 got_pg:
5135         return page;
5136 }
5137
5138 static inline bool prepare_alloc_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
5139                 int preferred_nid, nodemask_t *nodemask,
5140                 struct alloc_context *ac, gfp_t *alloc_gfp,
5141                 unsigned int *alloc_flags)
5142 {
5143         ac->highest_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
5144         ac->zonelist = node_zonelist(preferred_nid, gfp_mask);
5145         ac->nodemask = nodemask;
5146         ac->migratetype = gfp_migratetype(gfp_mask);
5147
5148         if (cpusets_enabled()) {
5149                 *alloc_gfp |= __GFP_HARDWALL;
5150                 /*
5151                  * When we are in the interrupt context, it is irrelevant
5152                  * to the current task context. It means that any node ok.
5153                  */
5154                 if (in_task() && !ac->nodemask)
5155                         ac->nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
5156                 else
5157                         *alloc_flags |= ALLOC_CPUSET;
5158         }
5159
5160         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
5161         fs_reclaim_release(gfp_mask);
5162
5163         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM);
5164
5165         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
5166                 return false;
5167
5168         *alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, *alloc_flags);
5169
5170         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
5171         ac->spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
5172
5173         /*
5174          * The preferred zone is used for statistics but crucially it is
5175          * also used as the starting point for the zonelist iterator. It
5176          * may get reset for allocations that ignore memory policies.
5177          */
5178         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
5179                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
5180
5181         return true;
5182 }
5183
5184 /*
5185  * __alloc_pages_bulk - Allocate a number of order-0 pages to a list or array
5186  * @gfp: GFP flags for the allocation
5187  * @preferred_nid: The preferred NUMA node ID to allocate from
5188  * @nodemask: Set of nodes to allocate from, may be NULL
5189  * @nr_pages: The number of pages desired on the list or array
5190  * @page_list: Optional list to store the allocated pages
5191  * @page_array: Optional array to store the pages
5192  *
5193  * This is a batched version of the page allocator that attempts to
5194  * allocate nr_pages quickly. Pages are added to page_list if page_list
5195  * is not NULL, otherwise it is assumed that the page_array is valid.
5196  *
5197  * For lists, nr_pages is the number of pages that should be allocated.
5198  *
5199  * For arrays, only NULL elements are populated with pages and nr_pages
5200  * is the maximum number of pages that will be stored in the array.
5201  *
5202  * Returns the number of pages on the list or array.
5203  */
5204 unsigned long __alloc_pages_bulk(gfp_t gfp, int preferred_nid,
5205                         nodemask_t *nodemask, int nr_pages,
5206                         struct list_head *page_list,
5207                         struct page **page_array)
5208 {
5209         struct page *page;
5210         unsigned long flags;
5211         struct zone *zone;
5212         struct zoneref *z;
5213         struct per_cpu_pages *pcp;
5214         struct list_head *pcp_list;
5215         struct alloc_context ac;
5216         gfp_t alloc_gfp;
5217         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
5218         int nr_populated = 0, nr_account = 0;
5219
5220         /*
5221          * Skip populated array elements to determine if any pages need
5222          * to be allocated before disabling IRQs.
5223          */
5224         while (page_array && nr_populated < nr_pages && page_array[nr_populated])
5225                 nr_populated++;
5226
5227         /* No pages requested? */
5228         if (unlikely(nr_pages <= 0))
5229                 goto out;
5230
5231         /* Already populated array? */
5232         if (unlikely(page_array && nr_pages - nr_populated == 0))
5233                 goto out;
5234
5235         /* Bulk allocator does not support memcg accounting. */
5236         if (memcg_kmem_enabled() && (gfp & __GFP_ACCOUNT))
5237                 goto failed;
5238
5239         /* Use the single page allocator for one page. */
5240         if (nr_pages - nr_populated == 1)
5241                 goto failed;
5242
5243 #ifdef CONFIG_PAGE_OWNER
5244         /*
5245          * PAGE_OWNER may recurse into the allocator to allocate space to
5246          * save the stack with pagesets.lock held. Releasing/reacquiring
5247          * removes much of the performance benefit of bulk allocation so
5248          * force the caller to allocate one page at a time as it'll have
5249          * similar performance to added complexity to the bulk allocator.
5250          */
5251         if (static_branch_unlikely(&page_owner_inited))
5252                 goto failed;
5253 #endif
5254
5255         /* May set ALLOC_NOFRAGMENT, fragmentation will return 1 page. */
5256         gfp &= gfp_allowed_mask;
5257         alloc_gfp = gfp;
5258         if (!prepare_alloc_pages(gfp, 0, preferred_nid, nodemask, &ac, &alloc_gfp, &alloc_flags))
5259                 goto out;
5260         gfp = alloc_gfp;
5261
5262         /* Find an allowed local zone that meets the low watermark. */
5263         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac.zonelist, ac.highest_zoneidx, ac.nodemask) {
5264                 unsigned long mark;
5265
5266                 if (cpusets_enabled() && (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
5267                     !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp)) {
5268                         continue;
5269                 }
5270
5271                 if (nr_online_nodes > 1 && zone != ac.preferred_zoneref->zone &&
5272                     zone_to_nid(zone) != zone_to_nid(ac.preferred_zoneref->zone)) {
5273                         goto failed;
5274                 }
5275
5276                 mark = wmark_pages(zone, alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK) + nr_pages;
5277                 if (zone_watermark_fast(zone, 0,  mark,
5278                                 zonelist_zone_idx(ac.preferred_zoneref),
5279                                 alloc_flags, gfp)) {
5280                         break;
5281                 }
5282         }
5283
5284         /*
5285          * If there are no allowed local zones that meets the watermarks then
5286          * try to allocate a single page and reclaim if necessary.
5287          */
5288         if (unlikely(!zone))
5289                 goto failed;
5290
5291         /* Attempt the batch allocation */
5292         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
5293         pcp = this_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset);
5294         pcp_list = &pcp->lists[order_to_pindex(ac.migratetype, 0)];
5295
5296         while (nr_populated < nr_pages) {
5297
5298                 /* Skip existing pages */
5299                 if (page_array && page_array[nr_populated]) {
5300                         nr_populated++;
5301                         continue;
5302                 }
5303
5304                 page = __rmqueue_pcplist(zone, 0, ac.migratetype, alloc_flags,
5305                                                                 pcp, pcp_list);
5306                 if (unlikely(!page)) {
5307                         /* Try and get at least one page */
5308                         if (!nr_populated)
5309                                 goto failed_irq;
5310                         break;
5311                 }
5312                 nr_account++;
5313
5314                 prep_new_page(page, 0, gfp, 0);
5315                 if (page_list)
5316                         list_add(&page->lru, page_list);
5317                 else
5318                         page_array[nr_populated] = page;
5319                 nr_populated++;
5320         }
5321
5322         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
5323
5324         __count_zid_vm_events(PGALLOC, zone_idx(zone), nr_account);
5325         zone_statistics(ac.preferred_zoneref->zone, zone, nr_account);
5326
5327 out:
5328         return nr_populated;
5329
5330 failed_irq:
5331         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
5332
5333 failed:
5334         page = __alloc_pages(gfp, 0, preferred_nid, nodemask);
5335         if (page) {
5336                 if (page_list)
5337                         list_add(&page->lru, page_list);
5338                 else
5339                         page_array[nr_populated] = page;
5340                 nr_populated++;
5341         }
5342
5343         goto out;
5344 }
5345 EXPORT_SYMBOL_GPL(__alloc_pages_bulk);
5346
5347 /*
5348  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
5349  */
5350 struct page *__alloc_pages(gfp_t gfp, unsigned int order, int preferred_nid,
5351                                                         nodemask_t *nodemask)
5352 {
5353         struct page *page;
5354         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
5355         gfp_t alloc_gfp; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
5356         struct alloc_context ac = { };
5357
5358         /*
5359          * There are several places where we assume that the order value is sane
5360          * so bail out early if the request is out of bound.
5361          */
5362         if (unlikely(order >= MAX_ORDER)) {
5363                 WARN_ON_ONCE(!(gfp & __GFP_NOWARN));
5364                 return NULL;
5365         }
5366
5367         gfp &= gfp_allowed_mask;
5368         /*
5369          * Apply scoped allocation constraints. This is mainly about GFP_NOFS
5370          * resp. GFP_NOIO which has to be inherited for all allocation requests
5371          * from a particular context which has been marked by
5372          * memalloc_no{fs,io}_{save,restore}. And PF_MEMALLOC_PIN which ensures
5373          * movable zones are not used during allocation.
5374          */
5375         gfp = current_gfp_context(gfp);
5376         alloc_gfp = gfp;
5377         if (!prepare_alloc_pages(gfp, order, preferred_nid, nodemask, &ac,
5378                         &alloc_gfp, &alloc_flags))
5379                 return NULL;
5380
5381         /*
5382          * Forbid the first pass from falling back to types that fragment
5383          * memory until all local zones are considered.
5384          */
5385         alloc_flags |= alloc_flags_nofragment(ac.preferred_zoneref->zone, gfp);
5386
5387         /* First allocation attempt */
5388         page = get_page_from_freelist(alloc_gfp, order, alloc_flags, &ac);
5389         if (likely(page))
5390                 goto out;
5391
5392         alloc_gfp = gfp;
5393         ac.spread_dirty_pages = false;
5394
5395         /*
5396          * Restore the original nodemask if it was potentially replaced with
5397          * &cpuset_current_mems_allowed to optimize the fast-path attempt.
5398          */
5399         ac.nodemask = nodemask;
5400
5401         page = __alloc_pages_slowpath(alloc_gfp, order, &ac);
5402
5403 out:
5404         if (memcg_kmem_enabled() && (gfp & __GFP_ACCOUNT) && page &&
5405             unlikely(__memcg_kmem_charge_page(page, gfp, order) != 0)) {
5406                 __free_pages(page, order);
5407                 page = NULL;
5408         }
5409
5410         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_gfp, ac.migratetype);
5411
5412         return page;
5413 }
5414 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages);
5415
5416 struct folio *__folio_alloc(gfp_t gfp, unsigned int order, int preferred_nid,
5417                 nodemask_t *nodemask)
5418 {
5419         struct page *page = __alloc_pages(gfp | __GFP_COMP, order,
5420                         preferred_nid, nodemask);
5421
5422         if (page && order > 1)
5423                 prep_transhuge_page(page);
5424         return (struct folio *)page;
5425 }
5426 EXPORT_SYMBOL(__folio_alloc);
5427
5428 /*
5429  * Common helper functions. Never use with __GFP_HIGHMEM because the returned
5430  * address cannot represent highmem pages. Use alloc_pages and then kmap if
5431  * you need to access high mem.
5432  */
5433 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
5434 {
5435         struct page *page;
5436
5437         page = alloc_pages(gfp_mask & ~__GFP_HIGHMEM, order);
5438         if (!page)
5439                 return 0;
5440         return (unsigned long) page_address(page);
5441 }
5442 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
5443
5444 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
5445 {
5446         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
5447 }
5448 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
5449
5450 /**
5451  * __free_pages - Free pages allocated with alloc_pages().
5452  * @page: The page pointer returned from alloc_pages().
5453  * @order: The order of the allocation.
5454  *
5455  * This function can free multi-page allocations that are not compound
5456  * pages.  It does not check that the @order passed in matches that of
5457  * the allocation, so it is easy to leak memory.  Freeing more memory
5458  * than was allocated will probably emit a warning.
5459  *
5460  * If the last reference to this page is speculative, it will be released
5461  * by put_page() which only frees the first page of a non-compound
5462  * allocation.  To prevent the remaining pages from being leaked, we free
5463  * the subsequent pages here.  If you want to use the page's reference
5464  * count to decide when to free the allocation, you should allocate a
5465  * compound page, and use put_page() instead of __free_pages().
5466  *
5467  * Context: May be called in interrupt context or while holding a normal
5468  * spinlock, but not in NMI context or while holding a raw spinlock.
5469  */
5470 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
5471 {
5472         if (put_page_testzero(page))
5473                 free_the_page(page, order);
5474         else if (!PageHead(page))
5475                 while (order-- > 0)
5476                         free_the_page(page + (1 << order), order);
5477 }
5478 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
5479
5480 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
5481 {
5482         if (addr != 0) {
5483                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
5484                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
5485         }
5486 }
5487
5488 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
5489
5490 /*
5491  * Page Fragment:
5492  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
5493  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
5494  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
5495  *
5496  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
5497  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
5498  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
5499  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
5500  */
5501 static struct page *__page_frag_cache_refill(struct page_frag_cache *nc,
5502                                              gfp_t gfp_mask)
5503 {
5504         struct page *page = NULL;
5505         gfp_t gfp = gfp_mask;
5506
5507 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
5508         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
5509                     __GFP_NOMEMALLOC;
5510         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
5511                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
5512         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
5513 #endif
5514         if (unlikely(!page))
5515                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
5516
5517         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
5518
5519         return page;
5520 }
5521
5522 void __page_frag_cache_drain(struct page *page, unsigned int count)
5523 {
5524         VM_BUG_ON_PAGE(page_ref_count(page) == 0, page);
5525
5526         if (page_ref_sub_and_test(page, count))
5527                 free_the_page(page, compound_order(page));
5528 }
5529 EXPORT_SYMBOL(__page_frag_cache_drain);
5530
5531 void *page_frag_alloc_align(struct page_frag_cache *nc,
5532                       unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask,
5533                       unsigned int align_mask)
5534 {
5535         unsigned int size = PAGE_SIZE;
5536         struct page *page;
5537         int offset;
5538
5539         if (unlikely(!nc->va)) {
5540 refill:
5541                 page = __page_frag_cache_refill(nc, gfp_mask);
5542                 if (!page)
5543                         return NULL;
5544
5545 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
5546                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
5547                 size = nc->size;
5548 #endif
5549                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
5550                  * This would break get_page_unless_zero() users.
5551                  */
5552                 page_ref_add(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE);
5553
5554                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
5555                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
5556                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
5557                 nc->offset = size;
5558         }
5559
5560         offset = nc->offset - fragsz;
5561         if (unlikely(offset < 0)) {
5562                 page = virt_to_page(nc->va);
5563
5564                 if (!page_ref_sub_and_test(page, nc->pagecnt_bias))
5565                         goto refill;
5566
5567                 if (unlikely(nc->pfmemalloc)) {
5568                         free_the_page(page, compound_order(page));
5569                         goto refill;
5570                 }
5571
5572 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
5573                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
5574                 size = nc->size;
5575 #endif
5576                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
5577                 set_page_count(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1);
5578
5579                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
5580                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
5581                 offset = size - fragsz;
5582         }
5583
5584         nc->pagecnt_bias--;
5585         offset &= align_mask;
5586         nc->offset = offset;
5587
5588         return nc->va + offset;
5589 }
5590 EXPORT_SYMBOL(page_frag_alloc_align);
5591
5592 /*
5593  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
5594  */
5595 void page_frag_free(void *addr)
5596 {
5597         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
5598
5599         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
5600                 free_the_page(page, compound_order(page));
5601 }
5602 EXPORT_SYMBOL(page_frag_free);
5603
5604 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
5605                 size_t size)
5606 {
5607         if (addr) {
5608                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
5609                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
5610
5611                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
5612                 while (used < alloc_end) {
5613                         free_page(used);
5614                         used += PAGE_SIZE;
5615                 }
5616         }
5617         return (void *)addr;
5618 }
5619
5620 /**
5621  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
5622  * @size: the number of bytes to allocate
5623  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
5624  *
5625  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
5626  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
5627  * allocate memory in power-of-two pages.
5628  *
5629  * This function is also limited by MAX_ORDER.
5630  *
5631  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
5632  *
5633  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
5634  */
5635 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
5636 {
5637         unsigned int order = get_order(size);
5638         unsigned long addr;
5639
5640         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & (__GFP_COMP | __GFP_HIGHMEM)))
5641                 gfp_mask &= ~(__GFP_COMP | __GFP_HIGHMEM);
5642
5643         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
5644         return make_alloc_exact(addr, order, size);
5645 }
5646 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
5647
5648 /**
5649  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
5650  *                         pages on a node.
5651  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
5652  * @size: the number of bytes to allocate
5653  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
5654  *
5655  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
5656  * back.
5657  *
5658  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
5659  */
5660 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
5661 {
5662         unsigned int order = get_order(size);
5663         struct page *p;
5664
5665         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & (__GFP_COMP | __GFP_HIGHMEM)))
5666                 gfp_mask &= ~(__GFP_COMP | __GFP_HIGHMEM);
5667
5668         p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
5669         if (!p)
5670                 return NULL;
5671         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
5672 }
5673
5674 /**
5675  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
5676  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
5677  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
5678  *
5679  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
5680  */
5681 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
5682 {
5683         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
5684         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
5685
5686         while (addr < end) {
5687                 free_page(addr);
5688                 addr += PAGE_SIZE;
5689         }
5690 }
5691 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
5692
5693 /**
5694  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
5695  * @offset: The zone index of the highest zone
5696  *
5697  * nr_free_zone_pages() counts the number of pages which are beyond the
5698  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
5699  * zone, the number of pages is calculated as:
5700  *
5701  *     nr_free_zone_pages = managed_pages - high_pages
5702  *
5703  * Return: number of pages beyond high watermark.
5704  */
5705 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
5706 {
5707         struct zoneref *z;
5708         struct zone *zone;
5709
5710         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
5711         unsigned long sum = 0;
5712
5713         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
5714
5715         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
5716                 unsigned long size = zone_managed_pages(zone);
5717                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
5718                 if (size > high)
5719                         sum += size - high;
5720         }
5721
5722         return sum;
5723 }
5724
5725 /**
5726  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
5727  *
5728  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
5729  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
5730  *
5731  * Return: number of pages beyond high watermark within ZONE_DMA and
5732  * ZONE_NORMAL.
5733  */
5734 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
5735 {
5736         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
5737 }
5738 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
5739
5740 static inline void show_node(struct zone *zone)
5741 {
5742         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
5743                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
5744 }
5745
5746 long si_mem_available(void)
5747 {
5748         long available;
5749         unsigned long pagecache;
5750         unsigned long wmark_low = 0;
5751         unsigned long pages[NR_LRU_LISTS];
5752         unsigned long reclaimable;
5753         struct zone *zone;
5754         int lru;
5755
5756         for (lru = LRU_BASE; lru < NR_LRU_LISTS; lru++)
5757                 pages[lru] = global_node_page_state(NR_LRU_BASE + lru);
5758
5759         for_each_zone(zone)
5760                 wmark_low += low_wmark_pages(zone);
5761
5762         /*
5763          * Estimate the amount of memory available for userspace allocations,
5764          * without causing swapping.
5765          */
5766         available = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES) - totalreserve_pages;
5767
5768         /*
5769          * Not all the page cache can be freed, otherwise the system will
5770          * start swapping. Assume at least half of the page cache, or the
5771          * low watermark worth of cache, needs to stay.
5772          */
5773         pagecache = pages[LRU_ACTIVE_FILE] + pages[LRU_INACTIVE_FILE];
5774         pagecache -= min(pagecache / 2, wmark_low);
5775         available += pagecache;
5776
5777         /*
5778          * Part of the reclaimable slab and other kernel memory consists of
5779          * items that are in use, and cannot be freed. Cap this estimate at the
5780          * low watermark.
5781          */
5782         reclaimable = global_node_page_state_pages(NR_SLAB_RECLAIMABLE_B) +
5783                 global_node_page_state(NR_KERNEL_MISC_RECLAIMABLE);
5784         available += reclaimable - min(reclaimable / 2, wmark_low);
5785
5786         if (available < 0)
5787                 available = 0;
5788         return available;
5789 }
5790 EXPORT_SYMBOL_GPL(si_mem_available);
5791
5792 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
5793 {
5794         val->totalram = totalram_pages();
5795         val->sharedram = global_node_page_state(NR_SHMEM);
5796         val->freeram = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES);
5797         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
5798         val->totalhigh = totalhigh_pages();
5799         val->freehigh = nr_free_highpages();
5800         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
5801 }
5802
5803 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
5804
5805 #ifdef CONFIG_NUMA
5806 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
5807 {
5808         int zone_type;          /* needs to be signed */
5809         unsigned long managed_pages = 0;
5810         unsigned long managed_highpages = 0;
5811         unsigned long free_highpages = 0;
5812         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5813
5814         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
5815                 managed_pages += zone_managed_pages(&pgdat->node_zones[zone_type]);
5816         val->totalram = managed_pages;
5817         val->sharedram = node_page_state(pgdat, NR_SHMEM);
5818         val->freeram = sum_zone_node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
5819 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
5820         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++) {
5821                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
5822
5823                 if (is_highmem(zone)) {
5824                         managed_highpages += zone_managed_pages(zone);
5825                         free_highpages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
5826                 }
5827         }
5828         val->totalhigh = managed_highpages;
5829         val->freehigh = free_highpages;
5830 #else
5831         val->totalhigh = managed_highpages;
5832         val->freehigh = free_highpages;
5833 #endif
5834         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
5835 }
5836 #endif
5837
5838 /*
5839  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
5840  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
5841  */
5842 static bool show_mem_node_skip(unsigned int flags, int nid, nodemask_t *nodemask)
5843 {
5844         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
5845                 return false;
5846
5847         /*
5848          * no node mask - aka implicit memory numa policy. Do not bother with
5849          * the synchronization - read_mems_allowed_begin - because we do not
5850          * have to be precise here.
5851          */
5852         if (!nodemask)
5853                 nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
5854
5855         return !node_isset(nid, *nodemask);
5856 }
5857
5858 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
5859
5860 static void show_migration_types(unsigned char type)
5861 {
5862         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
5863                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
5864                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
5865                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
5866                 [MIGRATE_HIGHATOMIC]    = 'H',
5867 #ifdef CONFIG_CMA
5868                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
5869 #endif
5870 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
5871                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
5872 #endif
5873         };
5874         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
5875         char *p = tmp;
5876         int i;
5877
5878         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
5879                 if (type & (1 << i))
5880                         *p++ = types[i];
5881         }
5882
5883         *p = '\0';
5884         printk(KERN_CONT "(%s) ", tmp);
5885 }
5886
5887 /*
5888  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
5889  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
5890  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
5891  *
5892  * Bits in @filter:
5893  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
5894  *   cpuset.
5895  */
5896 void show_free_areas(unsigned int filter, nodemask_t *nodemask)
5897 {
5898         unsigned long free_pcp = 0;
5899         int cpu;
5900         struct zone *zone;
5901         pg_data_t *pgdat;
5902
5903         for_each_populated_zone(zone) {
5904                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5905                         continue;
5906
5907                 for_each_online_cpu(cpu)
5908                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu)->count;
5909         }
5910
5911         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
5912                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
5913                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu\n"
5914                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
5915                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
5916                 " kernel_misc_reclaimable:%lu\n"
5917                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
5918                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
5919                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
5920                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
5921                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
5922                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
5923                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
5924                 global_node_page_state(NR_UNEVICTABLE),
5925                 global_node_page_state(NR_FILE_DIRTY),
5926                 global_node_page_state(NR_WRITEBACK),
5927                 global_node_page_state_pages(NR_SLAB_RECLAIMABLE_B),
5928                 global_node_page_state_pages(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE_B),
5929                 global_node_page_state(NR_FILE_MAPPED),
5930                 global_node_page_state(NR_SHMEM),
5931                 global_node_page_state(NR_PAGETABLE),
5932                 global_zone_page_state(NR_BOUNCE),
5933                 global_node_page_state(NR_KERNEL_MISC_RECLAIMABLE),
5934                 global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES),
5935                 free_pcp,
5936                 global_zone_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
5937
5938         for_each_online_pgdat(pgdat) {
5939                 if (show_mem_node_skip(filter, pgdat->node_id, nodemask))
5940                         continue;
5941
5942                 printk("Node %d"
5943                         " active_anon:%lukB"
5944                         " inactive_anon:%lukB"
5945                         " active_file:%lukB"
5946                         " inactive_file:%lukB"
5947                         " unevictable:%lukB"
5948                         " isolated(anon):%lukB"
5949                         " isolated(file):%lukB"
5950                         " mapped:%lukB"
5951                         " dirty:%lukB"
5952                         " writeback:%lukB"
5953                         " shmem:%lukB"
5954 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5955                         " shmem_thp: %lukB"
5956                         " shmem_pmdmapped: %lukB"
5957                         " anon_thp: %lukB"
5958 #endif
5959                         " writeback_tmp:%lukB"
5960                         " kernel_stack:%lukB"
5961 #ifdef CONFIG_SHADOW_CALL_STACK
5962                         " shadow_call_stack:%lukB"
5963 #endif
5964                         " pagetables:%lukB"
5965                         " all_unreclaimable? %s"
5966                         "\n",
5967                         pgdat->node_id,
5968                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_ANON)),
5969                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON)),
5970                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE)),
5971                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE)),
5972                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNEVICTABLE)),
5973                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON)),
5974                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_FILE)),
5975                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_MAPPED)),
5976                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_DIRTY)),
5977                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK)),
5978                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM)),
5979 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5980                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_THPS)),
5981                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_PMDMAPPED)),
5982                         K(node_page_state(pgdat, NR_ANON_THPS)),
5983 #endif
5984                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK_TEMP)),
5985                         node_page_state(pgdat, NR_KERNEL_STACK_KB),
5986 #ifdef CONFIG_SHADOW_CALL_STACK
5987                         node_page_state(pgdat, NR_KERNEL_SCS_KB),
5988 #endif
5989                         K(node_page_state(pgdat, NR_PAGETABLE)),
5990                         pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES ?
5991                                 "yes" : "no");
5992         }
5993
5994         for_each_populated_zone(zone) {
5995                 int i;
5996
5997                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5998                         continue;
5999
6000                 free_pcp = 0;
6001                 for_each_online_cpu(cpu)
6002                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu)->count;
6003
6004                 show_node(zone);
6005                 printk(KERN_CONT
6006                         "%s"
6007                         " free:%lukB"
6008                         " boost:%lukB"
6009                         " min:%lukB"
6010                         " low:%lukB"
6011                         " high:%lukB"
6012                         " reserved_highatomic:%luKB"
6013                         " active_anon:%lukB"
6014                         " inactive_anon:%lukB"
6015                         " active_file:%lukB"
6016                         " inactive_file:%lukB"
6017                         " unevictable:%lukB"
6018                         " writepending:%lukB"
6019                         " present:%lukB"
6020                         " managed:%lukB"
6021                         " mlocked:%lukB"
6022                         " bounce:%lukB"
6023                         " free_pcp:%lukB"
6024                         " local_pcp:%ukB"
6025                         " free_cma:%lukB"
6026                         "\n",
6027                         zone->name,
6028                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
6029                         K(zone->watermark_boost),
6030                         K(min_wmark_pages(zone)),
6031                         K(low_wmark_pages(zone)),
6032                         K(high_wmark_pages(zone)),
6033                         K(zone->nr_reserved_highatomic),
6034                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_ANON)),
6035                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_ANON)),
6036                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_FILE)),
6037                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_FILE)),
6038                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_UNEVICTABLE)),
6039                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_WRITE_PENDING)),
6040                         K(zone->present_pages),
6041                         K(zone_managed_pages(zone)),
6042                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
6043                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
6044                         K(free_pcp),
6045                         K(this_cpu_read(zone->per_cpu_pageset->count)),
6046                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)));
6047                 printk("lowmem_reserve[]:");
6048                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
6049                         printk(KERN_CONT " %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
6050                 printk(KERN_CONT "\n");
6051         }
6052
6053         for_each_populated_zone(zone) {
6054                 unsigned int order;
6055                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, total = 0;
6056                 unsigned char types[MAX_ORDER];
6057
6058                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
6059                         continue;
6060                 show_node(zone);
6061                 printk(KERN_CONT "%s: ", zone->name);
6062
6063                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6064                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
6065                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
6066                         int type;
6067
6068                         nr[order] = area->nr_free;
6069                         total += nr[order] << order;
6070
6071                         types[order] = 0;
6072                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
6073                                 if (!free_area_empty(area, type))
6074                                         types[order] |= 1 << type;
6075                         }
6076                 }
6077                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6078                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
6079                         printk(KERN_CONT "%lu*%lukB ",
6080                                nr[order], K(1UL) << order);
6081                         if (nr[order])
6082                                 show_migration_types(types[order]);
6083                 }
6084                 printk(KERN_CONT "= %lukB\n", K(total));
6085         }
6086
6087         hugetlb_show_meminfo();
6088
6089         printk("%ld total pagecache pages\n", global_node_page_state(NR_FILE_PAGES));
6090
6091         show_swap_cache_info();
6092 }
6093
6094 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
6095 {
6096         zoneref->zone = zone;
6097         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
6098 }
6099
6100 /*
6101  * Builds allocation fallback zone lists.
6102  *
6103  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
6104  */
6105 static int build_zonerefs_node(pg_data_t *pgdat, struct zoneref *zonerefs)
6106 {
6107         struct zone *zone;
6108         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
6109         int nr_zones = 0;
6110
6111         do {
6112                 zone_type--;
6113                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
6114                 if (managed_zone(zone)) {
6115                         zoneref_set_zone(zone, &zonerefs[nr_zones++]);
6116                         check_highest_zone(zone_type);
6117                 }
6118         } while (zone_type);
6119
6120         return nr_zones;
6121 }
6122
6123 #ifdef CONFIG_NUMA
6124
6125 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
6126 {
6127         /*
6128          * We used to support different zonelists modes but they turned
6129          * out to be just not useful. Let's keep the warning in place
6130          * if somebody still use the cmd line parameter so that we do
6131          * not fail it silently
6132          */
6133         if (!(*s == 'd' || *s == 'D' || *s == 'n' || *s == 'N')) {
6134                 pr_warn("Ignoring unsupported numa_zonelist_order value:  %s\n", s);
6135                 return -EINVAL;
6136         }
6137         return 0;
6138 }
6139
6140 char numa_zonelist_order[] = "Node";
6141
6142 /*
6143  * sysctl handler for numa_zonelist_order
6144  */
6145 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
6146                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6147 {
6148         if (write)
6149                 return __parse_numa_zonelist_order(buffer);
6150         return proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
6151 }
6152
6153
6154 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
6155 static int node_load[MAX_NUMNODES];
6156
6157 /**
6158  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
6159  * @node: node whose fallback list we're appending
6160  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
6161  *
6162  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
6163  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
6164  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
6165  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
6166  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
6167  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
6168  * on them otherwise.
6169  *
6170  * Return: node id of the found node or %NUMA_NO_NODE if no node is found.
6171  */
6172 int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
6173 {
6174         int n, val;
6175         int min_val = INT_MAX;
6176         int best_node = NUMA_NO_NODE;
6177
6178         /* Use the local node if we haven't already */
6179         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
6180                 node_set(node, *used_node_mask);
6181                 return node;
6182         }
6183
6184         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
6185
6186                 /* Don't want a node to appear more than once */
6187                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
6188                         continue;
6189
6190                 /* Use the distance array to find the distance */
6191                 val = node_distance(node, n);
6192
6193                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
6194                 val += (n < node);
6195
6196                 /* Give preference to headless and unused nodes */
6197                 if (!cpumask_empty(cpumask_of_node(n)))
6198                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
6199
6200                 /* Slight preference for less loaded node */
6201                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
6202                 val += node_load[n];
6203
6204                 if (val < min_val) {
6205                         min_val = val;
6206                         best_node = n;
6207                 }
6208         }
6209
6210         if (best_node >= 0)
6211                 node_set(best_node, *used_node_mask);
6212
6213         return best_node;
6214 }
6215
6216
6217 /*
6218  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
6219  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
6220  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
6221  */
6222 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int *node_order,
6223                 unsigned nr_nodes)
6224 {
6225         struct zoneref *zonerefs;
6226         int i;
6227
6228         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
6229
6230         for (i = 0; i < nr_nodes; i++) {
6231                 int nr_zones;
6232
6233                 pg_data_t *node = NODE_DATA(node_order[i]);
6234
6235                 nr_zones = build_zonerefs_node(node, zonerefs);
6236                 zonerefs += nr_zones;
6237         }
6238         zonerefs->zone = NULL;
6239         zonerefs->zone_idx = 0;
6240 }
6241
6242 /*
6243  * Build gfp_thisnode zonelists
6244  */
6245 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
6246 {
6247         struct zoneref *zonerefs;
6248         int nr_zones;
6249
6250         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_NOFALLBACK]._zonerefs;
6251         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
6252         zonerefs += nr_zones;
6253         zonerefs->zone = NULL;
6254         zonerefs->zone_idx = 0;
6255 }
6256
6257 /*
6258  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
6259  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
6260  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
6261  * may still exist in local DMA zone.
6262  */
6263
6264 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
6265 {
6266         static int node_order[MAX_NUMNODES];
6267         int node, load, nr_nodes = 0;
6268         nodemask_t used_mask = NODE_MASK_NONE;
6269         int local_node, prev_node;
6270
6271         /* NUMA-aware ordering of nodes */
6272         local_node = pgdat->node_id;
6273         load = nr_online_nodes;
6274         prev_node = local_node;
6275
6276         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
6277         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
6278                 /*
6279                  * We don't want to pressure a particular node.
6280                  * So adding penalty to the first node in same
6281                  * distance group to make it round-robin.
6282                  */
6283                 if (node_distance(local_node, node) !=
6284                     node_distance(local_node, prev_node))
6285                         node_load[node] += load;
6286
6287                 node_order[nr_nodes++] = node;
6288                 prev_node = node;
6289                 load--;
6290         }
6291
6292         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node_order, nr_nodes);
6293         build_thisnode_zonelists(pgdat);
6294         pr_info("Fallback order for Node %d: ", local_node);
6295         for (node = 0; node < nr_nodes; node++)
6296                 pr_cont("%d ", node_order[node]);
6297         pr_cont("\n");
6298 }
6299
6300 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
6301 /*
6302  * Return node id of node used for "local" allocations.
6303  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
6304  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
6305  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
6306  */
6307 int local_memory_node(int node)
6308 {
6309         struct zoneref *z;
6310
6311         z = first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
6312                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
6313                                    NULL);
6314         return zone_to_nid(z->zone);
6315 }
6316 #endif
6317
6318 static void setup_min_unmapped_ratio(void);
6319 static void setup_min_slab_ratio(void);
6320 #else   /* CONFIG_NUMA */
6321
6322 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
6323 {
6324         int node, local_node;
6325         struct zoneref *zonerefs;
6326         int nr_zones;
6327
6328         local_node = pgdat->node_id;
6329
6330         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
6331         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
6332         zonerefs += nr_zones;
6333
6334         /*
6335          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
6336          * of all the other nodes.
6337          * We don't want to pressure a particular node, so when
6338          * building the zones for node N, we make sure that the
6339          * zones coming right after the local ones are those from
6340          * node N+1 (modulo N)
6341          */
6342         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
6343                 if (!node_online(node))
6344                         continue;
6345                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
6346                 zonerefs += nr_zones;
6347         }
6348         for (node = 0; node < local_node; node++) {
6349                 if (!node_online(node))
6350                         continue;
6351                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
6352                 zonerefs += nr_zones;
6353         }
6354
6355         zonerefs->zone = NULL;
6356         zonerefs->zone_idx = 0;
6357 }
6358
6359 #endif  /* CONFIG_NUMA */
6360
6361 /*
6362  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
6363  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
6364  * that an item put on a list will immediately be handed over to
6365  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
6366  * with interrupts disabled.
6367  *
6368  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
6369  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
6370  * hotplugged processors.
6371  *
6372  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
6373  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
6374  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
6375  */
6376 static void per_cpu_pages_init(struct per_cpu_pages *pcp, struct per_cpu_zonestat *pzstats);
6377 /* These effectively disable the pcplists in the boot pageset completely */
6378 #define BOOT_PAGESET_HIGH       0
6379 #define BOOT_PAGESET_BATCH      1
6380 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pages, boot_pageset);
6381 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_zonestat, boot_zonestats);
6382 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_nodestat, boot_nodestats);
6383
6384 static void __build_all_zonelists(void *data)
6385 {
6386         int nid;
6387         int __maybe_unused cpu;
6388         pg_data_t *self = data;
6389         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
6390
6391         spin_lock(&lock);
6392
6393 #ifdef CONFIG_NUMA
6394         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
6395 #endif
6396
6397         /*
6398          * This node is hotadded and no memory is yet present.   So just
6399          * building zonelists is fine - no need to touch other nodes.
6400          */
6401         if (self && !node_online(self->node_id)) {
6402                 build_zonelists(self);
6403         } else {
6404                 for_each_online_node(nid) {
6405                         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6406
6407                         build_zonelists(pgdat);
6408                 }
6409
6410 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
6411                 /*
6412                  * We now know the "local memory node" for each node--
6413                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
6414                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
6415                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
6416                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
6417                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
6418                  */
6419                 for_each_online_cpu(cpu)
6420                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
6421 #endif
6422         }
6423
6424         spin_unlock(&lock);
6425 }
6426
6427 static noinline void __init
6428 build_all_zonelists_init(void)
6429 {
6430         int cpu;
6431
6432         __build_all_zonelists(NULL);
6433
6434         /*
6435          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
6436          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
6437          * each zone will be allocated later when the per cpu
6438          * allocator is available.
6439          *
6440          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
6441          * cpus if the system is already booted because the pagesets
6442          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
6443          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
6444          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
6445          * (a chicken-egg dilemma).
6446          */
6447         for_each_possible_cpu(cpu)
6448                 per_cpu_pages_init(&per_cpu(boot_pageset, cpu), &per_cpu(boot_zonestats, cpu));
6449
6450         mminit_verify_zonelist();
6451         cpuset_init_current_mems_allowed();
6452 }
6453
6454 /*
6455  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
6456  *
6457  * __ref due to call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
6458  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
6459  */
6460 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat)
6461 {
6462         unsigned long vm_total_pages;
6463
6464         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
6465                 build_all_zonelists_init();
6466         } else {
6467                 __build_all_zonelists(pgdat);
6468                 /* cpuset refresh routine should be here */
6469         }
6470         /* Get the number of free pages beyond high watermark in all zones. */
6471         vm_total_pages = nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
6472         /*
6473          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
6474          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
6475          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
6476          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
6477          * disabled and enable it later
6478          */
6479         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
6480                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
6481         else
6482                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
6483
6484         pr_info("Built %u zonelists, mobility grouping %s.  Total pages: %ld\n",
6485                 nr_online_nodes,
6486                 page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
6487                 vm_total_pages);
6488 #ifdef CONFIG_NUMA
6489         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
6490 #endif
6491 }
6492
6493 /* If zone is ZONE_MOVABLE but memory is mirrored, it is an overlapped init */
6494 static bool __meminit
6495 overlap_memmap_init(unsigned long zone, unsigned long *pfn)
6496 {
6497         static struct memblock_region *r;
6498
6499         if (mirrored_kernelcore && zone == ZONE_MOVABLE) {
6500                 if (!r || *pfn >= memblock_region_memory_end_pfn(r)) {
6501                         for_each_mem_region(r) {
6502                                 if (*pfn < memblock_region_memory_end_pfn(r))
6503                                         break;
6504                         }
6505                 }
6506                 if (*pfn >= memblock_region_memory_base_pfn(r) &&
6507                     memblock_is_mirror(r)) {
6508                         *pfn = memblock_region_memory_end_pfn(r);
6509                         return true;
6510                 }
6511         }
6512         return false;
6513 }
6514
6515 /*
6516  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
6517  * up by memblock_free_all() once the early boot process is
6518  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
6519  *
6520  * All aligned pageblocks are initialized to the specified migratetype
6521  * (usually MIGRATE_MOVABLE). Besides setting the migratetype, no related
6522  * zone stats (e.g., nr_isolate_pageblock) are touched.
6523  */
6524 void __meminit memmap_init_range(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
6525                 unsigned long start_pfn, unsigned long zone_end_pfn,
6526                 enum meminit_context context,
6527                 struct vmem_altmap *altmap, int migratetype)
6528 {
6529         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + size;
6530         struct page *page;
6531
6532         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
6533                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
6534
6535 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
6536         /*
6537          * Honor reservation requested by the driver for this ZONE_DEVICE
6538          * memory. We limit the total number of pages to initialize to just
6539          * those that might contain the memory mapping. We will defer the
6540          * ZONE_DEVICE page initialization until after we have released
6541          * the hotplug lock.
6542          */
6543         if (zone == ZONE_DEVICE) {
6544                 if (!altmap)
6545                         return;
6546
6547                 if (start_pfn == altmap->base_pfn)
6548                         start_pfn += altmap->reserve;
6549                 end_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
6550         }
6551 #endif
6552
6553         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; ) {
6554                 /*
6555                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s handed to this
6556                  * function.  They do not exist on hotplugged memory.
6557                  */
6558                 if (context == MEMINIT_EARLY) {
6559                         if (overlap_memmap_init(zone, &pfn))
6560                                 continue;
6561                         if (defer_init(nid, pfn, zone_end_pfn))
6562                                 break;
6563                 }
6564
6565                 page = pfn_to_page(pfn);
6566                 __init_single_page(page, pfn, zone, nid);
6567                 if (context == MEMINIT_HOTPLUG)
6568                         __SetPageReserved(page);
6569
6570                 /*
6571                  * Usually, we want to mark the pageblock MIGRATE_MOVABLE,
6572                  * such that unmovable allocations won't be scattered all
6573                  * over the place during system boot.
6574                  */
6575                 if (IS_ALIGNED(pfn, pageblock_nr_pages)) {
6576                         set_pageblock_migratetype(page, migratetype);
6577                         cond_resched();
6578                 }
6579                 pfn++;
6580         }
6581 }
6582
6583 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
6584 static void __ref __init_zone_device_page(struct page *page, unsigned long pfn,
6585                                           unsigned long zone_idx, int nid,
6586                                           struct dev_pagemap *pgmap)
6587 {
6588
6589         __init_single_page(page, pfn, zone_idx, nid);
6590
6591         /*
6592          * Mark page reserved as it will need to wait for onlining
6593          * phase for it to be fully associated with a zone.
6594          *
6595          * We can use the non-atomic __set_bit operation for setting
6596          * the flag as we are still initializing the pages.
6597          */
6598         __SetPageReserved(page);
6599
6600         /*
6601          * ZONE_DEVICE pages union ->lru with a ->pgmap back pointer
6602          * and zone_device_data.  It is a bug if a ZONE_DEVICE page is
6603          * ever freed or placed on a driver-private list.
6604          */
6605         page->pgmap = pgmap;
6606         page->zone_device_data = NULL;
6607
6608         /*
6609          * Mark the block movable so that blocks are reserved for
6610          * movable at startup. This will force kernel allocations
6611          * to reserve their blocks rather than leaking throughout
6612          * the address space during boot when many long-lived
6613          * kernel allocations are made.
6614          *
6615          * Please note that MEMINIT_HOTPLUG path doesn't clear memmap
6616          * because this is done early in section_activate()
6617          */
6618         if (IS_ALIGNED(pfn, pageblock_nr_pages)) {
6619                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
6620                 cond_resched();
6621         }
6622 }
6623
6624 static void __ref memmap_init_compound(struct page *head,
6625                                        unsigned long head_pfn,
6626                                        unsigned long zone_idx, int nid,
6627                                        struct dev_pagemap *pgmap,
6628                                        unsigned long nr_pages)
6629 {
6630         unsigned long pfn, end_pfn = head_pfn + nr_pages;
6631         unsigned int order = pgmap->vmemmap_shift;
6632
6633         __SetPageHead(head);
6634         for (pfn = head_pfn + 1; pfn < end_pfn; pfn++) {
6635                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
6636
6637                 __init_zone_device_page(page, pfn, zone_idx, nid, pgmap);
6638                 prep_compound_tail(head, pfn - head_pfn);
6639                 set_page_count(page, 0);
6640
6641                 /*
6642                  * The first tail page stores compound_mapcount_ptr() and
6643                  * compound_order() and the second tail page stores
6644                  * compound_pincount_ptr(). Call prep_compound_head() after
6645                  * the first and second tail pages have been initialized to
6646                  * not have the data overwritten.
6647                  */
6648                 if (pfn == head_pfn + 2)
6649                         prep_compound_head(head, order);
6650         }
6651 }
6652
6653 void __ref memmap_init_zone_device(struct zone *zone,
6654                                    unsigned long start_pfn,
6655                                    unsigned long nr_pages,
6656                                    struct dev_pagemap *pgmap)
6657 {
6658         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + nr_pages;
6659         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
6660         struct vmem_altmap *altmap = pgmap_altmap(pgmap);
6661         unsigned int pfns_per_compound = pgmap_vmemmap_nr(pgmap);
6662         unsigned long zone_idx = zone_idx(zone);
6663         unsigned long start = jiffies;
6664         int nid = pgdat->node_id;
6665
6666         if (WARN_ON_ONCE(!pgmap || zone_idx(zone) != ZONE_DEVICE))
6667                 return;
6668
6669         /*
6670          * The call to memmap_init should have already taken care
6671          * of the pages reserved for the memmap, so we can just jump to
6672          * the end of that region and start processing the device pages.
6673          */
6674         if (altmap) {
6675                 start_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
6676                 nr_pages = end_pfn - start_pfn;
6677         }
6678
6679         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn += pfns_per_compound) {
6680                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
6681
6682                 __init_zone_device_page(page, pfn, zone_idx, nid, pgmap);
6683
6684                 if (pfns_per_compound == 1)
6685                         continue;
6686
6687                 memmap_init_compound(page, pfn, zone_idx, nid, pgmap,
6688                                      pfns_per_compound);
6689         }
6690
6691         pr_info("%s initialised %lu pages in %ums\n", __func__,
6692                 nr_pages, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
6693 }
6694
6695 #endif
6696 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
6697 {
6698         unsigned int order, t;
6699         for_each_migratetype_order(order, t) {
6700                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
6701                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
6702         }
6703 }
6704
6705 /*
6706  * Only struct pages that correspond to ranges defined by memblock.memory
6707  * are zeroed and initialized by going through __init_single_page() during
6708  * memmap_init_zone_range().
6709  *
6710  * But, there could be struct pages that correspond to holes in
6711  * memblock.memory. This can happen because of the following reasons:
6712  * - physical memory bank size is not necessarily the exact multiple of the
6713  *   arbitrary section size
6714  * - early reserved memory may not be listed in memblock.memory
6715  * - memory layouts defined with memmap= kernel parameter may not align
6716  *   nicely with memmap sections
6717  *
6718  * Explicitly initialize those struct pages so that:
6719  * - PG_Reserved is set
6720  * - zone and node links point to zone and node that span the page if the
6721  *   hole is in the middle of a zone
6722  * - zone and node links point to adjacent zone/node if the hole falls on
6723  *   the zone boundary; the pages in such holes will be prepended to the
6724  *   zone/node above the hole except for the trailing pages in the last
6725  *   section that will be appended to the zone/node below.
6726  */
6727 static void __init init_unavailable_range(unsigned long spfn,
6728                                           unsigned long epfn,
6729                                           int zone, int node)
6730 {
6731         unsigned long pfn;
6732         u64 pgcnt = 0;
6733
6734         for (pfn = spfn; pfn < epfn; pfn++) {
6735                 if (!pfn_valid(ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages))) {
6736                         pfn = ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages)
6737                                 + pageblock_nr_pages - 1;
6738                         continue;
6739                 }
6740                 __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zone, node);
6741                 __SetPageReserved(pfn_to_page(pfn));
6742                 pgcnt++;
6743         }
6744
6745         if (pgcnt)
6746                 pr_info("On node %d, zone %s: %lld pages in unavailable ranges",
6747                         node, zone_names[zone], pgcnt);
6748 }
6749
6750 static void __init memmap_init_zone_range(struct zone *zone,
6751                                           unsigned long start_pfn,
6752                                           unsigned long end_pfn,
6753                                           unsigned long *hole_pfn)
6754 {
6755         unsigned long zone_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
6756         unsigned long zone_end_pfn = zone_start_pfn + zone->spanned_pages;
6757         int nid = zone_to_nid(zone), zone_id = zone_idx(zone);
6758
6759         start_pfn = clamp(start_pfn, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6760         end_pfn = clamp(end_pfn, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6761
6762         if (start_pfn >= end_pfn)
6763                 return;
6764
6765         memmap_init_range(end_pfn - start_pfn, nid, zone_id, start_pfn,
6766                           zone_end_pfn, MEMINIT_EARLY, NULL, MIGRATE_MOVABLE);
6767
6768         if (*hole_pfn < start_pfn)
6769                 init_unavailable_range(*hole_pfn, start_pfn, zone_id, nid);
6770
6771         *hole_pfn = end_pfn;
6772 }
6773
6774 static void __init memmap_init(void)
6775 {
6776         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6777         unsigned long hole_pfn = 0;
6778         int i, j, zone_id = 0, nid;
6779
6780         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
6781                 struct pglist_data *node = NODE_DATA(nid);
6782
6783                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6784                         struct zone *zone = node->node_zones + j;
6785
6786                         if (!populated_zone(zone))
6787                                 continue;
6788
6789                         memmap_init_zone_range(zone, start_pfn, end_pfn,
6790                                                &hole_pfn);
6791                         zone_id = j;
6792                 }
6793         }
6794
6795 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
6796         /*
6797          * Initialize the memory map for hole in the range [memory_end,
6798          * section_end].
6799          * Append the pages in this hole to the highest zone in the last
6800          * node.
6801          * The call to init_unavailable_range() is outside the ifdef to
6802          * silence the compiler warining about zone_id set but not used;
6803          * for FLATMEM it is a nop anyway
6804          */
6805         end_pfn = round_up(end_pfn, PAGES_PER_SECTION);
6806         if (hole_pfn < end_pfn)
6807 #endif
6808                 init_unavailable_range(hole_pfn, end_pfn, zone_id, nid);
6809 }
6810
6811 void __init *memmap_alloc(phys_addr_t size, phys_addr_t align,
6812                           phys_addr_t min_addr, int nid, bool exact_nid)
6813 {
6814         void *ptr;
6815
6816         if (exact_nid)
6817                 ptr = memblock_alloc_exact_nid_raw(size, align, min_addr,
6818                                                    MEMBLOCK_ALLOC_ACCESSIBLE,
6819                                                    nid);
6820         else
6821                 ptr = memblock_alloc_try_nid_raw(size, align, min_addr,
6822                                                  MEMBLOCK_ALLOC_ACCESSIBLE,
6823                                                  nid);
6824
6825         if (ptr && size > 0)
6826                 page_init_poison(ptr, size);
6827
6828         return ptr;
6829 }
6830
6831 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
6832 {
6833 #ifdef CONFIG_MMU
6834         int batch;
6835
6836         /*
6837          * The number of pages to batch allocate is either ~0.1%
6838          * of the zone or 1MB, whichever is smaller. The batch
6839          * size is striking a balance between allocation latency
6840          * and zone lock contention.
6841          */
6842         batch = min(zone_managed_pages(zone) >> 10, (1024 * 1024) / PAGE_SIZE);
6843         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
6844         if (batch < 1)
6845                 batch = 1;
6846
6847         /*
6848          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
6849          * of 2 value was found to be more likely to have
6850          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
6851          *
6852          * For example if 2 tasks are alternately allocating
6853          * batches of pages, one task can end up with a lot
6854          * of pages of one half of the possible page colors
6855          * and the other with pages of the other colors.
6856          */
6857         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
6858
6859         return batch;
6860
6861 #else
6862         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
6863          * conditions.
6864          *
6865          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
6866          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
6867          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
6868          *
6869          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
6870          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
6871          * can be a significant delay between the individual batches being
6872          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
6873          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
6874          */
6875         return 0;
6876 #endif
6877 }
6878
6879 static int zone_highsize(struct zone *zone, int batch, int cpu_online)
6880 {
6881 #ifdef CONFIG_MMU
6882         int high;
6883         int nr_split_cpus;
6884         unsigned long total_pages;
6885
6886         if (!percpu_pagelist_high_fraction) {
6887                 /*
6888                  * By default, the high value of the pcp is based on the zone
6889                  * low watermark so that if they are full then background
6890                  * reclaim will not be started prematurely.
6891                  */
6892                 total_pages = low_wmark_pages(zone);
6893         } else {
6894                 /*
6895                  * If percpu_pagelist_high_fraction is configured, the high
6896                  * value is based on a fraction of the managed pages in the
6897                  * zone.
6898                  */
6899                 total_pages = zone_managed_pages(zone) / percpu_pagelist_high_fraction;
6900         }
6901
6902         /*
6903          * Split the high value across all online CPUs local to the zone. Note
6904          * that early in boot that CPUs may not be online yet and that during
6905          * CPU hotplug that the cpumask is not yet updated when a CPU is being
6906          * onlined. For memory nodes that have no CPUs, split pcp->high across
6907          * all online CPUs to mitigate the risk that reclaim is triggered
6908          * prematurely due to pages stored on pcp lists.
6909          */
6910         nr_split_cpus = cpumask_weight(cpumask_of_node(zone_to_nid(zone))) + cpu_online;
6911         if (!nr_split_cpus)
6912                 nr_split_cpus = num_online_cpus();
6913         high = total_pages / nr_split_cpus;
6914
6915         /*
6916          * Ensure high is at least batch*4. The multiple is based on the
6917          * historical relationship between high and batch.
6918          */
6919         high = max(high, batch << 2);
6920
6921         return high;
6922 #else
6923         return 0;
6924 #endif
6925 }
6926
6927 /*
6928  * pcp->high and pcp->batch values are related and generally batch is lower
6929  * than high. They are also related to pcp->count such that count is lower
6930  * than high, and as soon as it reaches high, the pcplist is flushed.
6931  *
6932  * However, guaranteeing these relations at all times would require e.g. write
6933  * barriers here but also careful usage of read barriers at the read side, and
6934  * thus be prone to error and bad for performance. Thus the update only prevents
6935  * store tearing. Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they
6936  * can cope with those fields changing asynchronously, and fully trust only the
6937  * pcp->count field on the local CPU with interrupts disabled.
6938  *
6939  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
6940  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
6941  * exist).
6942  */
6943 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
6944                 unsigned long batch)
6945 {
6946         WRITE_ONCE(pcp->batch, batch);
6947         WRITE_ONCE(pcp->high, high);
6948 }
6949
6950 static void per_cpu_pages_init(struct per_cpu_pages *pcp, struct per_cpu_zonestat *pzstats)
6951 {
6952         int pindex;
6953
6954         memset(pcp, 0, sizeof(*pcp));
6955         memset(pzstats, 0, sizeof(*pzstats));
6956
6957         for (pindex = 0; pindex < NR_PCP_LISTS; pindex++)
6958                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[pindex]);
6959
6960         /*
6961          * Set batch and high values safe for a boot pageset. A true percpu
6962          * pageset's initialization will update them subsequently. Here we don't
6963          * need to be as careful as pageset_update() as nobody can access the
6964          * pageset yet.
6965          */
6966         pcp->high = BOOT_PAGESET_HIGH;
6967         pcp->batch = BOOT_PAGESET_BATCH;
6968         pcp->free_factor = 0;
6969 }
6970
6971 static void __zone_set_pageset_high_and_batch(struct zone *zone, unsigned long high,
6972                 unsigned long batch)
6973 {
6974         struct per_cpu_pages *pcp;
6975         int cpu;
6976
6977         for_each_possible_cpu(cpu) {
6978                 pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
6979                 pageset_update(pcp, high, batch);
6980         }
6981 }
6982
6983 /*
6984  * Calculate and set new high and batch values for all per-cpu pagesets of a
6985  * zone based on the zone's size.
6986  */
6987 static void zone_set_pageset_high_and_batch(struct zone *zone, int cpu_online)
6988 {
6989         int new_high, new_batch;
6990
6991         new_batch = max(1, zone_batchsize(zone));
6992         new_high = zone_highsize(zone, new_batch, cpu_online);
6993
6994         if (zone->pageset_high == new_high &&
6995             zone->pageset_batch == new_batch)
6996                 return;
6997
6998         zone->pageset_high = new_high;
6999         zone->pageset_batch = new_batch;
7000
7001         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, new_high, new_batch);
7002 }
7003
7004 void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
7005 {
7006         int cpu;
7007
7008         /* Size may be 0 on !SMP && !NUMA */
7009         if (sizeof(struct per_cpu_zonestat) > 0)
7010                 zone->per_cpu_zonestats = alloc_percpu(struct per_cpu_zonestat);
7011
7012         zone->per_cpu_pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pages);
7013         for_each_possible_cpu(cpu) {
7014                 struct per_cpu_pages *pcp;
7015                 struct per_cpu_zonestat *pzstats;
7016
7017                 pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
7018                 pzstats = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_zonestats, cpu);
7019                 per_cpu_pages_init(pcp, pzstats);
7020         }
7021
7022         zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0);
7023 }
7024
7025 /*
7026  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
7027  * Before this call only boot pagesets were available.
7028  */
7029 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
7030 {
7031         struct pglist_data *pgdat;
7032         struct zone *zone;
7033         int __maybe_unused cpu;
7034
7035         for_each_populated_zone(zone)
7036                 setup_zone_pageset(zone);
7037
7038 #ifdef CONFIG_NUMA
7039         /*
7040          * Unpopulated zones continue using the boot pagesets.
7041          * The numa stats for these pagesets need to be reset.
7042          * Otherwise, they will end up skewing the stats of
7043          * the nodes these zones are associated with.
7044          */
7045         for_each_possible_cpu(cpu) {
7046                 struct per_cpu_zonestat *pzstats = &per_cpu(boot_zonestats, cpu);
7047                 memset(pzstats->vm_numa_event, 0,
7048                        sizeof(pzstats->vm_numa_event));
7049         }
7050 #endif
7051
7052         for_each_online_pgdat(pgdat)
7053                 pgdat->per_cpu_nodestats =
7054                         alloc_percpu(struct per_cpu_nodestat);
7055 }
7056
7057 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
7058 {
7059         /*
7060          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
7061          * relies on the ability of the linker to provide the
7062          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
7063          */
7064         zone->per_cpu_pageset = &boot_pageset;
7065         zone->per_cpu_zonestats = &boot_zonestats;
7066         zone->pageset_high = BOOT_PAGESET_HIGH;
7067         zone->pageset_batch = BOOT_PAGESET_BATCH;
7068
7069         if (populated_zone(zone))
7070                 pr_debug("  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n", zone->name,
7071                          zone->present_pages, zone_batchsize(zone));
7072 }
7073
7074 void __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
7075                                         unsigned long zone_start_pfn,
7076                                         unsigned long size)
7077 {
7078         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
7079         int zone_idx = zone_idx(zone) + 1;
7080
7081         if (zone_idx > pgdat->nr_zones)
7082                 pgdat->nr_zones = zone_idx;
7083
7084         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
7085
7086         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
7087                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
7088                         pgdat->node_id,
7089                         (unsigned long)zone_idx(zone),
7090                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
7091
7092         zone_init_free_lists(zone);
7093         zone->initialized = 1;
7094 }
7095
7096 /**
7097  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
7098  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
7099  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
7100  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
7101  *
7102  * It returns the start and end page frame of a node based on information
7103  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
7104  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
7105  * PFNs will be 0.
7106  */
7107 void __init get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
7108                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
7109 {
7110         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
7111         int i;
7112
7113         *start_pfn = -1UL;
7114         *end_pfn = 0;
7115
7116         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
7117                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
7118                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
7119         }
7120
7121         if (*start_pfn == -1UL)
7122                 *start_pfn = 0;
7123 }
7124
7125 /*
7126  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
7127  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
7128  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
7129  */
7130 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
7131 {
7132         int zone_index;
7133         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
7134                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
7135                         continue;
7136
7137                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
7138                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
7139                         break;
7140         }
7141
7142         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
7143         movable_zone = zone_index;
7144 }
7145
7146 /*
7147  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
7148  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
7149  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
7150  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
7151  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
7152  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
7153  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
7154  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
7155  */
7156 static void __init adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
7157                                         unsigned long zone_type,
7158                                         unsigned long node_start_pfn,
7159                                         unsigned long node_end_pfn,
7160                                         unsigned long *zone_start_pfn,
7161                                         unsigned long *zone_end_pfn)
7162 {
7163         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
7164         if (zone_movable_pfn[nid]) {
7165                 /* Size ZONE_MOVABLE */
7166                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
7167                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
7168                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
7169                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
7170
7171                 /* Adjust for ZONE_MOVABLE starting within this range */
7172                 } else if (!mirrored_kernelcore &&
7173                         *zone_start_pfn < zone_movable_pfn[nid] &&
7174                         *zone_end_pfn > zone_movable_pfn[nid]) {
7175                         *zone_end_pfn = zone_movable_pfn[nid];
7176
7177                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
7178                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
7179                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
7180         }
7181 }
7182
7183 /*
7184  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
7185  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
7186  */
7187 static unsigned long __init zone_spanned_pages_in_node(int nid,
7188                                         unsigned long zone_type,
7189                                         unsigned long node_start_pfn,
7190                                         unsigned long node_end_pfn,
7191                                         unsigned long *zone_start_pfn,
7192                                         unsigned long *zone_end_pfn)
7193 {
7194         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
7195         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
7196         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
7197         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
7198                 return 0;
7199
7200         /* Get the start and end of the zone */
7201         *zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
7202         *zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
7203         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
7204                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
7205                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
7206
7207         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
7208         if (*zone_end_pfn < node_start_pfn || *zone_start_pfn > node_end_pfn)
7209                 return 0;
7210
7211         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
7212         *zone_end_pfn = min(*zone_end_pfn, node_end_pfn);
7213         *zone_start_pfn = max(*zone_start_pfn, node_start_pfn);
7214
7215         /* Return the spanned pages */
7216         return *zone_end_pfn - *zone_start_pfn;
7217 }
7218
7219 /*
7220  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
7221  * then all holes in the requested range will be accounted for.
7222  */
7223 unsigned long __init __absent_pages_in_range(int nid,
7224                                 unsigned long range_start_pfn,
7225                                 unsigned long range_end_pfn)
7226 {
7227         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
7228         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7229         int i;
7230
7231         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
7232                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
7233                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
7234                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
7235         }
7236         return nr_absent;
7237 }
7238
7239 /**
7240  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
7241  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
7242  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
7243  *
7244  * Return: the number of pages frames in memory holes within a range.
7245  */
7246 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
7247                                                         unsigned long end_pfn)
7248 {
7249         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
7250 }
7251
7252 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
7253 static unsigned long __init zone_absent_pages_in_node(int nid,
7254                                         unsigned long zone_type,
7255                                         unsigned long node_start_pfn,
7256                                         unsigned long node_end_pfn)
7257 {
7258         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
7259         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
7260         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
7261         unsigned long nr_absent;
7262
7263         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
7264         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
7265                 return 0;
7266
7267         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
7268         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
7269
7270         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
7271                         node_start_pfn, node_end_pfn,
7272                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
7273         nr_absent = __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
7274
7275         /*
7276          * ZONE_MOVABLE handling.
7277          * Treat pages to be ZONE_MOVABLE in ZONE_NORMAL as absent pages
7278          * and vice versa.
7279          */
7280         if (mirrored_kernelcore && zone_movable_pfn[nid]) {
7281                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
7282                 struct memblock_region *r;
7283
7284                 for_each_mem_region(r) {
7285                         start_pfn = clamp(memblock_region_memory_base_pfn(r),
7286                                           zone_start_pfn, zone_end_pfn);
7287                         end_pfn = clamp(memblock_region_memory_end_pfn(r),
7288                                         zone_start_pfn, zone_end_pfn);
7289
7290                         if (zone_type == ZONE_MOVABLE &&
7291                             memblock_is_mirror(r))
7292                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
7293
7294                         if (zone_type == ZONE_NORMAL &&
7295                             !memblock_is_mirror(r))
7296                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
7297                 }
7298         }
7299
7300         return nr_absent;
7301 }
7302
7303 static void __init calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
7304                                                 unsigned long node_start_pfn,
7305                                                 unsigned long node_end_pfn)
7306 {
7307         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
7308         enum zone_type i;
7309
7310         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7311                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
7312                 unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
7313                 unsigned long spanned, absent;
7314                 unsigned long size, real_size;
7315
7316                 spanned = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
7317                                                      node_start_pfn,
7318                                                      node_end_pfn,
7319                                                      &zone_start_pfn,
7320                                                      &zone_end_pfn);
7321                 absent = zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
7322                                                    node_start_pfn,
7323                                                    node_end_pfn);
7324
7325                 size = spanned;
7326                 real_size = size - absent;
7327
7328                 if (size)
7329                         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
7330                 else
7331                         zone->zone_start_pfn = 0;
7332                 zone->spanned_pages = size;
7333                 zone->present_pages = real_size;
7334 #if defined(CONFIG_MEMORY_HOTPLUG)
7335                 zone->present_early_pages = real_size;
7336 #endif
7337
7338                 totalpages += size;
7339                 realtotalpages += real_size;
7340         }
7341
7342         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
7343         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
7344         pr_debug("On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id, realtotalpages);
7345 }
7346
7347 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
7348 /*
7349  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
7350  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
7351  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
7352  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
7353  * bytes.
7354  */
7355 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
7356 {
7357         unsigned long usemapsize;
7358
7359         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
7360         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
7361         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
7362         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
7363         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
7364
7365         return usemapsize / 8;
7366 }
7367
7368 static void __ref setup_usemap(struct zone *zone)
7369 {
7370         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone->zone_start_pfn,
7371                                                zone->spanned_pages);
7372         zone->pageblock_flags = NULL;
7373         if (usemapsize) {
7374                 zone->pageblock_flags =
7375                         memblock_alloc_node(usemapsize, SMP_CACHE_BYTES,
7376                                             zone_to_nid(zone));
7377                 if (!zone->pageblock_flags)
7378                         panic("Failed to allocate %ld bytes for zone %s pageblock flags on node %d\n",
7379                               usemapsize, zone->name, zone_to_nid(zone));
7380         }
7381 }
7382 #else
7383 static inline void setup_usemap(struct zone *zone) {}
7384 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
7385
7386 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
7387
7388 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
7389 void __init set_pageblock_order(void)
7390 {
7391         unsigned int order;
7392
7393         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
7394         if (pageblock_order)
7395                 return;
7396
7397         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT)
7398                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
7399         else
7400                 order = MAX_ORDER - 1;
7401
7402         /*
7403          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
7404          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
7405          * powerpc.
7406          */
7407         pageblock_order = order;
7408 }
7409 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
7410
7411 /*
7412  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
7413  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
7414  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
7415  * the kernel config
7416  */
7417 void __init set_pageblock_order(void)
7418 {
7419 }
7420
7421 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
7422
7423 static unsigned long __init calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
7424                                                 unsigned long present_pages)
7425 {
7426         unsigned long pages = spanned_pages;
7427
7428         /*
7429          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
7430          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
7431          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
7432          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
7433          * populated regions may not be naturally aligned on page boundary.
7434          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
7435          */
7436         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
7437             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
7438                 pages = present_pages;
7439
7440         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
7441 }
7442
7443 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
7444 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat)
7445 {
7446         struct deferred_split *ds_queue = &pgdat->deferred_split_queue;
7447
7448         spin_lock_init(&ds_queue->split_queue_lock);
7449         INIT_LIST_HEAD(&ds_queue->split_queue);
7450         ds_queue->split_queue_len = 0;
7451 }
7452 #else
7453 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat) {}
7454 #endif
7455
7456 #ifdef CONFIG_COMPACTION
7457 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat)
7458 {
7459         init_waitqueue_head(&pgdat->kcompactd_wait);
7460 }
7461 #else
7462 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat) {}
7463 #endif
7464
7465 static void __meminit pgdat_init_internals(struct pglist_data *pgdat)
7466 {
7467         int i;
7468
7469         pgdat_resize_init(pgdat);
7470
7471         pgdat_init_split_queue(pgdat);
7472         pgdat_init_kcompactd(pgdat);
7473
7474         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
7475         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
7476
7477         for (i = 0; i < NR_VMSCAN_THROTTLE; i++)
7478                 init_waitqueue_head(&pgdat->reclaim_wait[i]);
7479
7480         pgdat_page_ext_init(pgdat);
7481         lruvec_init(&pgdat->__lruvec);
7482 }
7483
7484 static void __meminit zone_init_internals(struct zone *zone, enum zone_type idx, int nid,
7485                                                         unsigned long remaining_pages)
7486 {
7487         atomic_long_set(&zone->managed_pages, remaining_pages);
7488         zone_set_nid(zone, nid);
7489         zone->name = zone_names[idx];
7490         zone->zone_pgdat = NODE_DATA(nid);
7491         spin_lock_init(&zone->lock);
7492         zone_seqlock_init(zone);
7493         zone_pcp_init(zone);
7494 }
7495
7496 /*
7497  * Set up the zone data structures
7498  * - init pgdat internals
7499  * - init all zones belonging to this node
7500  *
7501  * NOTE: this function is only called during memory hotplug
7502  */
7503 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
7504 void __ref free_area_init_core_hotplug(int nid)
7505 {
7506         enum zone_type z;
7507         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
7508
7509         pgdat_init_internals(pgdat);
7510         for (z = 0; z < MAX_NR_ZONES; z++)
7511                 zone_init_internals(&pgdat->node_zones[z], z, nid, 0);
7512 }
7513 #endif
7514
7515 /*
7516  * Set up the zone data structures:
7517  *   - mark all pages reserved
7518  *   - mark all memory queues empty
7519  *   - clear the memory bitmaps
7520  *
7521  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
7522  * NOTE: this function is only called during early init.
7523  */
7524 static void __init free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat)
7525 {
7526         enum zone_type j;
7527         int nid = pgdat->node_id;
7528
7529         pgdat_init_internals(pgdat);
7530         pgdat->per_cpu_nodestats = &boot_nodestats;
7531
7532         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
7533                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
7534                 unsigned long size, freesize, memmap_pages;
7535
7536                 size = zone->spanned_pages;
7537                 freesize = zone->present_pages;
7538
7539                 /*
7540                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
7541                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
7542                  * and per-cpu initialisations
7543                  */
7544                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, freesize);
7545                 if (!is_highmem_idx(j)) {
7546                         if (freesize >= memmap_pages) {
7547                                 freesize -= memmap_pages;
7548                                 if (memmap_pages)
7549                                         pr_debug("  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
7550                                                  zone_names[j], memmap_pages);
7551                         } else
7552                                 pr_warn("  %s zone: %lu memmap pages exceeds freesize %lu\n",
7553                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
7554                 }
7555
7556                 /* Account for reserved pages */
7557                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
7558                         freesize -= dma_reserve;
7559                         pr_debug("  %s zone: %lu pages reserved\n", zone_names[0], dma_reserve);
7560                 }
7561
7562                 if (!is_highmem_idx(j))
7563                         nr_kernel_pages += freesize;
7564                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
7565                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
7566                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
7567                 nr_all_pages += freesize;
7568
7569                 /*
7570                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
7571                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
7572                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
7573                  */
7574                 zone_init_internals(zone, j, nid, freesize);
7575
7576                 if (!size)
7577                         continue;
7578
7579                 set_pageblock_order();
7580                 setup_usemap(zone);
7581                 init_currently_empty_zone(zone, zone->zone_start_pfn, size);
7582         }
7583 }
7584
7585 #ifdef CONFIG_FLATMEM
7586 static void __init alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
7587 {
7588         unsigned long __maybe_unused start = 0;
7589         unsigned long __maybe_unused offset = 0;
7590
7591         /* Skip empty nodes */
7592         if (!pgdat->node_spanned_pages)
7593                 return;
7594
7595         start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
7596         offset = pgdat->node_start_pfn - start;
7597         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
7598         if (!pgdat->node_mem_map) {
7599                 unsigned long size, end;
7600                 struct page *map;
7601
7602                 /*
7603                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
7604                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
7605                  * for the buddy allocator to function correctly.
7606                  */
7607                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
7608                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
7609                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
7610                 map = memmap_alloc(size, SMP_CACHE_BYTES, MEMBLOCK_LOW_LIMIT,
7611                                    pgdat->node_id, false);
7612                 if (!map)
7613                         panic("Failed to allocate %ld bytes for node %d memory map\n",
7614                               size, pgdat->node_id);
7615                 pgdat->node_mem_map = map + offset;
7616         }
7617         pr_debug("%s: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
7618                                 __func__, pgdat->node_id, (unsigned long)pgdat,
7619                                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
7620 #ifndef CONFIG_NUMA
7621         /*
7622          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
7623          */
7624         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
7625                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
7626                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
7627                         mem_map -= offset;
7628         }
7629 #endif
7630 }
7631 #else
7632 static inline void alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat) { }
7633 #endif /* CONFIG_FLATMEM */
7634
7635 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
7636 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat)
7637 {
7638         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
7639 }
7640 #else
7641 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat) {}
7642 #endif
7643
7644 static void __init free_area_init_node(int nid)
7645 {
7646         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
7647         unsigned long start_pfn = 0;
7648         unsigned long end_pfn = 0;
7649
7650         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
7651         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->kswapd_highest_zoneidx);
7652
7653         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
7654
7655         pgdat->node_id = nid;
7656         pgdat->node_start_pfn = start_pfn;
7657         pgdat->per_cpu_nodestats = NULL;
7658
7659         pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
7660                 (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
7661                 end_pfn ? ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1 : 0);
7662         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn);
7663
7664         alloc_node_mem_map(pgdat);
7665         pgdat_set_deferred_range(pgdat);
7666
7667         free_area_init_core(pgdat);
7668 }
7669
7670 void __init free_area_init_memoryless_node(int nid)
7671 {
7672         free_area_init_node(nid);
7673 }
7674
7675 #if MAX_NUMNODES > 1
7676 /*
7677  * Figure out the number of possible node ids.
7678  */
7679 void __init setup_nr_node_ids(void)
7680 {
7681         unsigned int highest;
7682
7683         highest = find_last_bit(node_possible_map.bits, MAX_NUMNODES);
7684         nr_node_ids = highest + 1;
7685 }
7686 #endif
7687
7688 /**
7689  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
7690  *
7691  * This function should be called after node map is populated and sorted.
7692  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
7693  * all the nodes.
7694  *
7695  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
7696  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
7697  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
7698  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
7699  *
7700  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
7701  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
7702  * populated node map.
7703  *
7704  * Return: the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
7705  * requirement (single node).
7706  */
7707 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
7708 {
7709         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
7710         unsigned long start, end, mask;
7711         int last_nid = NUMA_NO_NODE;
7712         int i, nid;
7713
7714         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
7715                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
7716                         last_nid = nid;
7717                         last_end = end;
7718                         continue;
7719                 }
7720
7721                 /*
7722                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
7723                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
7724                  * too coarse to separate the current node from the last.
7725                  */
7726                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
7727                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
7728                         mask <<= 1;
7729
7730                 /* accumulate all internode masks */
7731                 accl_mask |= mask;
7732         }
7733
7734         /* convert mask to number of pages */
7735         return ~accl_mask + 1;
7736 }
7737
7738 /**
7739  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
7740  *
7741  * Return: the minimum PFN based on information provided via
7742  * memblock_set_node().
7743  */
7744 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
7745 {
7746         return PHYS_PFN(memblock_start_of_DRAM());
7747 }
7748
7749 /*
7750  * early_calculate_totalpages()
7751  * Sum pages in active regions for movable zone.
7752  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
7753  */
7754 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
7755 {
7756         unsigned long totalpages = 0;
7757         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7758         int i, nid;
7759
7760         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
7761                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
7762
7763                 totalpages += pages;
7764                 if (pages)
7765                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
7766         }
7767         return totalpages;
7768 }
7769
7770 /*
7771  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
7772  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
7773  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
7774  * others
7775  */
7776 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
7777 {
7778         int i, nid;
7779         unsigned long usable_startpfn;
7780         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
7781         /* save the state before borrow the nodemask */
7782         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
7783         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
7784         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
7785         struct memblock_region *r;
7786
7787         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
7788         find_usable_zone_for_movable();
7789
7790         /*
7791          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
7792          * options.
7793          */
7794         if (movable_node_is_enabled()) {
7795                 for_each_mem_region(r) {
7796                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
7797                                 continue;
7798
7799                         nid = memblock_get_region_node(r);
7800
7801                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
7802                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
7803                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
7804                                 usable_startpfn;
7805                 }
7806
7807                 goto out2;
7808         }
7809
7810         /*
7811          * If kernelcore=mirror is specified, ignore movablecore option
7812          */
7813         if (mirrored_kernelcore) {
7814                 bool mem_below_4gb_not_mirrored = false;
7815
7816                 for_each_mem_region(r) {
7817                         if (memblock_is_mirror(r))
7818                                 continue;
7819
7820                         nid = memblock_get_region_node(r);
7821
7822                         usable_startpfn = memblock_region_memory_base_pfn(r);
7823
7824                         if (usable_startpfn < 0x100000) {
7825                                 mem_below_4gb_not_mirrored = true;
7826                                 continue;
7827                         }
7828
7829                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
7830                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
7831                                 usable_startpfn;
7832                 }
7833
7834                 if (mem_below_4gb_not_mirrored)
7835                         pr_warn("This configuration results in unmirrored kernel memory.\n");
7836
7837                 goto out2;
7838         }
7839
7840         /*
7841          * If kernelcore=nn% or movablecore=nn% was specified, calculate the
7842          * amount of necessary memory.
7843          */
7844         if (required_kernelcore_percent)
7845                 required_kernelcore = (totalpages * 100 * required_kernelcore_percent) /
7846                                        10000UL;
7847         if (required_movablecore_percent)
7848                 required_movablecore = (totalpages * 100 * required_movablecore_percent) /
7849                                         10000UL;
7850
7851         /*
7852          * If movablecore= was specified, calculate what size of
7853          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
7854          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
7855          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
7856          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
7857          * what movablecore would have allowed.
7858          */
7859         if (required_movablecore) {
7860                 unsigned long corepages;
7861
7862                 /*
7863                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
7864                  * was requested by the user
7865                  */
7866                 required_movablecore =
7867                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
7868                 required_movablecore = min(totalpages, required_movablecore);
7869                 corepages = totalpages - required_movablecore;
7870
7871                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
7872         }
7873
7874         /*
7875          * If kernelcore was not specified or kernelcore size is larger
7876          * than totalpages, there is no ZONE_MOVABLE.
7877          */
7878         if (!required_kernelcore || required_kernelcore >= totalpages)
7879                 goto out;
7880
7881         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
7882         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
7883
7884 restart:
7885         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
7886         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
7887         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
7888                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
7889
7890                 /*
7891                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
7892                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
7893                  * amount of memory for the kernel
7894                  */
7895                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
7896                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
7897
7898                 /*
7899                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
7900                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
7901                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
7902                  */
7903                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
7904
7905                 /* Go through each range of PFNs within this node */
7906                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
7907                         unsigned long size_pages;
7908
7909                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
7910                         if (start_pfn >= end_pfn)
7911                                 continue;
7912
7913                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
7914                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
7915                                 unsigned long kernel_pages;
7916                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
7917                                                                 - start_pfn;
7918
7919                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
7920                                                         kernelcore_remaining);
7921                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
7922                                                         required_kernelcore);
7923
7924                                 /* Continue if range is now fully accounted */
7925                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
7926
7927                                         /*
7928                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
7929                                          * that if we have to rebalance
7930                                          * kernelcore across nodes, we will
7931                                          * not double account here
7932                                          */
7933                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
7934                                         continue;
7935                                 }
7936                                 start_pfn = usable_startpfn;
7937                         }
7938
7939                         /*
7940                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
7941                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
7942                          * number of pages used as kernelcore
7943                          */
7944                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
7945                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
7946                                 size_pages = kernelcore_remaining;
7947                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
7948
7949                         /*
7950                          * Some kernelcore has been met, update counts and
7951                          * break if the kernelcore for this node has been
7952                          * satisfied
7953                          */
7954                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
7955                                                                 size_pages);
7956                         kernelcore_remaining -= size_pages;
7957                         if (!kernelcore_remaining)
7958                                 break;
7959                 }
7960         }
7961
7962         /*
7963          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
7964          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
7965          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
7966          * satisfied
7967          */
7968         usable_nodes--;
7969         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
7970                 goto restart;
7971
7972 out2:
7973         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
7974         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++)
7975                 zone_movable_pfn[nid] =
7976                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
7977
7978 out:
7979         /* restore the node_state */
7980         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
7981 }
7982
7983 /* Any regular or high memory on that node ? */
7984 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
7985 {
7986         enum zone_type zone_type;
7987
7988         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
7989                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
7990                 if (populated_zone(zone)) {
7991                         if (IS_ENABLED(CONFIG_HIGHMEM))
7992                                 node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
7993                         if (zone_type <= ZONE_NORMAL)
7994                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
7995                         break;
7996                 }
7997         }
7998 }
7999
8000 /*
8001  * Some architectures, e.g. ARC may have ZONE_HIGHMEM below ZONE_NORMAL. For
8002  * such cases we allow max_zone_pfn sorted in the descending order
8003  */
8004 bool __weak arch_has_descending_max_zone_pfns(void)
8005 {
8006         return false;
8007 }
8008
8009 /**
8010  * free_area_init - Initialise all pg_data_t and zone data
8011  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
8012  *
8013  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
8014  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
8015  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
8016  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
8017  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
8018  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
8019  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
8020  * at arch_max_dma_pfn.
8021  */
8022 void __init free_area_init(unsigned long *max_zone_pfn)
8023 {
8024         unsigned long start_pfn, end_pfn;
8025         int i, nid, zone;
8026         bool descending;
8027
8028         /* Record where the zone boundaries are */
8029         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
8030                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
8031         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
8032                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
8033
8034         start_pfn = find_min_pfn_with_active_regions();
8035         descending = arch_has_descending_max_zone_pfns();
8036
8037         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
8038                 if (descending)
8039                         zone = MAX_NR_ZONES - i - 1;
8040                 else
8041                         zone = i;
8042
8043                 if (zone == ZONE_MOVABLE)
8044                         continue;
8045
8046                 end_pfn = max(max_zone_pfn[zone], start_pfn);
8047                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone] = start_pfn;
8048                 arch_zone_highest_possible_pfn[zone] = end_pfn;
8049
8050                 start_pfn = end_pfn;
8051         }
8052
8053         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
8054         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
8055         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
8056
8057         /* Print out the zone ranges */
8058         pr_info("Zone ranges:\n");
8059         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
8060                 if (i == ZONE_MOVABLE)
8061                         continue;
8062                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
8063                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
8064                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
8065                         pr_cont("empty\n");
8066                 else
8067                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
8068                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
8069                                         << PAGE_SHIFT,
8070                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
8071                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
8072         }
8073
8074         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
8075         pr_info("Movable zone start for each node\n");
8076         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
8077                 if (zone_movable_pfn[i])
8078                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
8079                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
8080         }
8081
8082         /*
8083          * Print out the early node map, and initialize the
8084          * subsection-map relative to active online memory ranges to
8085          * enable future "sub-section" extensions of the memory map.
8086          */
8087         pr_info("Early memory node ranges\n");
8088         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
8089                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
8090                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
8091                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
8092                 subsection_map_init(start_pfn, end_pfn - start_pfn);
8093         }
8094
8095         /* Initialise every node */
8096         mminit_verify_pageflags_layout();
8097         setup_nr_node_ids();
8098         for_each_online_node(nid) {
8099                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
8100                 free_area_init_node(nid);
8101
8102                 /* Any memory on that node */
8103                 if (pgdat->node_present_pages)
8104                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
8105                 check_for_memory(pgdat, nid);
8106         }
8107
8108         memmap_init();
8109 }
8110
8111 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core,
8112                                      unsigned long *percent)
8113 {
8114         unsigned long long coremem;
8115         char *endptr;
8116
8117         if (!p)
8118                 return -EINVAL;
8119
8120         /* Value may be a percentage of total memory, otherwise bytes */
8121         coremem = simple_strtoull(p, &endptr, 0);
8122         if (*endptr == '%') {
8123                 /* Paranoid check for percent values greater than 100 */
8124                 WARN_ON(coremem > 100);
8125
8126                 *percent = coremem;
8127         } else {
8128                 coremem = memparse(p, &p);
8129                 /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
8130                 WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
8131
8132                 *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
8133                 *percent = 0UL;
8134         }
8135         return 0;
8136 }
8137
8138 /*
8139  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
8140  * cannot be reclaimed or migrated.
8141  */
8142 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
8143 {
8144         /* parse kernelcore=mirror */
8145         if (parse_option_str(p, "mirror")) {
8146                 mirrored_kernelcore = true;
8147                 return 0;
8148         }
8149
8150         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore,
8151                                   &required_kernelcore_percent);
8152 }
8153
8154 /*
8155  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
8156  * can be reclaimed or migrated.
8157  */
8158 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
8159 {
8160         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore,
8161                                   &required_movablecore_percent);
8162 }
8163
8164 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
8165 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
8166
8167 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
8168 {
8169         atomic_long_add(count, &page_zone(page)->managed_pages);
8170         totalram_pages_add(count);
8171 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
8172         if (PageHighMem(page))
8173                 totalhigh_pages_add(count);
8174 #endif
8175 }
8176 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
8177
8178 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, const char *s)
8179 {
8180         void *pos;
8181         unsigned long pages = 0;
8182
8183         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
8184         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
8185         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
8186                 struct page *page = virt_to_page(pos);
8187                 void *direct_map_addr;
8188
8189                 /*
8190                  * 'direct_map_addr' might be different from 'pos'
8191                  * because some architectures' virt_to_page()
8192                  * work with aliases.  Getting the direct map
8193                  * address ensures that we get a _writeable_
8194                  * alias for the memset().
8195                  */
8196                 direct_map_addr = page_address(page);
8197                 /*
8198                  * Perform a kasan-unchecked memset() since this memory
8199                  * has not been initialized.
8200                  */
8201                 direct_map_addr = kasan_reset_tag(direct_map_addr);
8202                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
8203                         memset(direct_map_addr, poison, PAGE_SIZE);
8204
8205                 free_reserved_page(page);
8206         }
8207
8208         if (pages && s)
8209                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK\n", s, K(pages));
8210
8211         return pages;
8212 }
8213
8214 void __init mem_init_print_info(void)
8215 {
8216         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
8217         unsigned long init_code_size, init_data_size;
8218
8219         physpages = get_num_physpages();
8220         codesize = _etext - _stext;
8221         datasize = _edata - _sdata;
8222         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
8223         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
8224         init_data_size = __init_end - __init_begin;
8225         init_code_size = _einittext - _sinittext;
8226
8227         /*
8228          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
8229          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
8230          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
8231          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
8232          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
8233          */
8234 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
8235         do { \
8236                 if (&start[0] <= &pos[0] && &pos[0] < &end[0] && size > adj) \
8237                         size -= adj; \
8238         } while (0)
8239
8240         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
8241                      _sinittext, init_code_size);
8242         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
8243         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
8244         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
8245         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
8246
8247 #undef  adj_init_size
8248
8249         pr_info("Memory: %luK/%luK available (%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, %luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
8250 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
8251                 ", %luK highmem"
8252 #endif
8253                 ")\n",
8254                 K(nr_free_pages()), K(physpages),
8255                 codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
8256                 (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
8257                 K(physpages - totalram_pages() - totalcma_pages),
8258                 K(totalcma_pages)
8259 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
8260                 , K(totalhigh_pages())
8261 #endif
8262                 );
8263 }
8264
8265 /**
8266  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
8267  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
8268  *
8269  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by managed_pages.
8270  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
8271  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
8272  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
8273  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
8274  * smaller per-cpu batchsize.
8275  */
8276 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
8277 {
8278         dma_reserve = new_dma_reserve;
8279 }
8280
8281 static int page_alloc_cpu_dead(unsigned int cpu)
8282 {
8283         struct zone *zone;
8284
8285         lru_add_drain_cpu(cpu);
8286         drain_pages(cpu);
8287
8288         /*
8289          * Spill the event counters of the dead processor
8290          * into the current processors event counters.
8291          * This artificially elevates the count of the current
8292          * processor.
8293          */
8294         vm_events_fold_cpu(cpu);
8295
8296         /*
8297          * Zero the differential counters of the dead processor
8298          * so that the vm statistics are consistent.
8299          *
8300          * This is only okay since the processor is dead and cannot
8301          * race with what we are doing.
8302          */
8303         cpu_vm_stats_fold(cpu);
8304
8305         for_each_populated_zone(zone)
8306                 zone_pcp_update(zone, 0);
8307
8308         return 0;
8309 }
8310
8311 static int page_alloc_cpu_online(unsigned int cpu)
8312 {
8313         struct zone *zone;
8314
8315         for_each_populated_zone(zone)
8316                 zone_pcp_update(zone, 1);
8317         return 0;
8318 }
8319
8320 #ifdef CONFIG_NUMA
8321 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
8322
8323 static int __init set_hashdist(char *str)
8324 {
8325         if (!str)
8326                 return 0;
8327         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
8328         return 1;
8329 }
8330 __setup("hashdist=", set_hashdist);
8331 #endif
8332
8333 void __init page_alloc_init(void)
8334 {
8335         int ret;
8336
8337 #ifdef CONFIG_NUMA
8338         if (num_node_state(N_MEMORY) == 1)
8339                 hashdist = 0;
8340 #endif
8341
8342         ret = cpuhp_setup_state_nocalls(CPUHP_PAGE_ALLOC,
8343                                         "mm/page_alloc:pcp",
8344                                         page_alloc_cpu_online,
8345                                         page_alloc_cpu_dead);
8346         WARN_ON(ret < 0);
8347 }
8348
8349 /*
8350  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
8351  *      or min_free_kbytes changes.
8352  */
8353 static void calculate_totalreserve_pages(void)
8354 {
8355         struct pglist_data *pgdat;
8356         unsigned long reserve_pages = 0;
8357         enum zone_type i, j;
8358
8359         for_each_online_pgdat(pgdat) {
8360
8361                 pgdat->totalreserve_pages = 0;
8362
8363                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
8364                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
8365                         long max = 0;
8366                         unsigned long managed_pages = zone_managed_pages(zone);
8367
8368                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
8369                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
8370                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
8371                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
8372                         }
8373
8374                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
8375                         max += high_wmark_pages(zone);
8376
8377                         if (max > managed_pages)
8378                                 max = managed_pages;
8379
8380                         pgdat->totalreserve_pages += max;
8381
8382                         reserve_pages += max;
8383                 }
8384         }
8385         totalreserve_pages = reserve_pages;
8386 }
8387
8388 /*
8389  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
8390  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
8391  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
8392  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
8393  */
8394 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
8395 {
8396         struct pglist_data *pgdat;
8397         enum zone_type i, j;
8398
8399         for_each_online_pgdat(pgdat) {
8400                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES - 1; i++) {
8401                         struct zone *zone = &pgdat->node_zones[i];
8402                         int ratio = sysctl_lowmem_reserve_ratio[i];
8403                         bool clear = !ratio || !zone_managed_pages(zone);
8404                         unsigned long managed_pages = 0;
8405
8406                         for (j = i + 1; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
8407                                 struct zone *upper_zone = &pgdat->node_zones[j];
8408
8409                                 managed_pages += zone_managed_pages(upper_zone);
8410
8411                                 if (clear)
8412                                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
8413                                 else
8414                                         zone->lowmem_reserve[j] = managed_pages / ratio;
8415                         }
8416                 }
8417         }
8418
8419         /* update totalreserve_pages */
8420         calculate_totalreserve_pages();
8421 }
8422
8423 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
8424 {
8425         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
8426         unsigned long lowmem_pages = 0;
8427         struct zone *zone;
8428         unsigned long flags;
8429
8430         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
8431         for_each_zone(zone) {
8432                 if (!is_highmem(zone))
8433                         lowmem_pages += zone_managed_pages(zone);
8434         }
8435
8436         for_each_zone(zone) {
8437                 u64 tmp;
8438
8439                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8440                 tmp = (u64)pages_min * zone_managed_pages(zone);
8441                 do_div(tmp, lowmem_pages);
8442                 if (is_highmem(zone)) {
8443                         /*
8444                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
8445                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
8446                          * value here.
8447                          *
8448                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
8449                          * deltas control async page reclaim, and so should
8450                          * not be capped for highmem.
8451                          */
8452                         unsigned long min_pages;
8453
8454                         min_pages = zone_managed_pages(zone) / 1024;
8455                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
8456                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
8457                 } else {
8458                         /*
8459                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
8460                          * proportionate to the zone's size.
8461                          */
8462                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = tmp;
8463                 }
8464
8465                 /*
8466                  * Set the kswapd watermarks distance according to the
8467                  * scale factor in proportion to available memory, but
8468                  * ensure a minimum size on small systems.
8469                  */
8470                 tmp = max_t(u64, tmp >> 2,
8471                             mult_frac(zone_managed_pages(zone),
8472                                       watermark_scale_factor, 10000));
8473
8474                 zone->watermark_boost = 0;
8475                 zone->_watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + tmp;
8476                 zone->_watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) + tmp * 2;
8477
8478                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8479         }
8480
8481         /* update totalreserve_pages */
8482         calculate_totalreserve_pages();
8483 }
8484
8485 /**
8486  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
8487  * or when memory is hot-{added|removed}
8488  *
8489  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
8490  * correctly with respect to min_free_kbytes.
8491  */
8492 void setup_per_zone_wmarks(void)
8493 {
8494         struct zone *zone;
8495         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
8496
8497         spin_lock(&lock);
8498         __setup_per_zone_wmarks();
8499         spin_unlock(&lock);
8500
8501         /*
8502          * The watermark size have changed so update the pcpu batch
8503          * and high limits or the limits may be inappropriate.
8504          */
8505         for_each_zone(zone)
8506                 zone_pcp_update(zone, 0);
8507 }
8508
8509 /*
8510  * Initialise min_free_kbytes.
8511  *
8512  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
8513  * we want it large (256MB max).  But it is not linear, because network
8514  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
8515  *
8516  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
8517  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
8518  *
8519  * which yields
8520  *
8521  * 16MB:        512k
8522  * 32MB:        724k
8523  * 64MB:        1024k
8524  * 128MB:       1448k
8525  * 256MB:       2048k
8526  * 512MB:       2896k
8527  * 1024MB:      4096k
8528  * 2048MB:      5792k
8529  * 4096MB:      8192k
8530  * 8192MB:      11584k
8531  * 16384MB:     16384k
8532  */
8533 void calculate_min_free_kbytes(void)
8534 {
8535         unsigned long lowmem_kbytes;
8536         int new_min_free_kbytes;
8537
8538         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
8539         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
8540
8541         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes)
8542                 min_free_kbytes = clamp(new_min_free_kbytes, 128, 262144);
8543         else
8544                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
8545                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
8546
8547 }
8548
8549 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
8550 {
8551         calculate_min_free_kbytes();
8552         setup_per_zone_wmarks();
8553         refresh_zone_stat_thresholds();
8554         setup_per_zone_lowmem_reserve();
8555
8556 #ifdef CONFIG_NUMA
8557         setup_min_unmapped_ratio();
8558         setup_min_slab_ratio();
8559 #endif
8560
8561         khugepaged_min_free_kbytes_update();
8562
8563         return 0;
8564 }
8565 postcore_initcall(init_per_zone_wmark_min)
8566
8567 /*
8568  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
8569  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
8570  *      changes.
8571  */
8572 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8573                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8574 {
8575         int rc;
8576
8577         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8578         if (rc)
8579                 return rc;
8580
8581         if (write) {
8582                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
8583                 setup_per_zone_wmarks();
8584         }
8585         return 0;
8586 }
8587
8588 int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8589                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8590 {
8591         int rc;
8592
8593         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8594         if (rc)
8595                 return rc;
8596
8597         if (write)
8598                 setup_per_zone_wmarks();
8599
8600         return 0;
8601 }
8602
8603 #ifdef CONFIG_NUMA
8604 static void setup_min_unmapped_ratio(void)
8605 {
8606         pg_data_t *pgdat;
8607         struct zone *zone;
8608
8609         for_each_online_pgdat(pgdat)
8610                 pgdat->min_unmapped_pages = 0;
8611
8612         for_each_zone(zone)
8613                 zone->zone_pgdat->min_unmapped_pages += (zone_managed_pages(zone) *
8614                                                          sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
8615 }
8616
8617
8618 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8619                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8620 {
8621         int rc;
8622
8623         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8624         if (rc)
8625                 return rc;
8626
8627         setup_min_unmapped_ratio();
8628
8629         return 0;
8630 }
8631
8632 static void setup_min_slab_ratio(void)
8633 {
8634         pg_data_t *pgdat;
8635         struct zone *zone;
8636
8637         for_each_online_pgdat(pgdat)
8638                 pgdat->min_slab_pages = 0;
8639
8640         for_each_zone(zone)
8641                 zone->zone_pgdat->min_slab_pages += (zone_managed_pages(zone) *
8642                                                      sysctl_min_slab_ratio) / 100;
8643 }
8644
8645 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8646                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8647 {
8648         int rc;
8649
8650         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8651         if (rc)
8652                 return rc;
8653
8654         setup_min_slab_ratio();
8655
8656         return 0;
8657 }
8658 #endif
8659
8660 /*
8661  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
8662  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
8663  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
8664  *
8665  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
8666  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
8667  * if in function of the boot time zone sizes.
8668  */
8669 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8670                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8671 {
8672         int i;
8673
8674         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8675
8676         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
8677                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[i] < 1)
8678                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[i] = 0;
8679         }
8680
8681         setup_per_zone_lowmem_reserve();
8682         return 0;
8683 }
8684
8685 /*
8686  * percpu_pagelist_high_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
8687  * cpu. It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
8688  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
8689  */
8690 int percpu_pagelist_high_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table,
8691                 int write, void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8692 {
8693         struct zone *zone;
8694         int old_percpu_pagelist_high_fraction;
8695         int ret;
8696
8697         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
8698         old_percpu_pagelist_high_fraction = percpu_pagelist_high_fraction;
8699
8700         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8701         if (!write || ret < 0)
8702                 goto out;
8703
8704         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
8705         if (percpu_pagelist_high_fraction &&
8706             percpu_pagelist_high_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_HIGH_FRACTION) {
8707                 percpu_pagelist_high_fraction = old_percpu_pagelist_high_fraction;
8708                 ret = -EINVAL;
8709                 goto out;
8710         }
8711
8712         /* No change? */
8713         if (percpu_pagelist_high_fraction == old_percpu_pagelist_high_fraction)
8714                 goto out;
8715
8716         for_each_populated_zone(zone)
8717                 zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0);
8718 out:
8719         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
8720         return ret;
8721 }
8722
8723 #ifndef __HAVE_ARCH_RESERVED_KERNEL_PAGES
8724 /*
8725  * Returns the number of pages that arch has reserved but
8726  * is not known to alloc_large_system_hash().
8727  */
8728 static unsigned long __init arch_reserved_kernel_pages(void)
8729 {
8730         return 0;
8731 }
8732 #endif
8733
8734 /*
8735  * Adaptive scale is meant to reduce sizes of hash tables on large memory
8736  * machines. As memory size is increased the scale is also increased but at
8737  * slower pace.  Starting from ADAPT_SCALE_BASE (64G), every time memory
8738  * quadruples the scale is increased by one, which means the size of hash table
8739  * only doubles, instead of quadrupling as well.
8740  * Because 32-bit systems cannot have large physical memory, where this scaling
8741  * makes sense, it is disabled on such platforms.
8742  */
8743 #if __BITS_PER_LONG > 32
8744 #define ADAPT_SCALE_BASE        (64ul << 30)
8745 #define ADAPT_SCALE_SHIFT       2
8746 #define ADAPT_SCALE_NPAGES      (ADAPT_SCALE_BASE >> PAGE_SHIFT)
8747 #endif
8748
8749 /*
8750  * allocate a large system hash table from bootmem
8751  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
8752  *   quantity of entries
8753  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
8754  */
8755 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
8756                                      unsigned long bucketsize,
8757                                      unsigned long numentries,
8758                                      int scale,
8759                                      int flags,
8760                                      unsigned int *_hash_shift,
8761                                      unsigned int *_hash_mask,
8762                                      unsigned long low_limit,
8763                                      unsigned long high_limit)
8764 {
8765         unsigned long long max = high_limit;
8766         unsigned long log2qty, size;
8767         void *table = NULL;
8768         gfp_t gfp_flags;
8769         bool virt;
8770         bool huge;
8771
8772         /* allow the kernel cmdline to have a say */
8773         if (!numentries) {
8774                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
8775                 numentries = nr_kernel_pages;
8776                 numentries -= arch_reserved_kernel_pages();
8777
8778                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
8779                 if (PAGE_SHIFT < 20)
8780                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
8781
8782 #if __BITS_PER_LONG > 32
8783                 if (!high_limit) {
8784                         unsigned long adapt;
8785
8786                         for (adapt = ADAPT_SCALE_NPAGES; adapt < numentries;
8787                              adapt <<= ADAPT_SCALE_SHIFT)
8788                                 scale++;
8789                 }
8790 #endif
8791
8792                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
8793                 if (scale > PAGE_SHIFT)
8794                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
8795                 else
8796                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
8797
8798                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
8799                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
8800                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
8801                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
8802                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
8803                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
8804                                 BUG_ON(!numentries);
8805                         }
8806                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
8807                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
8808         }
8809         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
8810
8811         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
8812         if (max == 0) {
8813                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
8814                 do_div(max, bucketsize);
8815         }
8816         max = min(max, 0x80000000ULL);
8817
8818         if (numentries < low_limit)
8819                 numentries = low_limit;
8820         if (numentries > max)
8821                 numentries = max;
8822
8823         log2qty = ilog2(numentries);
8824
8825         gfp_flags = (flags & HASH_ZERO) ? GFP_ATOMIC | __GFP_ZERO : GFP_ATOMIC;
8826         do {
8827                 virt = false;
8828                 size = bucketsize << log2qty;
8829                 if (flags & HASH_EARLY) {
8830                         if (flags & HASH_ZERO)
8831                                 table = memblock_alloc(size, SMP_CACHE_BYTES);
8832                         else
8833                                 table = memblock_alloc_raw(size,
8834                                                            SMP_CACHE_BYTES);
8835                 } else if (get_order(size) >= MAX_ORDER || hashdist) {
8836                         table = __vmalloc(size, gfp_flags);
8837                         virt = true;
8838                         if (table)
8839                                 huge = is_vm_area_hugepages(table);
8840                 } else {
8841                         /*
8842                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
8843                          * some pages at the end of hash table which
8844                          * alloc_pages_exact() automatically does
8845                          */
8846                         table = alloc_pages_exact(size, gfp_flags);
8847                         kmemleak_alloc(table, size, 1, gfp_flags);
8848                 }
8849         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
8850
8851         if (!table)
8852                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
8853
8854         pr_info("%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes, %s)\n",
8855                 tablename, 1UL << log2qty, ilog2(size) - PAGE_SHIFT, size,
8856                 virt ? (huge ? "vmalloc hugepage" : "vmalloc") : "linear");
8857
8858         if (_hash_shift)
8859                 *_hash_shift = log2qty;
8860         if (_hash_mask)
8861                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
8862
8863         return table;
8864 }
8865
8866 /*
8867  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
8868  *
8869  * PageLRU check without isolation or lru_lock could race so that
8870  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. And __PageMovable
8871  * check without lock_page also may miss some movable non-lru pages at
8872  * race condition. So you can't expect this function should be exact.
8873  *
8874  * Returns a page without holding a reference. If the caller wants to
8875  * dereference that page (e.g., dumping), it has to make sure that it
8876  * cannot get removed (e.g., via memory unplug) concurrently.
8877  *
8878  */
8879 struct page *has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page,
8880                                  int migratetype, int flags)
8881 {
8882         unsigned long iter = 0;
8883         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8884         unsigned long offset = pfn % pageblock_nr_pages;
8885
8886         if (is_migrate_cma_page(page)) {
8887                 /*
8888                  * CMA allocations (alloc_contig_range) really need to mark
8889                  * isolate CMA pageblocks even when they are not movable in fact
8890                  * so consider them movable here.
8891                  */
8892                 if (is_migrate_cma(migratetype))
8893                         return NULL;
8894
8895                 return page;
8896         }
8897
8898         for (; iter < pageblock_nr_pages - offset; iter++) {
8899                 page = pfn_to_page(pfn + iter);
8900
8901                 /*
8902                  * Both, bootmem allocations and memory holes are marked
8903                  * PG_reserved and are unmovable. We can even have unmovable
8904                  * allocations inside ZONE_MOVABLE, for example when
8905                  * specifying "movablecore".
8906                  */
8907                 if (PageReserved(page))
8908                         return page;
8909
8910                 /*
8911                  * If the zone is movable and we have ruled out all reserved
8912                  * pages then it should be reasonably safe to assume the rest
8913                  * is movable.
8914                  */
8915                 if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
8916                         continue;
8917
8918                 /*
8919                  * Hugepages are not in LRU lists, but they're movable.
8920                  * THPs are on the LRU, but need to be counted as #small pages.
8921                  * We need not scan over tail pages because we don't
8922                  * handle each tail page individually in migration.
8923                  */
8924                 if (PageHuge(page) || PageTransCompound(page)) {
8925                         struct page *head = compound_head(page);
8926                         unsigned int skip_pages;
8927
8928                         if (PageHuge(page)) {
8929                                 if (!hugepage_migration_supported(page_hstate(head)))
8930                                         return page;
8931                         } else if (!PageLRU(head) && !__PageMovable(head)) {
8932                                 return page;
8933                         }
8934
8935                         skip_pages = compound_nr(head) - (page - head);
8936                         iter += skip_pages - 1;
8937                         continue;
8938                 }
8939
8940                 /*
8941                  * We can't use page_count without pin a page
8942                  * because another CPU can free compound page.
8943                  * This check already skips compound tails of THP
8944                  * because their page->_refcount is zero at all time.
8945                  */
8946                 if (!page_ref_count(page)) {
8947                         if (PageBuddy(page))
8948                                 iter += (1 << buddy_order(page)) - 1;
8949                         continue;
8950                 }
8951
8952                 /*
8953                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
8954                  * page_count() is not 0.
8955                  */
8956                 if ((flags & MEMORY_OFFLINE) && PageHWPoison(page))
8957                         continue;
8958
8959                 /*
8960                  * We treat all PageOffline() pages as movable when offlining
8961                  * to give drivers a chance to decrement their reference count
8962                  * in MEM_GOING_OFFLINE in order to indicate that these pages
8963                  * can be offlined as there are no direct references anymore.
8964                  * For actually unmovable PageOffline() where the driver does
8965                  * not support this, we will fail later when trying to actually
8966                  * move these pages that still have a reference count > 0.
8967                  * (false negatives in this function only)
8968                  */
8969                 if ((flags & MEMORY_OFFLINE) && PageOffline(page))
8970                         continue;
8971
8972                 if (__PageMovable(page) || PageLRU(page))
8973                         continue;
8974
8975                 /*
8976                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check
8977                  * it.  But now, memory offline itself doesn't call
8978                  * shrink_node_slabs() and it still to be fixed.
8979                  */
8980                 return page;
8981         }
8982         return NULL;
8983 }
8984
8985 #ifdef CONFIG_CONTIG_ALLOC
8986 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
8987 {
8988         return pfn & ~(max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
8989                              pageblock_nr_pages) - 1);
8990 }
8991
8992 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
8993 {
8994         return ALIGN(pfn, max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
8995                                 pageblock_nr_pages));
8996 }
8997
8998 #if defined(CONFIG_DYNAMIC_DEBUG) || \
8999         (defined(CONFIG_DYNAMIC_DEBUG_CORE) && defined(DYNAMIC_DEBUG_MODULE))
9000 /* Usage: See admin-guide/dynamic-debug-howto.rst */
9001 static void alloc_contig_dump_pages(struct list_head *page_list)
9002 {
9003         DEFINE_DYNAMIC_DEBUG_METADATA(descriptor, "migrate failure");
9004
9005         if (DYNAMIC_DEBUG_BRANCH(descriptor)) {
9006                 struct page *page;
9007
9008                 dump_stack();
9009                 list_for_each_entry(page, page_list, lru)
9010                         dump_page(page, "migration failure");
9011         }
9012 }
9013 #else
9014 static inline void alloc_contig_dump_pages(struct list_head *page_list)
9015 {
9016 }
9017 #endif
9018
9019 /* [start, end) must belong to a single zone. */
9020 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
9021                                         unsigned long start, unsigned long end)
9022 {
9023         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
9024         unsigned int nr_reclaimed;
9025         unsigned long pfn = start;
9026         unsigned int tries = 0;
9027         int ret = 0;
9028         struct migration_target_control mtc = {
9029                 .nid = zone_to_nid(cc->zone),
9030                 .gfp_mask = GFP_USER | __GFP_MOVABLE | __GFP_RETRY_MAYFAIL,
9031         };
9032
9033         lru_cache_disable();
9034
9035         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
9036                 if (fatal_signal_pending(current)) {
9037                         ret = -EINTR;
9038                         break;
9039                 }
9040
9041                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
9042                         cc->nr_migratepages = 0;
9043                         ret = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
9044                         if (ret && ret != -EAGAIN)
9045                                 break;
9046                         pfn = cc->migrate_pfn;
9047                         tries = 0;
9048                 } else if (++tries == 5) {
9049                         ret = -EBUSY;
9050                         break;
9051                 }
9052
9053                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
9054                                                         &cc->migratepages);
9055                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
9056
9057                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migration_target,
9058                         NULL, (unsigned long)&mtc, cc->mode, MR_CONTIG_RANGE, NULL);
9059
9060                 /*
9061                  * On -ENOMEM, migrate_pages() bails out right away. It is pointless
9062                  * to retry again over this error, so do the same here.
9063                  */
9064                 if (ret == -ENOMEM)
9065                         break;
9066         }
9067
9068         lru_cache_enable();
9069         if (ret < 0) {
9070                 if (ret == -EBUSY)
9071                         alloc_contig_dump_pages(&cc->migratepages);
9072                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
9073                 return ret;
9074         }
9075         return 0;
9076 }
9077
9078 /**
9079  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
9080  * @start:      start PFN to allocate
9081  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
9082  * @migratetype:        migratetype of the underlying pageblocks (either
9083  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
9084  *                      in range must have the same migratetype and it must
9085  *                      be either of the two.
9086  * @gfp_mask:   GFP mask to use during compaction
9087  *
9088  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
9089  * aligned.  The PFN range must belong to a single zone.
9090  *
9091  * The first thing this routine does is attempt to MIGRATE_ISOLATE all
9092  * pageblocks in the range.  Once isolated, the pageblocks should not
9093  * be modified by others.
9094  *
9095  * Return: zero on success or negative error code.  On success all
9096  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
9097  * need to be freed with free_contig_range().
9098  */
9099 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
9100                        unsigned migratetype, gfp_t gfp_mask)
9101 {
9102         unsigned long outer_start, outer_end;
9103         unsigned int order;
9104         int ret = 0;
9105
9106         struct compact_control cc = {
9107                 .nr_migratepages = 0,
9108                 .order = -1,
9109                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
9110                 .mode = MIGRATE_SYNC,
9111                 .ignore_skip_hint = true,
9112                 .no_set_skip_hint = true,
9113                 .gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask),
9114                 .alloc_contig = true,
9115         };
9116         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
9117
9118         /*
9119          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
9120          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
9121          * have different sizes, and due to the way page allocator
9122          * work, we align the range to biggest of the two pages so
9123          * that page allocator won't try to merge buddies from
9124          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
9125          * other migration type.
9126          *
9127          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
9128          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
9129          * we are interested in).  This will put all the pages in
9130          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
9131          *
9132          * When this is done, we take the pages in range from page
9133          * allocator removing them from the buddy system.  This way
9134          * page allocator will never consider using them.
9135          *
9136          * This lets us mark the pageblocks back as
9137          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
9138          * aligned range but not in the unaligned, original range are
9139          * put back to page allocator so that buddy can use them.
9140          */
9141
9142         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
9143                                        pfn_max_align_up(end), migratetype, 0);
9144         if (ret)
9145                 return ret;
9146
9147         drain_all_pages(cc.zone);
9148
9149         /*
9150          * In case of -EBUSY, we'd like to know which page causes problem.
9151          * So, just fall through. test_pages_isolated() has a tracepoint
9152          * which will report the busy page.
9153          *
9154          * It is possible that busy pages could become available before
9155          * the call to test_pages_isolated, and the range will actually be
9156          * allocated.  So, if we fall through be sure to clear ret so that
9157          * -EBUSY is not accidentally used or returned to caller.
9158          */
9159         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
9160         if (ret && ret != -EBUSY)
9161                 goto done;
9162         ret = 0;
9163
9164         /*
9165          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
9166          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
9167          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
9168          * What we are going to do is to allocate all pages from
9169          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
9170          *
9171          * The only problem is that pages at the beginning and at the
9172          * end of interesting range may be not aligned with pages that
9173          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
9174          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
9175          * once this is done free the pages we are not interested in.
9176          *
9177          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
9178          * isolated thus they won't get removed from buddy.
9179          */
9180
9181         order = 0;
9182         outer_start = start;
9183         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
9184                 if (++order >= MAX_ORDER) {
9185                         outer_start = start;
9186                         break;
9187                 }
9188                 outer_start &= ~0UL << order;
9189         }
9190
9191         if (outer_start != start) {
9192                 order = buddy_order(pfn_to_page(outer_start));
9193
9194                 /*
9195                  * outer_start page could be small order buddy page and
9196                  * it doesn't include start page. Adjust outer_start
9197                  * in this case to report failed page properly
9198                  * on tracepoint in test_pages_isolated()
9199                  */
9200                 if (outer_start + (1UL << order) <= start)
9201                         outer_start = start;
9202         }
9203
9204         /* Make sure the range is really isolated. */
9205         if (test_pages_isolated(outer_start, end, 0)) {
9206                 ret = -EBUSY;
9207                 goto done;
9208         }
9209
9210         /* Grab isolated pages from freelists. */
9211         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
9212         if (!outer_end) {
9213                 ret = -EBUSY;
9214                 goto done;
9215         }
9216
9217         /* Free head and tail (if any) */
9218         if (start != outer_start)
9219                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
9220         if (end != outer_end)
9221                 free_contig_range(end, outer_end - end);
9222
9223 done:
9224         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
9225                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
9226         return ret;
9227 }
9228 EXPORT_SYMBOL(alloc_contig_range);
9229
9230 static int __alloc_contig_pages(unsigned long start_pfn,
9231                                 unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask)
9232 {
9233         unsigned long end_pfn = start_pfn + nr_pages;
9234
9235         return alloc_contig_range(start_pfn, end_pfn, MIGRATE_MOVABLE,
9236                                   gfp_mask);
9237 }
9238
9239 static bool pfn_range_valid_contig(struct zone *z, unsigned long start_pfn,
9240                                    unsigned long nr_pages)
9241 {
9242         unsigned long i, end_pfn = start_pfn + nr_pages;
9243         struct page *page;
9244
9245         for (i = start_pfn; i < end_pfn; i++) {
9246                 page = pfn_to_online_page(i);
9247                 if (!page)
9248                         return false;
9249
9250                 if (page_zone(page) != z)
9251                         return false;
9252
9253                 if (PageReserved(page))
9254                         return false;
9255         }
9256         return true;
9257 }
9258
9259 static bool zone_spans_last_pfn(const struct zone *zone,
9260                                 unsigned long start_pfn, unsigned long nr_pages)
9261 {
9262         unsigned long last_pfn = start_pfn + nr_pages - 1;
9263
9264         return zone_spans_pfn(zone, last_pfn);
9265 }
9266
9267 /**
9268  * alloc_contig_pages() -- tries to find and allocate contiguous range of pages
9269  * @nr_pages:   Number of contiguous pages to allocate
9270  * @gfp_mask:   GFP mask to limit search and used during compaction
9271  * @nid:        Target node
9272  * @nodemask:   Mask for other possible nodes
9273  *
9274  * This routine is a wrapper around alloc_contig_range(). It scans over zones
9275  * on an applicable zonelist to find a contiguous pfn range which can then be
9276  * tried for allocation with alloc_contig_range(). This routine is intended
9277  * for allocation requests which can not be fulfilled with the buddy allocator.
9278  *
9279  * The allocated memory is always aligned to a page boundary. If nr_pages is a
9280  * power of two, then allocated range is also guaranteed to be aligned to same
9281  * nr_pages (e.g. 1GB request would be aligned to 1GB).
9282  *
9283  * Allocated pages can be freed with free_contig_range() or by manually calling
9284  * __free_page() on each allocated page.
9285  *
9286  * Return: pointer to contiguous pages on success, or NULL if not successful.
9287  */
9288 struct page *alloc_contig_pages(unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask,
9289                                 int nid, nodemask_t *nodemask)
9290 {
9291         unsigned long ret, pfn, flags;
9292         struct zonelist *zonelist;
9293         struct zone *zone;
9294         struct zoneref *z;
9295
9296         zonelist = node_zonelist(nid, gfp_mask);
9297         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
9298                                         gfp_zone(gfp_mask), nodemask) {
9299                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9300
9301                 pfn = ALIGN(zone->zone_start_pfn, nr_pages);
9302                 while (zone_spans_last_pfn(zone, pfn, nr_pages)) {
9303                         if (pfn_range_valid_contig(zone, pfn, nr_pages)) {
9304                                 /*
9305                                  * We release the zone lock here because
9306                                  * alloc_contig_range() will also lock the zone
9307                                  * at some point. If there's an allocation
9308                                  * spinning on this lock, it may win the race
9309                                  * and cause alloc_contig_range() to fail...
9310                                  */
9311                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9312                                 ret = __alloc_contig_pages(pfn, nr_pages,
9313                                                         gfp_mask);
9314                                 if (!ret)
9315                                         return pfn_to_page(pfn);
9316                                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9317                         }
9318                         pfn += nr_pages;
9319                 }
9320                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9321         }
9322         return NULL;
9323 }
9324 #endif /* CONFIG_CONTIG_ALLOC */
9325
9326 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned long nr_pages)
9327 {
9328         unsigned long count = 0;
9329
9330         for (; nr_pages--; pfn++) {
9331                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
9332
9333                 count += page_count(page) != 1;
9334                 __free_page(page);
9335         }
9336         WARN(count != 0, "%lu pages are still in use!\n", count);
9337 }
9338 EXPORT_SYMBOL(free_contig_range);
9339
9340 /*
9341  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
9342  * page high values need to be recalculated.
9343  */
9344 void zone_pcp_update(struct zone *zone, int cpu_online)
9345 {
9346         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
9347         zone_set_pageset_high_and_batch(zone, cpu_online);
9348         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
9349 }
9350
9351 /*
9352  * Effectively disable pcplists for the zone by setting the high limit to 0
9353  * and draining all cpus. A concurrent page freeing on another CPU that's about
9354  * to put the page on pcplist will either finish before the drain and the page
9355  * will be drained, or observe the new high limit and skip the pcplist.
9356  *
9357  * Must be paired with a call to zone_pcp_enable().
9358  */
9359 void zone_pcp_disable(struct zone *zone)
9360 {
9361         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
9362         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0, 1);
9363         __drain_all_pages(zone, true);
9364 }
9365
9366 void zone_pcp_enable(struct zone *zone)
9367 {
9368         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, zone->pageset_high, zone->pageset_batch);
9369         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
9370 }
9371
9372 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
9373 {
9374         int cpu;
9375         struct per_cpu_zonestat *pzstats;
9376
9377         if (zone->per_cpu_pageset != &boot_pageset) {
9378                 for_each_online_cpu(cpu) {
9379                         pzstats = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_zonestats, cpu);
9380                         drain_zonestat(zone, pzstats);
9381                 }
9382                 free_percpu(zone->per_cpu_pageset);
9383                 free_percpu(zone->per_cpu_zonestats);
9384                 zone->per_cpu_pageset = &boot_pageset;
9385                 zone->per_cpu_zonestats = &boot_zonestats;
9386         }
9387 }
9388
9389 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
9390 /*
9391  * All pages in the range must be in a single zone, must not contain holes,
9392  * must span full sections, and must be isolated before calling this function.
9393  */
9394 void __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
9395 {
9396         unsigned long pfn = start_pfn;
9397         struct page *page;
9398         struct zone *zone;
9399         unsigned int order;
9400         unsigned long flags;
9401
9402         offline_mem_sections(pfn, end_pfn);
9403         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
9404         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9405         while (pfn < end_pfn) {
9406                 page = pfn_to_page(pfn);
9407                 /*
9408                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
9409                  * page_count() is not 0.
9410                  */
9411                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
9412                         pfn++;
9413                         continue;
9414                 }
9415                 /*
9416                  * At this point all remaining PageOffline() pages have a
9417                  * reference count of 0 and can simply be skipped.
9418                  */
9419                 if (PageOffline(page)) {
9420                         BUG_ON(page_count(page));
9421                         BUG_ON(PageBuddy(page));
9422                         pfn++;
9423                         continue;
9424                 }
9425
9426                 BUG_ON(page_count(page));
9427                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
9428                 order = buddy_order(page);
9429                 del_page_from_free_list(page, zone, order);
9430                 pfn += (1 << order);
9431         }
9432         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9433 }
9434 #endif
9435
9436 /*
9437  * This function returns a stable result only if called under zone lock.
9438  */
9439 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
9440 {
9441         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
9442         unsigned int order;
9443
9444         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
9445                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
9446
9447                 if (PageBuddy(page_head) &&
9448                     buddy_order_unsafe(page_head) >= order)
9449                         break;
9450         }
9451
9452         return order < MAX_ORDER;
9453 }
9454
9455 #ifdef CONFIG_MEMORY_FAILURE
9456 /*
9457  * Break down a higher-order page in sub-pages, and keep our target out of
9458  * buddy allocator.
9459  */
9460 static void break_down_buddy_pages(struct zone *zone, struct page *page,
9461                                    struct page *target, int low, int high,
9462                                    int migratetype)
9463 {
9464         unsigned long size = 1 << high;
9465         struct page *current_buddy, *next_page;
9466
9467         while (high > low) {
9468                 high--;
9469                 size >>= 1;
9470
9471                 if (target >= &page[size]) {
9472                         next_page = page + size;
9473                         current_buddy = page;
9474                 } else {
9475                         next_page = page;
9476                         current_buddy = page + size;
9477                 }
9478
9479                 if (set_page_guard(zone, current_buddy, high, migratetype))
9480                         continue;
9481
9482                 if (current_buddy != target) {
9483                         add_to_free_list(current_buddy, zone, high, migratetype);
9484                         set_buddy_order(current_buddy, high);
9485                         page = next_page;
9486                 }
9487         }
9488 }
9489
9490 /*
9491  * Take a page that will be marked as poisoned off the buddy allocator.
9492  */
9493 bool take_page_off_buddy(struct page *page)
9494 {
9495         struct zone *zone = page_zone(page);
9496         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
9497         unsigned long flags;
9498         unsigned int order;
9499         bool ret = false;
9500
9501         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9502         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
9503                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
9504                 int page_order = buddy_order(page_head);
9505
9506                 if (PageBuddy(page_head) && page_order >= order) {
9507                         unsigned long pfn_head = page_to_pfn(page_head);
9508                         int migratetype = get_pfnblock_migratetype(page_head,
9509                                                                    pfn_head);
9510
9511                         del_page_from_free_list(page_head, zone, page_order);
9512                         break_down_buddy_pages(zone, page_head, page, 0,
9513                                                 page_order, migratetype);
9514                         SetPageHWPoisonTakenOff(page);
9515                         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
9516                                 __mod_zone_freepage_state(zone, -1, migratetype);
9517                         ret = true;
9518                         break;
9519                 }
9520                 if (page_count(page_head) > 0)
9521                         break;
9522         }
9523         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9524         return ret;
9525 }
9526
9527 /*
9528  * Cancel takeoff done by take_page_off_buddy().
9529  */
9530 bool put_page_back_buddy(struct page *page)
9531 {
9532         struct zone *zone = page_zone(page);
9533         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
9534         unsigned long flags;
9535         int migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
9536         bool ret = false;
9537
9538         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9539         if (put_page_testzero(page)) {
9540                 ClearPageHWPoisonTakenOff(page);
9541                 __free_one_page(page, pfn, zone, 0, migratetype, FPI_NONE);
9542                 if (TestClearPageHWPoison(page)) {
9543                         num_poisoned_pages_dec();
9544                         ret = true;
9545                 }
9546         }
9547         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9548
9549         return ret;
9550 }
9551 #endif
9552
9553 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
9554 bool has_managed_dma(void)
9555 {
9556         struct pglist_data *pgdat;
9557
9558         for_each_online_pgdat(pgdat) {
9559                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[ZONE_DMA];
9560
9561                 if (managed_zone(zone))
9562                         return true;
9563         }
9564         return false;
9565 }
9566 #endif /* CONFIG_ZONE_DMA */