ublk: honor IO_URING_F_NONBLOCK for handling control command
[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/kmsan.h>
31 #include <linux/module.h>
32 #include <linux/suspend.h>
33 #include <linux/pagevec.h>
34 #include <linux/blkdev.h>
35 #include <linux/slab.h>
36 #include <linux/ratelimit.h>
37 #include <linux/oom.h>
38 #include <linux/topology.h>
39 #include <linux/sysctl.h>
40 #include <linux/cpu.h>
41 #include <linux/cpuset.h>
42 #include <linux/memory_hotplug.h>
43 #include <linux/nodemask.h>
44 #include <linux/vmalloc.h>
45 #include <linux/vmstat.h>
46 #include <linux/mempolicy.h>
47 #include <linux/memremap.h>
48 #include <linux/stop_machine.h>
49 #include <linux/random.h>
50 #include <linux/sort.h>
51 #include <linux/pfn.h>
52 #include <linux/backing-dev.h>
53 #include <linux/fault-inject.h>
54 #include <linux/page-isolation.h>
55 #include <linux/debugobjects.h>
56 #include <linux/kmemleak.h>
57 #include <linux/compaction.h>
58 #include <trace/events/kmem.h>
59 #include <trace/events/oom.h>
60 #include <linux/prefetch.h>
61 #include <linux/mm_inline.h>
62 #include <linux/mmu_notifier.h>
63 #include <linux/migrate.h>
64 #include <linux/hugetlb.h>
65 #include <linux/sched/rt.h>
66 #include <linux/sched/mm.h>
67 #include <linux/page_owner.h>
68 #include <linux/page_table_check.h>
69 #include <linux/kthread.h>
70 #include <linux/memcontrol.h>
71 #include <linux/ftrace.h>
72 #include <linux/lockdep.h>
73 #include <linux/nmi.h>
74 #include <linux/psi.h>
75 #include <linux/padata.h>
76 #include <linux/khugepaged.h>
77 #include <linux/buffer_head.h>
78 #include <linux/delayacct.h>
79 #include <asm/sections.h>
80 #include <asm/tlbflush.h>
81 #include <asm/div64.h>
82 #include "internal.h"
83 #include "shuffle.h"
84 #include "page_reporting.h"
85 #include "swap.h"
86
87 /* Free Page Internal flags: for internal, non-pcp variants of free_pages(). */
88 typedef int __bitwise fpi_t;
89
90 /* No special request */
91 #define FPI_NONE                ((__force fpi_t)0)
92
93 /*
94  * Skip free page reporting notification for the (possibly merged) page.
95  * This does not hinder free page reporting from grabbing the page,
96  * reporting it and marking it "reported" -  it only skips notifying
97  * the free page reporting infrastructure about a newly freed page. For
98  * example, used when temporarily pulling a page from a freelist and
99  * putting it back unmodified.
100  */
101 #define FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY  ((__force fpi_t)BIT(0))
102
103 /*
104  * Place the (possibly merged) page to the tail of the freelist. Will ignore
105  * page shuffling (relevant code - e.g., memory onlining - is expected to
106  * shuffle the whole zone).
107  *
108  * Note: No code should rely on this flag for correctness - it's purely
109  *       to allow for optimizations when handing back either fresh pages
110  *       (memory onlining) or untouched pages (page isolation, free page
111  *       reporting).
112  */
113 #define FPI_TO_TAIL             ((__force fpi_t)BIT(1))
114
115 /*
116  * Don't poison memory with KASAN (only for the tag-based modes).
117  * During boot, all non-reserved memblock memory is exposed to page_alloc.
118  * Poisoning all that memory lengthens boot time, especially on systems with
119  * large amount of RAM. This flag is used to skip that poisoning.
120  * This is only done for the tag-based KASAN modes, as those are able to
121  * detect memory corruptions with the memory tags assigned by default.
122  * All memory allocated normally after boot gets poisoned as usual.
123  */
124 #define FPI_SKIP_KASAN_POISON   ((__force fpi_t)BIT(2))
125
126 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
127 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
128 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_HIGH_FRACTION (8)
129
130 #if defined(CONFIG_SMP) || defined(CONFIG_PREEMPT_RT)
131 /*
132  * On SMP, spin_trylock is sufficient protection.
133  * On PREEMPT_RT, spin_trylock is equivalent on both SMP and UP.
134  */
135 #define pcp_trylock_prepare(flags)      do { } while (0)
136 #define pcp_trylock_finish(flag)        do { } while (0)
137 #else
138
139 /* UP spin_trylock always succeeds so disable IRQs to prevent re-entrancy. */
140 #define pcp_trylock_prepare(flags)      local_irq_save(flags)
141 #define pcp_trylock_finish(flags)       local_irq_restore(flags)
142 #endif
143
144 /*
145  * Locking a pcp requires a PCP lookup followed by a spinlock. To avoid
146  * a migration causing the wrong PCP to be locked and remote memory being
147  * potentially allocated, pin the task to the CPU for the lookup+lock.
148  * preempt_disable is used on !RT because it is faster than migrate_disable.
149  * migrate_disable is used on RT because otherwise RT spinlock usage is
150  * interfered with and a high priority task cannot preempt the allocator.
151  */
152 #ifndef CONFIG_PREEMPT_RT
153 #define pcpu_task_pin()         preempt_disable()
154 #define pcpu_task_unpin()       preempt_enable()
155 #else
156 #define pcpu_task_pin()         migrate_disable()
157 #define pcpu_task_unpin()       migrate_enable()
158 #endif
159
160 /*
161  * Generic helper to lookup and a per-cpu variable with an embedded spinlock.
162  * Return value should be used with equivalent unlock helper.
163  */
164 #define pcpu_spin_lock(type, member, ptr)                               \
165 ({                                                                      \
166         type *_ret;                                                     \
167         pcpu_task_pin();                                                \
168         _ret = this_cpu_ptr(ptr);                                       \
169         spin_lock(&_ret->member);                                       \
170         _ret;                                                           \
171 })
172
173 #define pcpu_spin_trylock(type, member, ptr)                            \
174 ({                                                                      \
175         type *_ret;                                                     \
176         pcpu_task_pin();                                                \
177         _ret = this_cpu_ptr(ptr);                                       \
178         if (!spin_trylock(&_ret->member)) {                             \
179                 pcpu_task_unpin();                                      \
180                 _ret = NULL;                                            \
181         }                                                               \
182         _ret;                                                           \
183 })
184
185 #define pcpu_spin_unlock(member, ptr)                                   \
186 ({                                                                      \
187         spin_unlock(&ptr->member);                                      \
188         pcpu_task_unpin();                                              \
189 })
190
191 /* struct per_cpu_pages specific helpers. */
192 #define pcp_spin_lock(ptr)                                              \
193         pcpu_spin_lock(struct per_cpu_pages, lock, ptr)
194
195 #define pcp_spin_trylock(ptr)                                           \
196         pcpu_spin_trylock(struct per_cpu_pages, lock, ptr)
197
198 #define pcp_spin_unlock(ptr)                                            \
199         pcpu_spin_unlock(lock, ptr)
200
201 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
202 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
203 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
204 #endif
205
206 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(vm_numa_stat_key);
207
208 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
209 /*
210  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
211  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
212  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
213  * defined in <linux/topology.h>.
214  */
215 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
216 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
217 #endif
218
219 static DEFINE_MUTEX(pcpu_drain_mutex);
220
221 #ifdef CONFIG_GCC_PLUGIN_LATENT_ENTROPY
222 volatile unsigned long latent_entropy __latent_entropy;
223 EXPORT_SYMBOL(latent_entropy);
224 #endif
225
226 /*
227  * Array of node states.
228  */
229 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
230         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
231         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
232 #ifndef CONFIG_NUMA
233         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
234 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
235         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
236 #endif
237         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
238         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
239 #endif  /* NUMA */
240 };
241 EXPORT_SYMBOL(node_states);
242
243 atomic_long_t _totalram_pages __read_mostly;
244 EXPORT_SYMBOL(_totalram_pages);
245 unsigned long totalreserve_pages __read_mostly;
246 unsigned long totalcma_pages __read_mostly;
247
248 int percpu_pagelist_high_fraction;
249 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
250 DEFINE_STATIC_KEY_MAYBE(CONFIG_INIT_ON_ALLOC_DEFAULT_ON, init_on_alloc);
251 EXPORT_SYMBOL(init_on_alloc);
252
253 DEFINE_STATIC_KEY_MAYBE(CONFIG_INIT_ON_FREE_DEFAULT_ON, init_on_free);
254 EXPORT_SYMBOL(init_on_free);
255
256 static bool _init_on_alloc_enabled_early __read_mostly
257                                 = IS_ENABLED(CONFIG_INIT_ON_ALLOC_DEFAULT_ON);
258 static int __init early_init_on_alloc(char *buf)
259 {
260
261         return kstrtobool(buf, &_init_on_alloc_enabled_early);
262 }
263 early_param("init_on_alloc", early_init_on_alloc);
264
265 static bool _init_on_free_enabled_early __read_mostly
266                                 = IS_ENABLED(CONFIG_INIT_ON_FREE_DEFAULT_ON);
267 static int __init early_init_on_free(char *buf)
268 {
269         return kstrtobool(buf, &_init_on_free_enabled_early);
270 }
271 early_param("init_on_free", early_init_on_free);
272
273 /*
274  * A cached value of the page's pageblock's migratetype, used when the page is
275  * put on a pcplist. Used to avoid the pageblock migratetype lookup when
276  * freeing from pcplists in most cases, at the cost of possibly becoming stale.
277  * Also the migratetype set in the page does not necessarily match the pcplist
278  * index, e.g. page might have MIGRATE_CMA set but be on a pcplist with any
279  * other index - this ensures that it will be put on the correct CMA freelist.
280  */
281 static inline int get_pcppage_migratetype(struct page *page)
282 {
283         return page->index;
284 }
285
286 static inline void set_pcppage_migratetype(struct page *page, int migratetype)
287 {
288         page->index = migratetype;
289 }
290
291 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
292 /*
293  * The following functions are used by the suspend/hibernate code to temporarily
294  * change gfp_allowed_mask in order to avoid using I/O during memory allocations
295  * while devices are suspended.  To avoid races with the suspend/hibernate code,
296  * they should always be called with system_transition_mutex held
297  * (gfp_allowed_mask also should only be modified with system_transition_mutex
298  * held, unless the suspend/hibernate code is guaranteed not to run in parallel
299  * with that modification).
300  */
301
302 static gfp_t saved_gfp_mask;
303
304 void pm_restore_gfp_mask(void)
305 {
306         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
307         if (saved_gfp_mask) {
308                 gfp_allowed_mask = saved_gfp_mask;
309                 saved_gfp_mask = 0;
310         }
311 }
312
313 void pm_restrict_gfp_mask(void)
314 {
315         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
316         WARN_ON(saved_gfp_mask);
317         saved_gfp_mask = gfp_allowed_mask;
318         gfp_allowed_mask &= ~(__GFP_IO | __GFP_FS);
319 }
320
321 bool pm_suspended_storage(void)
322 {
323         if ((gfp_allowed_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
324                 return false;
325         return true;
326 }
327 #endif /* CONFIG_PM_SLEEP */
328
329 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
330 unsigned int pageblock_order __read_mostly;
331 #endif
332
333 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order,
334                             fpi_t fpi_flags);
335
336 /*
337  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
338  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
339  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
340  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
341  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
342  *      HIGHMEM allocation will leave (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
343  *
344  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
345  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
346  */
347 int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES] = {
348 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
349         [ZONE_DMA] = 256,
350 #endif
351 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
352         [ZONE_DMA32] = 256,
353 #endif
354         [ZONE_NORMAL] = 32,
355 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
356         [ZONE_HIGHMEM] = 0,
357 #endif
358         [ZONE_MOVABLE] = 0,
359 };
360
361 static char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
362 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
363          "DMA",
364 #endif
365 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
366          "DMA32",
367 #endif
368          "Normal",
369 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
370          "HighMem",
371 #endif
372          "Movable",
373 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
374          "Device",
375 #endif
376 };
377
378 const char * const migratetype_names[MIGRATE_TYPES] = {
379         "Unmovable",
380         "Movable",
381         "Reclaimable",
382         "HighAtomic",
383 #ifdef CONFIG_CMA
384         "CMA",
385 #endif
386 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
387         "Isolate",
388 #endif
389 };
390
391 compound_page_dtor * const compound_page_dtors[NR_COMPOUND_DTORS] = {
392         [NULL_COMPOUND_DTOR] = NULL,
393         [COMPOUND_PAGE_DTOR] = free_compound_page,
394 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
395         [HUGETLB_PAGE_DTOR] = free_huge_page,
396 #endif
397 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
398         [TRANSHUGE_PAGE_DTOR] = free_transhuge_page,
399 #endif
400 };
401
402 int min_free_kbytes = 1024;
403 int user_min_free_kbytes = -1;
404 int watermark_boost_factor __read_mostly = 15000;
405 int watermark_scale_factor = 10;
406
407 static unsigned long nr_kernel_pages __initdata;
408 static unsigned long nr_all_pages __initdata;
409 static unsigned long dma_reserve __initdata;
410
411 static unsigned long arch_zone_lowest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __initdata;
412 static unsigned long arch_zone_highest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __initdata;
413 static unsigned long required_kernelcore __initdata;
414 static unsigned long required_kernelcore_percent __initdata;
415 static unsigned long required_movablecore __initdata;
416 static unsigned long required_movablecore_percent __initdata;
417 static unsigned long zone_movable_pfn[MAX_NUMNODES] __initdata;
418 bool mirrored_kernelcore __initdata_memblock;
419
420 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
421 int movable_zone;
422 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
423
424 #if MAX_NUMNODES > 1
425 unsigned int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
426 unsigned int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
427 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
428 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
429 #endif
430
431 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
432
433 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
434 /*
435  * During boot we initialize deferred pages on-demand, as needed, but once
436  * page_alloc_init_late() has finished, the deferred pages are all initialized,
437  * and we can permanently disable that path.
438  */
439 static DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(deferred_pages);
440
441 static inline bool deferred_pages_enabled(void)
442 {
443         return static_branch_unlikely(&deferred_pages);
444 }
445
446 /* Returns true if the struct page for the pfn is uninitialised */
447 static inline bool __meminit early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
448 {
449         int nid = early_pfn_to_nid(pfn);
450
451         if (node_online(nid) && pfn >= NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn)
452                 return true;
453
454         return false;
455 }
456
457 /*
458  * Returns true when the remaining initialisation should be deferred until
459  * later in the boot cycle when it can be parallelised.
460  */
461 static bool __meminit
462 defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
463 {
464         static unsigned long prev_end_pfn, nr_initialised;
465
466         if (early_page_ext_enabled())
467                 return false;
468         /*
469          * prev_end_pfn static that contains the end of previous zone
470          * No need to protect because called very early in boot before smp_init.
471          */
472         if (prev_end_pfn != end_pfn) {
473                 prev_end_pfn = end_pfn;
474                 nr_initialised = 0;
475         }
476
477         /* Always populate low zones for address-constrained allocations */
478         if (end_pfn < pgdat_end_pfn(NODE_DATA(nid)))
479                 return false;
480
481         if (NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn != ULONG_MAX)
482                 return true;
483         /*
484          * We start only with one section of pages, more pages are added as
485          * needed until the rest of deferred pages are initialized.
486          */
487         nr_initialised++;
488         if ((nr_initialised > PAGES_PER_SECTION) &&
489             (pfn & (PAGES_PER_SECTION - 1)) == 0) {
490                 NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn = pfn;
491                 return true;
492         }
493         return false;
494 }
495 #else
496 static inline bool deferred_pages_enabled(void)
497 {
498         return false;
499 }
500
501 static inline bool early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
502 {
503         return false;
504 }
505
506 static inline bool defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
507 {
508         return false;
509 }
510 #endif
511
512 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
513 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(const struct page *page,
514                                                         unsigned long pfn)
515 {
516 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
517         return section_to_usemap(__pfn_to_section(pfn));
518 #else
519         return page_zone(page)->pageblock_flags;
520 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
521 }
522
523 static inline int pfn_to_bitidx(const struct page *page, unsigned long pfn)
524 {
525 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
526         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
527 #else
528         pfn = pfn - pageblock_start_pfn(page_zone(page)->zone_start_pfn);
529 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
530         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
531 }
532
533 static __always_inline
534 unsigned long __get_pfnblock_flags_mask(const struct page *page,
535                                         unsigned long pfn,
536                                         unsigned long mask)
537 {
538         unsigned long *bitmap;
539         unsigned long bitidx, word_bitidx;
540         unsigned long word;
541
542         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
543         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
544         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
545         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
546         /*
547          * This races, without locks, with set_pfnblock_flags_mask(). Ensure
548          * a consistent read of the memory array, so that results, even though
549          * racy, are not corrupted.
550          */
551         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
552         return (word >> bitidx) & mask;
553 }
554
555 /**
556  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
557  * @page: The page within the block of interest
558  * @pfn: The target page frame number
559  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
560  *
561  * Return: pageblock_bits flags
562  */
563 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(const struct page *page,
564                                         unsigned long pfn, unsigned long mask)
565 {
566         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, mask);
567 }
568
569 static __always_inline int get_pfnblock_migratetype(const struct page *page,
570                                         unsigned long pfn)
571 {
572         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, MIGRATETYPE_MASK);
573 }
574
575 /**
576  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
577  * @page: The page within the block of interest
578  * @flags: The flags to set
579  * @pfn: The target page frame number
580  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
581  */
582 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
583                                         unsigned long pfn,
584                                         unsigned long mask)
585 {
586         unsigned long *bitmap;
587         unsigned long bitidx, word_bitidx;
588         unsigned long word;
589
590         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
591         BUILD_BUG_ON(MIGRATE_TYPES > (1 << PB_migratetype_bits));
592
593         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
594         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
595         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
596         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
597
598         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(page_zone(page), pfn), page);
599
600         mask <<= bitidx;
601         flags <<= bitidx;
602
603         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
604         do {
605         } while (!try_cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], &word, (word & ~mask) | flags));
606 }
607
608 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
609 {
610         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
611                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
612                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
613
614         set_pfnblock_flags_mask(page, (unsigned long)migratetype,
615                                 page_to_pfn(page), MIGRATETYPE_MASK);
616 }
617
618 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
619 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
620 {
621         int ret = 0;
622         unsigned seq;
623         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
624         unsigned long sp, start_pfn;
625
626         do {
627                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
628                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
629                 sp = zone->spanned_pages;
630                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
631                         ret = 1;
632         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
633
634         if (ret)
635                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
636                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
637                         start_pfn, start_pfn + sp);
638
639         return ret;
640 }
641
642 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
643 {
644         if (zone != page_zone(page))
645                 return 0;
646
647         return 1;
648 }
649 /*
650  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
651  */
652 static int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
653 {
654         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
655                 return 1;
656         if (!page_is_consistent(zone, page))
657                 return 1;
658
659         return 0;
660 }
661 #else
662 static inline int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
663 {
664         return 0;
665 }
666 #endif
667
668 static void bad_page(struct page *page, const char *reason)
669 {
670         static unsigned long resume;
671         static unsigned long nr_shown;
672         static unsigned long nr_unshown;
673
674         /*
675          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
676          * or allow a steady drip of one report per second.
677          */
678         if (nr_shown == 60) {
679                 if (time_before(jiffies, resume)) {
680                         nr_unshown++;
681                         goto out;
682                 }
683                 if (nr_unshown) {
684                         pr_alert(
685                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
686                                 nr_unshown);
687                         nr_unshown = 0;
688                 }
689                 nr_shown = 0;
690         }
691         if (nr_shown++ == 0)
692                 resume = jiffies + 60 * HZ;
693
694         pr_alert("BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
695                 current->comm, page_to_pfn(page));
696         dump_page(page, reason);
697
698         print_modules();
699         dump_stack();
700 out:
701         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
702         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
703         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
704 }
705
706 static inline unsigned int order_to_pindex(int migratetype, int order)
707 {
708         int base = order;
709
710 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
711         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) {
712                 VM_BUG_ON(order != pageblock_order);
713                 return NR_LOWORDER_PCP_LISTS;
714         }
715 #else
716         VM_BUG_ON(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
717 #endif
718
719         return (MIGRATE_PCPTYPES * base) + migratetype;
720 }
721
722 static inline int pindex_to_order(unsigned int pindex)
723 {
724         int order = pindex / MIGRATE_PCPTYPES;
725
726 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
727         if (pindex == NR_LOWORDER_PCP_LISTS)
728                 order = pageblock_order;
729 #else
730         VM_BUG_ON(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
731 #endif
732
733         return order;
734 }
735
736 static inline bool pcp_allowed_order(unsigned int order)
737 {
738         if (order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
739                 return true;
740 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
741         if (order == pageblock_order)
742                 return true;
743 #endif
744         return false;
745 }
746
747 static inline void free_the_page(struct page *page, unsigned int order)
748 {
749         if (pcp_allowed_order(order))           /* Via pcp? */
750                 free_unref_page(page, order);
751         else
752                 __free_pages_ok(page, order, FPI_NONE);
753 }
754
755 /*
756  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
757  *
758  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page" and have PG_head set.
759  *
760  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages". PageTail() is encoded
761  * in bit 0 of page->compound_head. The rest of bits is pointer to head page.
762  *
763  * The first tail page's ->compound_dtor holds the offset in array of compound
764  * page destructors. See compound_page_dtors.
765  *
766  * The first tail page's ->compound_order holds the order of allocation.
767  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
768  */
769
770 void free_compound_page(struct page *page)
771 {
772         mem_cgroup_uncharge(page_folio(page));
773         free_the_page(page, compound_order(page));
774 }
775
776 static void prep_compound_head(struct page *page, unsigned int order)
777 {
778         set_compound_page_dtor(page, COMPOUND_PAGE_DTOR);
779         set_compound_order(page, order);
780         atomic_set(compound_mapcount_ptr(page), -1);
781         atomic_set(subpages_mapcount_ptr(page), 0);
782         atomic_set(compound_pincount_ptr(page), 0);
783 }
784
785 static void prep_compound_tail(struct page *head, int tail_idx)
786 {
787         struct page *p = head + tail_idx;
788
789         p->mapping = TAIL_MAPPING;
790         set_compound_head(p, head);
791         set_page_private(p, 0);
792 }
793
794 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned int order)
795 {
796         int i;
797         int nr_pages = 1 << order;
798
799         __SetPageHead(page);
800         for (i = 1; i < nr_pages; i++)
801                 prep_compound_tail(page, i);
802
803         prep_compound_head(page, order);
804 }
805
806 void destroy_large_folio(struct folio *folio)
807 {
808         enum compound_dtor_id dtor = folio_page(folio, 1)->compound_dtor;
809
810         VM_BUG_ON_FOLIO(dtor >= NR_COMPOUND_DTORS, folio);
811         compound_page_dtors[dtor](&folio->page);
812 }
813
814 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
815 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
816
817 bool _debug_pagealloc_enabled_early __read_mostly
818                         = IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC_ENABLE_DEFAULT);
819 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled_early);
820 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(_debug_pagealloc_enabled);
821 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled);
822
823 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(_debug_guardpage_enabled);
824
825 static int __init early_debug_pagealloc(char *buf)
826 {
827         return kstrtobool(buf, &_debug_pagealloc_enabled_early);
828 }
829 early_param("debug_pagealloc", early_debug_pagealloc);
830
831 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
832 {
833         unsigned long res;
834
835         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
836                 pr_err("Bad debug_guardpage_minorder value\n");
837                 return 0;
838         }
839         _debug_guardpage_minorder = res;
840         pr_info("Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
841         return 0;
842 }
843 early_param("debug_guardpage_minorder", debug_guardpage_minorder_setup);
844
845 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
846                                 unsigned int order, int migratetype)
847 {
848         if (!debug_guardpage_enabled())
849                 return false;
850
851         if (order >= debug_guardpage_minorder())
852                 return false;
853
854         __SetPageGuard(page);
855         INIT_LIST_HEAD(&page->buddy_list);
856         set_page_private(page, order);
857         /* Guard pages are not available for any usage */
858         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
859                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order), migratetype);
860
861         return true;
862 }
863
864 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
865                                 unsigned int order, int migratetype)
866 {
867         if (!debug_guardpage_enabled())
868                 return;
869
870         __ClearPageGuard(page);
871
872         set_page_private(page, 0);
873         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
874                 __mod_zone_freepage_state(zone, (1 << order), migratetype);
875 }
876 #else
877 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
878                         unsigned int order, int migratetype) { return false; }
879 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
880                                 unsigned int order, int migratetype) {}
881 #endif
882
883 /*
884  * Enable static keys related to various memory debugging and hardening options.
885  * Some override others, and depend on early params that are evaluated in the
886  * order of appearance. So we need to first gather the full picture of what was
887  * enabled, and then make decisions.
888  */
889 void __init init_mem_debugging_and_hardening(void)
890 {
891         bool page_poisoning_requested = false;
892
893 #ifdef CONFIG_PAGE_POISONING
894         /*
895          * Page poisoning is debug page alloc for some arches. If
896          * either of those options are enabled, enable poisoning.
897          */
898         if (page_poisoning_enabled() ||
899              (!IS_ENABLED(CONFIG_ARCH_SUPPORTS_DEBUG_PAGEALLOC) &&
900               debug_pagealloc_enabled())) {
901                 static_branch_enable(&_page_poisoning_enabled);
902                 page_poisoning_requested = true;
903         }
904 #endif
905
906         if ((_init_on_alloc_enabled_early || _init_on_free_enabled_early) &&
907             page_poisoning_requested) {
908                 pr_info("mem auto-init: CONFIG_PAGE_POISONING is on, "
909                         "will take precedence over init_on_alloc and init_on_free\n");
910                 _init_on_alloc_enabled_early = false;
911                 _init_on_free_enabled_early = false;
912         }
913
914         if (_init_on_alloc_enabled_early)
915                 static_branch_enable(&init_on_alloc);
916         else
917                 static_branch_disable(&init_on_alloc);
918
919         if (_init_on_free_enabled_early)
920                 static_branch_enable(&init_on_free);
921         else
922                 static_branch_disable(&init_on_free);
923
924         if (IS_ENABLED(CONFIG_KMSAN) &&
925             (_init_on_alloc_enabled_early || _init_on_free_enabled_early))
926                 pr_info("mem auto-init: please make sure init_on_alloc and init_on_free are disabled when running KMSAN\n");
927
928 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
929         if (!debug_pagealloc_enabled())
930                 return;
931
932         static_branch_enable(&_debug_pagealloc_enabled);
933
934         if (!debug_guardpage_minorder())
935                 return;
936
937         static_branch_enable(&_debug_guardpage_enabled);
938 #endif
939 }
940
941 static inline void set_buddy_order(struct page *page, unsigned int order)
942 {
943         set_page_private(page, order);
944         __SetPageBuddy(page);
945 }
946
947 #ifdef CONFIG_COMPACTION
948 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
949 {
950         struct capture_control *capc = current->capture_control;
951
952         return unlikely(capc) &&
953                 !(current->flags & PF_KTHREAD) &&
954                 !capc->page &&
955                 capc->cc->zone == zone ? capc : NULL;
956 }
957
958 static inline bool
959 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
960                    int order, int migratetype)
961 {
962         if (!capc || order != capc->cc->order)
963                 return false;
964
965         /* Do not accidentally pollute CMA or isolated regions*/
966         if (is_migrate_cma(migratetype) ||
967             is_migrate_isolate(migratetype))
968                 return false;
969
970         /*
971          * Do not let lower order allocations pollute a movable pageblock.
972          * This might let an unmovable request use a reclaimable pageblock
973          * and vice-versa but no more than normal fallback logic which can
974          * have trouble finding a high-order free page.
975          */
976         if (order < pageblock_order && migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
977                 return false;
978
979         capc->page = page;
980         return true;
981 }
982
983 #else
984 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
985 {
986         return NULL;
987 }
988
989 static inline bool
990 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
991                    int order, int migratetype)
992 {
993         return false;
994 }
995 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
996
997 /* Used for pages not on another list */
998 static inline void add_to_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
999                                     unsigned int order, int migratetype)
1000 {
1001         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
1002
1003         list_add(&page->buddy_list, &area->free_list[migratetype]);
1004         area->nr_free++;
1005 }
1006
1007 /* Used for pages not on another list */
1008 static inline void add_to_free_list_tail(struct page *page, struct zone *zone,
1009                                          unsigned int order, int migratetype)
1010 {
1011         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
1012
1013         list_add_tail(&page->buddy_list, &area->free_list[migratetype]);
1014         area->nr_free++;
1015 }
1016
1017 /*
1018  * Used for pages which are on another list. Move the pages to the tail
1019  * of the list - so the moved pages won't immediately be considered for
1020  * allocation again (e.g., optimization for memory onlining).
1021  */
1022 static inline void move_to_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
1023                                      unsigned int order, int migratetype)
1024 {
1025         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
1026
1027         list_move_tail(&page->buddy_list, &area->free_list[migratetype]);
1028 }
1029
1030 static inline void del_page_from_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
1031                                            unsigned int order)
1032 {
1033         /* clear reported state and update reported page count */
1034         if (page_reported(page))
1035                 __ClearPageReported(page);
1036
1037         list_del(&page->buddy_list);
1038         __ClearPageBuddy(page);
1039         set_page_private(page, 0);
1040         zone->free_area[order].nr_free--;
1041 }
1042
1043 /*
1044  * If this is not the largest possible page, check if the buddy
1045  * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
1046  * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
1047  * that is happening, add the free page to the tail of the list
1048  * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
1049  * as a higher order page
1050  */
1051 static inline bool
1052 buddy_merge_likely(unsigned long pfn, unsigned long buddy_pfn,
1053                    struct page *page, unsigned int order)
1054 {
1055         unsigned long higher_page_pfn;
1056         struct page *higher_page;
1057
1058         if (order >= MAX_ORDER - 2)
1059                 return false;
1060
1061         higher_page_pfn = buddy_pfn & pfn;
1062         higher_page = page + (higher_page_pfn - pfn);
1063
1064         return find_buddy_page_pfn(higher_page, higher_page_pfn, order + 1,
1065                         NULL) != NULL;
1066 }
1067
1068 /*
1069  * Freeing function for a buddy system allocator.
1070  *
1071  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
1072  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
1073  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
1074  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
1075  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
1076  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
1077  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
1078  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
1079  * parts of the VM system.
1080  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
1081  * free pages of length of (1 << order) and marked with PageBuddy.
1082  * Page's order is recorded in page_private(page) field.
1083  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
1084  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
1085  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
1086  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
1087  * triggers coalescing into a block of larger size.
1088  *
1089  * -- nyc
1090  */
1091
1092 static inline void __free_one_page(struct page *page,
1093                 unsigned long pfn,
1094                 struct zone *zone, unsigned int order,
1095                 int migratetype, fpi_t fpi_flags)
1096 {
1097         struct capture_control *capc = task_capc(zone);
1098         unsigned long buddy_pfn = 0;
1099         unsigned long combined_pfn;
1100         struct page *buddy;
1101         bool to_tail;
1102
1103         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
1104         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
1105
1106         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
1107         if (likely(!is_migrate_isolate(migratetype)))
1108                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
1109
1110         VM_BUG_ON_PAGE(pfn & ((1 << order) - 1), page);
1111         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
1112
1113         while (order < MAX_ORDER - 1) {
1114                 if (compaction_capture(capc, page, order, migratetype)) {
1115                         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
1116                                                                 migratetype);
1117                         return;
1118                 }
1119
1120                 buddy = find_buddy_page_pfn(page, pfn, order, &buddy_pfn);
1121                 if (!buddy)
1122                         goto done_merging;
1123
1124                 if (unlikely(order >= pageblock_order)) {
1125                         /*
1126                          * We want to prevent merge between freepages on pageblock
1127                          * without fallbacks and normal pageblock. Without this,
1128                          * pageblock isolation could cause incorrect freepage or CMA
1129                          * accounting or HIGHATOMIC accounting.
1130                          */
1131                         int buddy_mt = get_pageblock_migratetype(buddy);
1132
1133                         if (migratetype != buddy_mt
1134                                         && (!migratetype_is_mergeable(migratetype) ||
1135                                                 !migratetype_is_mergeable(buddy_mt)))
1136                                 goto done_merging;
1137                 }
1138
1139                 /*
1140                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
1141                  * merge with it and move up one order.
1142                  */
1143                 if (page_is_guard(buddy))
1144                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
1145                 else
1146                         del_page_from_free_list(buddy, zone, order);
1147                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
1148                 page = page + (combined_pfn - pfn);
1149                 pfn = combined_pfn;
1150                 order++;
1151         }
1152
1153 done_merging:
1154         set_buddy_order(page, order);
1155
1156         if (fpi_flags & FPI_TO_TAIL)
1157                 to_tail = true;
1158         else if (is_shuffle_order(order))
1159                 to_tail = shuffle_pick_tail();
1160         else
1161                 to_tail = buddy_merge_likely(pfn, buddy_pfn, page, order);
1162
1163         if (to_tail)
1164                 add_to_free_list_tail(page, zone, order, migratetype);
1165         else
1166                 add_to_free_list(page, zone, order, migratetype);
1167
1168         /* Notify page reporting subsystem of freed page */
1169         if (!(fpi_flags & FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY))
1170                 page_reporting_notify_free(order);
1171 }
1172
1173 /**
1174  * split_free_page() -- split a free page at split_pfn_offset
1175  * @free_page:          the original free page
1176  * @order:              the order of the page
1177  * @split_pfn_offset:   split offset within the page
1178  *
1179  * Return -ENOENT if the free page is changed, otherwise 0
1180  *
1181  * It is used when the free page crosses two pageblocks with different migratetypes
1182  * at split_pfn_offset within the page. The split free page will be put into
1183  * separate migratetype lists afterwards. Otherwise, the function achieves
1184  * nothing.
1185  */
1186 int split_free_page(struct page *free_page,
1187                         unsigned int order, unsigned long split_pfn_offset)
1188 {
1189         struct zone *zone = page_zone(free_page);
1190         unsigned long free_page_pfn = page_to_pfn(free_page);
1191         unsigned long pfn;
1192         unsigned long flags;
1193         int free_page_order;
1194         int mt;
1195         int ret = 0;
1196
1197         if (split_pfn_offset == 0)
1198                 return ret;
1199
1200         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1201
1202         if (!PageBuddy(free_page) || buddy_order(free_page) != order) {
1203                 ret = -ENOENT;
1204                 goto out;
1205         }
1206
1207         mt = get_pageblock_migratetype(free_page);
1208         if (likely(!is_migrate_isolate(mt)))
1209                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
1210
1211         del_page_from_free_list(free_page, zone, order);
1212         for (pfn = free_page_pfn;
1213              pfn < free_page_pfn + (1UL << order);) {
1214                 int mt = get_pfnblock_migratetype(pfn_to_page(pfn), pfn);
1215
1216                 free_page_order = min_t(unsigned int,
1217                                         pfn ? __ffs(pfn) : order,
1218                                         __fls(split_pfn_offset));
1219                 __free_one_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zone, free_page_order,
1220                                 mt, FPI_NONE);
1221                 pfn += 1UL << free_page_order;
1222                 split_pfn_offset -= (1UL << free_page_order);
1223                 /* we have done the first part, now switch to second part */
1224                 if (split_pfn_offset == 0)
1225                         split_pfn_offset = (1UL << order) - (pfn - free_page_pfn);
1226         }
1227 out:
1228         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1229         return ret;
1230 }
1231 /*
1232  * A bad page could be due to a number of fields. Instead of multiple branches,
1233  * try and check multiple fields with one check. The caller must do a detailed
1234  * check if necessary.
1235  */
1236 static inline bool page_expected_state(struct page *page,
1237                                         unsigned long check_flags)
1238 {
1239         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1240                 return false;
1241
1242         if (unlikely((unsigned long)page->mapping |
1243                         page_ref_count(page) |
1244 #ifdef CONFIG_MEMCG
1245                         page->memcg_data |
1246 #endif
1247                         (page->flags & check_flags)))
1248                 return false;
1249
1250         return true;
1251 }
1252
1253 static const char *page_bad_reason(struct page *page, unsigned long flags)
1254 {
1255         const char *bad_reason = NULL;
1256
1257         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1258                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1259         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1260                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1261         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
1262                 bad_reason = "nonzero _refcount";
1263         if (unlikely(page->flags & flags)) {
1264                 if (flags == PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)
1265                         bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag(s) set";
1266                 else
1267                         bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
1268         }
1269 #ifdef CONFIG_MEMCG
1270         if (unlikely(page->memcg_data))
1271                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
1272 #endif
1273         return bad_reason;
1274 }
1275
1276 static void free_page_is_bad_report(struct page *page)
1277 {
1278         bad_page(page,
1279                  page_bad_reason(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE));
1280 }
1281
1282 static inline bool free_page_is_bad(struct page *page)
1283 {
1284         if (likely(page_expected_state(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)))
1285                 return false;
1286
1287         /* Something has gone sideways, find it */
1288         free_page_is_bad_report(page);
1289         return true;
1290 }
1291
1292 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
1293 {
1294         int ret = 1;
1295
1296         /*
1297          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
1298          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
1299          */
1300         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
1301
1302         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM)) {
1303                 ret = 0;
1304                 goto out;
1305         }
1306         switch (page - head_page) {
1307         case 1:
1308                 /* the first tail page: these may be in place of ->mapping */
1309                 if (unlikely(head_compound_mapcount(head_page))) {
1310                         bad_page(page, "nonzero compound_mapcount");
1311                         goto out;
1312                 }
1313                 if (unlikely(atomic_read(subpages_mapcount_ptr(head_page)))) {
1314                         bad_page(page, "nonzero subpages_mapcount");
1315                         goto out;
1316                 }
1317                 if (unlikely(head_compound_pincount(head_page))) {
1318                         bad_page(page, "nonzero compound_pincount");
1319                         goto out;
1320                 }
1321                 break;
1322         case 2:
1323                 /*
1324                  * the second tail page: ->mapping is
1325                  * deferred_list.next -- ignore value.
1326                  */
1327                 break;
1328         default:
1329                 if (page->mapping != TAIL_MAPPING) {
1330                         bad_page(page, "corrupted mapping in tail page");
1331                         goto out;
1332                 }
1333                 break;
1334         }
1335         if (unlikely(!PageTail(page))) {
1336                 bad_page(page, "PageTail not set");
1337                 goto out;
1338         }
1339         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
1340                 bad_page(page, "compound_head not consistent");
1341                 goto out;
1342         }
1343         ret = 0;
1344 out:
1345         page->mapping = NULL;
1346         clear_compound_head(page);
1347         return ret;
1348 }
1349
1350 /*
1351  * Skip KASAN memory poisoning when either:
1352  *
1353  * 1. Deferred memory initialization has not yet completed,
1354  *    see the explanation below.
1355  * 2. Skipping poisoning is requested via FPI_SKIP_KASAN_POISON,
1356  *    see the comment next to it.
1357  * 3. Skipping poisoning is requested via __GFP_SKIP_KASAN_POISON,
1358  *    see the comment next to it.
1359  *
1360  * Poisoning pages during deferred memory init will greatly lengthen the
1361  * process and cause problem in large memory systems as the deferred pages
1362  * initialization is done with interrupt disabled.
1363  *
1364  * Assuming that there will be no reference to those newly initialized
1365  * pages before they are ever allocated, this should have no effect on
1366  * KASAN memory tracking as the poison will be properly inserted at page
1367  * allocation time. The only corner case is when pages are allocated by
1368  * on-demand allocation and then freed again before the deferred pages
1369  * initialization is done, but this is not likely to happen.
1370  */
1371 static inline bool should_skip_kasan_poison(struct page *page, fpi_t fpi_flags)
1372 {
1373         return deferred_pages_enabled() ||
1374                (!IS_ENABLED(CONFIG_KASAN_GENERIC) &&
1375                 (fpi_flags & FPI_SKIP_KASAN_POISON)) ||
1376                PageSkipKASanPoison(page);
1377 }
1378
1379 static void kernel_init_pages(struct page *page, int numpages)
1380 {
1381         int i;
1382
1383         /* s390's use of memset() could override KASAN redzones. */
1384         kasan_disable_current();
1385         for (i = 0; i < numpages; i++)
1386                 clear_highpage_kasan_tagged(page + i);
1387         kasan_enable_current();
1388 }
1389
1390 static __always_inline bool free_pages_prepare(struct page *page,
1391                         unsigned int order, bool check_free, fpi_t fpi_flags)
1392 {
1393         int bad = 0;
1394         bool init = want_init_on_free();
1395
1396         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
1397
1398         trace_mm_page_free(page, order);
1399         kmsan_free_page(page, order);
1400
1401         if (unlikely(PageHWPoison(page)) && !order) {
1402                 /*
1403                  * Do not let hwpoison pages hit pcplists/buddy
1404                  * Untie memcg state and reset page's owner
1405                  */
1406                 if (memcg_kmem_enabled() && PageMemcgKmem(page))
1407                         __memcg_kmem_uncharge_page(page, order);
1408                 reset_page_owner(page, order);
1409                 page_table_check_free(page, order);
1410                 return false;
1411         }
1412
1413         /*
1414          * Check tail pages before head page information is cleared to
1415          * avoid checking PageCompound for order-0 pages.
1416          */
1417         if (unlikely(order)) {
1418                 bool compound = PageCompound(page);
1419                 int i;
1420
1421                 VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
1422
1423                 if (compound)
1424                         ClearPageHasHWPoisoned(page);
1425                 for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1426                         if (compound)
1427                                 bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
1428                         if (unlikely(free_page_is_bad(page + i))) {
1429                                 bad++;
1430                                 continue;
1431                         }
1432                         (page + i)->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1433                 }
1434         }
1435         if (PageMappingFlags(page))
1436                 page->mapping = NULL;
1437         if (memcg_kmem_enabled() && PageMemcgKmem(page))
1438                 __memcg_kmem_uncharge_page(page, order);
1439         if (check_free && free_page_is_bad(page))
1440                 bad++;
1441         if (bad)
1442                 return false;
1443
1444         page_cpupid_reset_last(page);
1445         page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1446         reset_page_owner(page, order);
1447         page_table_check_free(page, order);
1448
1449         if (!PageHighMem(page)) {
1450                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1451                                            PAGE_SIZE << order);
1452                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1453                                            PAGE_SIZE << order);
1454         }
1455
1456         kernel_poison_pages(page, 1 << order);
1457
1458         /*
1459          * As memory initialization might be integrated into KASAN,
1460          * KASAN poisoning and memory initialization code must be
1461          * kept together to avoid discrepancies in behavior.
1462          *
1463          * With hardware tag-based KASAN, memory tags must be set before the
1464          * page becomes unavailable via debug_pagealloc or arch_free_page.
1465          */
1466         if (!should_skip_kasan_poison(page, fpi_flags)) {
1467                 kasan_poison_pages(page, order, init);
1468
1469                 /* Memory is already initialized if KASAN did it internally. */
1470                 if (kasan_has_integrated_init())
1471                         init = false;
1472         }
1473         if (init)
1474                 kernel_init_pages(page, 1 << order);
1475
1476         /*
1477          * arch_free_page() can make the page's contents inaccessible.  s390
1478          * does this.  So nothing which can access the page's contents should
1479          * happen after this.
1480          */
1481         arch_free_page(page, order);
1482
1483         debug_pagealloc_unmap_pages(page, 1 << order);
1484
1485         return true;
1486 }
1487
1488 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1489 /*
1490  * With DEBUG_VM enabled, order-0 pages are checked immediately when being freed
1491  * to pcp lists. With debug_pagealloc also enabled, they are also rechecked when
1492  * moved from pcp lists to free lists.
1493  */
1494 static bool free_pcp_prepare(struct page *page, unsigned int order)
1495 {
1496         return free_pages_prepare(page, order, true, FPI_NONE);
1497 }
1498
1499 /* return true if this page has an inappropriate state */
1500 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1501 {
1502         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1503                 return free_page_is_bad(page);
1504         else
1505                 return false;
1506 }
1507 #else
1508 /*
1509  * With DEBUG_VM disabled, order-0 pages being freed are checked only when
1510  * moving from pcp lists to free list in order to reduce overhead. With
1511  * debug_pagealloc enabled, they are checked also immediately when being freed
1512  * to the pcp lists.
1513  */
1514 static bool free_pcp_prepare(struct page *page, unsigned int order)
1515 {
1516         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1517                 return free_pages_prepare(page, order, true, FPI_NONE);
1518         else
1519                 return free_pages_prepare(page, order, false, FPI_NONE);
1520 }
1521
1522 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1523 {
1524         return free_page_is_bad(page);
1525 }
1526 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1527
1528 /*
1529  * Frees a number of pages from the PCP lists
1530  * Assumes all pages on list are in same zone.
1531  * count is the number of pages to free.
1532  */
1533 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
1534                                         struct per_cpu_pages *pcp,
1535                                         int pindex)
1536 {
1537         unsigned long flags;
1538         int min_pindex = 0;
1539         int max_pindex = NR_PCP_LISTS - 1;
1540         unsigned int order;
1541         bool isolated_pageblocks;
1542         struct page *page;
1543
1544         /*
1545          * Ensure proper count is passed which otherwise would stuck in the
1546          * below while (list_empty(list)) loop.
1547          */
1548         count = min(pcp->count, count);
1549
1550         /* Ensure requested pindex is drained first. */
1551         pindex = pindex - 1;
1552
1553         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1554         isolated_pageblocks = has_isolate_pageblock(zone);
1555
1556         while (count > 0) {
1557                 struct list_head *list;
1558                 int nr_pages;
1559
1560                 /* Remove pages from lists in a round-robin fashion. */
1561                 do {
1562                         if (++pindex > max_pindex)
1563                                 pindex = min_pindex;
1564                         list = &pcp->lists[pindex];
1565                         if (!list_empty(list))
1566                                 break;
1567
1568                         if (pindex == max_pindex)
1569                                 max_pindex--;
1570                         if (pindex == min_pindex)
1571                                 min_pindex++;
1572                 } while (1);
1573
1574                 order = pindex_to_order(pindex);
1575                 nr_pages = 1 << order;
1576                 do {
1577                         int mt;
1578
1579                         page = list_last_entry(list, struct page, pcp_list);
1580                         mt = get_pcppage_migratetype(page);
1581
1582                         /* must delete to avoid corrupting pcp list */
1583                         list_del(&page->pcp_list);
1584                         count -= nr_pages;
1585                         pcp->count -= nr_pages;
1586
1587                         if (bulkfree_pcp_prepare(page))
1588                                 continue;
1589
1590                         /* MIGRATE_ISOLATE page should not go to pcplists */
1591                         VM_BUG_ON_PAGE(is_migrate_isolate(mt), page);
1592                         /* Pageblock could have been isolated meanwhile */
1593                         if (unlikely(isolated_pageblocks))
1594                                 mt = get_pageblock_migratetype(page);
1595
1596                         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, order, mt, FPI_NONE);
1597                         trace_mm_page_pcpu_drain(page, order, mt);
1598                 } while (count > 0 && !list_empty(list));
1599         }
1600
1601         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1602 }
1603
1604 static void free_one_page(struct zone *zone,
1605                                 struct page *page, unsigned long pfn,
1606                                 unsigned int order,
1607                                 int migratetype, fpi_t fpi_flags)
1608 {
1609         unsigned long flags;
1610
1611         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1612         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1613                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1614                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1615         }
1616         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype, fpi_flags);
1617         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1618 }
1619
1620 static void __meminit __init_single_page(struct page *page, unsigned long pfn,
1621                                 unsigned long zone, int nid)
1622 {
1623         mm_zero_struct_page(page);
1624         set_page_links(page, zone, nid, pfn);
1625         init_page_count(page);
1626         page_mapcount_reset(page);
1627         page_cpupid_reset_last(page);
1628         page_kasan_tag_reset(page);
1629
1630         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1631 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
1632         /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
1633         if (!is_highmem_idx(zone))
1634                 set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
1635 #endif
1636 }
1637
1638 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1639 static void __meminit init_reserved_page(unsigned long pfn)
1640 {
1641         pg_data_t *pgdat;
1642         int nid, zid;
1643
1644         if (!early_page_uninitialised(pfn))
1645                 return;
1646
1647         nid = early_pfn_to_nid(pfn);
1648         pgdat = NODE_DATA(nid);
1649
1650         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1651                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zid];
1652
1653                 if (zone_spans_pfn(zone, pfn))
1654                         break;
1655         }
1656         __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zid, nid);
1657 }
1658 #else
1659 static inline void init_reserved_page(unsigned long pfn)
1660 {
1661 }
1662 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1663
1664 /*
1665  * Initialised pages do not have PageReserved set. This function is
1666  * called for each range allocated by the bootmem allocator and
1667  * marks the pages PageReserved. The remaining valid pages are later
1668  * sent to the buddy page allocator.
1669  */
1670 void __meminit reserve_bootmem_region(phys_addr_t start, phys_addr_t end)
1671 {
1672         unsigned long start_pfn = PFN_DOWN(start);
1673         unsigned long end_pfn = PFN_UP(end);
1674
1675         for (; start_pfn < end_pfn; start_pfn++) {
1676                 if (pfn_valid(start_pfn)) {
1677                         struct page *page = pfn_to_page(start_pfn);
1678
1679                         init_reserved_page(start_pfn);
1680
1681                         /* Avoid false-positive PageTail() */
1682                         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1683
1684                         /*
1685                          * no need for atomic set_bit because the struct
1686                          * page is not visible yet so nobody should
1687                          * access it yet.
1688                          */
1689                         __SetPageReserved(page);
1690                 }
1691         }
1692 }
1693
1694 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order,
1695                             fpi_t fpi_flags)
1696 {
1697         unsigned long flags;
1698         int migratetype;
1699         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1700         struct zone *zone = page_zone(page);
1701
1702         if (!free_pages_prepare(page, order, true, fpi_flags))
1703                 return;
1704
1705         /*
1706          * Calling get_pfnblock_migratetype() without spin_lock_irqsave() here
1707          * is used to avoid calling get_pfnblock_migratetype() under the lock.
1708          * This will reduce the lock holding time.
1709          */
1710         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1711
1712         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1713         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1714                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1715                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1716         }
1717         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype, fpi_flags);
1718         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1719
1720         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1721 }
1722
1723 void __free_pages_core(struct page *page, unsigned int order)
1724 {
1725         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1726         struct page *p = page;
1727         unsigned int loop;
1728
1729         /*
1730          * When initializing the memmap, __init_single_page() sets the refcount
1731          * of all pages to 1 ("allocated"/"not free"). We have to set the
1732          * refcount of all involved pages to 0.
1733          */
1734         prefetchw(p);
1735         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1736                 prefetchw(p + 1);
1737                 __ClearPageReserved(p);
1738                 set_page_count(p, 0);
1739         }
1740         __ClearPageReserved(p);
1741         set_page_count(p, 0);
1742
1743         atomic_long_add(nr_pages, &page_zone(page)->managed_pages);
1744
1745         /*
1746          * Bypass PCP and place fresh pages right to the tail, primarily
1747          * relevant for memory onlining.
1748          */
1749         __free_pages_ok(page, order, FPI_TO_TAIL | FPI_SKIP_KASAN_POISON);
1750 }
1751
1752 #ifdef CONFIG_NUMA
1753
1754 /*
1755  * During memory init memblocks map pfns to nids. The search is expensive and
1756  * this caches recent lookups. The implementation of __early_pfn_to_nid
1757  * treats start/end as pfns.
1758  */
1759 struct mminit_pfnnid_cache {
1760         unsigned long last_start;
1761         unsigned long last_end;
1762         int last_nid;
1763 };
1764
1765 static struct mminit_pfnnid_cache early_pfnnid_cache __meminitdata;
1766
1767 /*
1768  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
1769  */
1770 static int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn,
1771                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1772 {
1773         unsigned long start_pfn, end_pfn;
1774         int nid;
1775
1776         if (state->last_start <= pfn && pfn < state->last_end)
1777                 return state->last_nid;
1778
1779         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
1780         if (nid != NUMA_NO_NODE) {
1781                 state->last_start = start_pfn;
1782                 state->last_end = end_pfn;
1783                 state->last_nid = nid;
1784         }
1785
1786         return nid;
1787 }
1788
1789 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
1790 {
1791         static DEFINE_SPINLOCK(early_pfn_lock);
1792         int nid;
1793
1794         spin_lock(&early_pfn_lock);
1795         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1796         if (nid < 0)
1797                 nid = first_online_node;
1798         spin_unlock(&early_pfn_lock);
1799
1800         return nid;
1801 }
1802 #endif /* CONFIG_NUMA */
1803
1804 void __init memblock_free_pages(struct page *page, unsigned long pfn,
1805                                                         unsigned int order)
1806 {
1807         if (early_page_uninitialised(pfn))
1808                 return;
1809         if (!kmsan_memblock_free_pages(page, order)) {
1810                 /* KMSAN will take care of these pages. */
1811                 return;
1812         }
1813         __free_pages_core(page, order);
1814 }
1815
1816 /*
1817  * Check that the whole (or subset of) a pageblock given by the interval of
1818  * [start_pfn, end_pfn) is valid and within the same zone, before scanning it
1819  * with the migration of free compaction scanner.
1820  *
1821  * Return struct page pointer of start_pfn, or NULL if checks were not passed.
1822  *
1823  * It's possible on some configurations to have a setup like node0 node1 node0
1824  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of pages do not
1825  * belong to a single zone. We assume that a border between node0 and node1
1826  * can occur within a single pageblock, but not a node0 node1 node0
1827  * interleaving within a single pageblock. It is therefore sufficient to check
1828  * the first and last page of a pageblock and avoid checking each individual
1829  * page in a pageblock.
1830  */
1831 struct page *__pageblock_pfn_to_page(unsigned long start_pfn,
1832                                      unsigned long end_pfn, struct zone *zone)
1833 {
1834         struct page *start_page;
1835         struct page *end_page;
1836
1837         /* end_pfn is one past the range we are checking */
1838         end_pfn--;
1839
1840         if (!pfn_valid(start_pfn) || !pfn_valid(end_pfn))
1841                 return NULL;
1842
1843         start_page = pfn_to_online_page(start_pfn);
1844         if (!start_page)
1845                 return NULL;
1846
1847         if (page_zone(start_page) != zone)
1848                 return NULL;
1849
1850         end_page = pfn_to_page(end_pfn);
1851
1852         /* This gives a shorter code than deriving page_zone(end_page) */
1853         if (page_zone_id(start_page) != page_zone_id(end_page))
1854                 return NULL;
1855
1856         return start_page;
1857 }
1858
1859 void set_zone_contiguous(struct zone *zone)
1860 {
1861         unsigned long block_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
1862         unsigned long block_end_pfn;
1863
1864         block_end_pfn = pageblock_end_pfn(block_start_pfn);
1865         for (; block_start_pfn < zone_end_pfn(zone);
1866                         block_start_pfn = block_end_pfn,
1867                          block_end_pfn += pageblock_nr_pages) {
1868
1869                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, zone_end_pfn(zone));
1870
1871                 if (!__pageblock_pfn_to_page(block_start_pfn,
1872                                              block_end_pfn, zone))
1873                         return;
1874                 cond_resched();
1875         }
1876
1877         /* We confirm that there is no hole */
1878         zone->contiguous = true;
1879 }
1880
1881 void clear_zone_contiguous(struct zone *zone)
1882 {
1883         zone->contiguous = false;
1884 }
1885
1886 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1887 static void __init deferred_free_range(unsigned long pfn,
1888                                        unsigned long nr_pages)
1889 {
1890         struct page *page;
1891         unsigned long i;
1892
1893         if (!nr_pages)
1894                 return;
1895
1896         page = pfn_to_page(pfn);
1897
1898         /* Free a large naturally-aligned chunk if possible */
1899         if (nr_pages == pageblock_nr_pages && pageblock_aligned(pfn)) {
1900                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1901                 __free_pages_core(page, pageblock_order);
1902                 return;
1903         }
1904
1905         for (i = 0; i < nr_pages; i++, page++, pfn++) {
1906                 if (pageblock_aligned(pfn))
1907                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1908                 __free_pages_core(page, 0);
1909         }
1910 }
1911
1912 /* Completion tracking for deferred_init_memmap() threads */
1913 static atomic_t pgdat_init_n_undone __initdata;
1914 static __initdata DECLARE_COMPLETION(pgdat_init_all_done_comp);
1915
1916 static inline void __init pgdat_init_report_one_done(void)
1917 {
1918         if (atomic_dec_and_test(&pgdat_init_n_undone))
1919                 complete(&pgdat_init_all_done_comp);
1920 }
1921
1922 /*
1923  * Returns true if page needs to be initialized or freed to buddy allocator.
1924  *
1925  * We check if a current large page is valid by only checking the validity
1926  * of the head pfn.
1927  */
1928 static inline bool __init deferred_pfn_valid(unsigned long pfn)
1929 {
1930         if (pageblock_aligned(pfn) && !pfn_valid(pfn))
1931                 return false;
1932         return true;
1933 }
1934
1935 /*
1936  * Free pages to buddy allocator. Try to free aligned pages in
1937  * pageblock_nr_pages sizes.
1938  */
1939 static void __init deferred_free_pages(unsigned long pfn,
1940                                        unsigned long end_pfn)
1941 {
1942         unsigned long nr_free = 0;
1943
1944         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1945                 if (!deferred_pfn_valid(pfn)) {
1946                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1947                         nr_free = 0;
1948                 } else if (pageblock_aligned(pfn)) {
1949                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1950                         nr_free = 1;
1951                 } else {
1952                         nr_free++;
1953                 }
1954         }
1955         /* Free the last block of pages to allocator */
1956         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1957 }
1958
1959 /*
1960  * Initialize struct pages.  We minimize pfn page lookups and scheduler checks
1961  * by performing it only once every pageblock_nr_pages.
1962  * Return number of pages initialized.
1963  */
1964 static unsigned long  __init deferred_init_pages(struct zone *zone,
1965                                                  unsigned long pfn,
1966                                                  unsigned long end_pfn)
1967 {
1968         int nid = zone_to_nid(zone);
1969         unsigned long nr_pages = 0;
1970         int zid = zone_idx(zone);
1971         struct page *page = NULL;
1972
1973         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1974                 if (!deferred_pfn_valid(pfn)) {
1975                         page = NULL;
1976                         continue;
1977                 } else if (!page || pageblock_aligned(pfn)) {
1978                         page = pfn_to_page(pfn);
1979                 } else {
1980                         page++;
1981                 }
1982                 __init_single_page(page, pfn, zid, nid);
1983                 nr_pages++;
1984         }
1985         return (nr_pages);
1986 }
1987
1988 /*
1989  * This function is meant to pre-load the iterator for the zone init.
1990  * Specifically it walks through the ranges until we are caught up to the
1991  * first_init_pfn value and exits there. If we never encounter the value we
1992  * return false indicating there are no valid ranges left.
1993  */
1994 static bool __init
1995 deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(u64 *i, struct zone *zone,
1996                                     unsigned long *spfn, unsigned long *epfn,
1997                                     unsigned long first_init_pfn)
1998 {
1999         u64 j;
2000
2001         /*
2002          * Start out by walking through the ranges in this zone that have
2003          * already been initialized. We don't need to do anything with them
2004          * so we just need to flush them out of the system.
2005          */
2006         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone(j, zone, spfn, epfn) {
2007                 if (*epfn <= first_init_pfn)
2008                         continue;
2009                 if (*spfn < first_init_pfn)
2010                         *spfn = first_init_pfn;
2011                 *i = j;
2012                 return true;
2013         }
2014
2015         return false;
2016 }
2017
2018 /*
2019  * Initialize and free pages. We do it in two loops: first we initialize
2020  * struct page, then free to buddy allocator, because while we are
2021  * freeing pages we can access pages that are ahead (computing buddy
2022  * page in __free_one_page()).
2023  *
2024  * In order to try and keep some memory in the cache we have the loop
2025  * broken along max page order boundaries. This way we will not cause
2026  * any issues with the buddy page computation.
2027  */
2028 static unsigned long __init
2029 deferred_init_maxorder(u64 *i, struct zone *zone, unsigned long *start_pfn,
2030                        unsigned long *end_pfn)
2031 {
2032         unsigned long mo_pfn = ALIGN(*start_pfn + 1, MAX_ORDER_NR_PAGES);
2033         unsigned long spfn = *start_pfn, epfn = *end_pfn;
2034         unsigned long nr_pages = 0;
2035         u64 j = *i;
2036
2037         /* First we loop through and initialize the page values */
2038         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone_from(j, zone, start_pfn, end_pfn) {
2039                 unsigned long t;
2040
2041                 if (mo_pfn <= *start_pfn)
2042                         break;
2043
2044                 t = min(mo_pfn, *end_pfn);
2045                 nr_pages += deferred_init_pages(zone, *start_pfn, t);
2046
2047                 if (mo_pfn < *end_pfn) {
2048                         *start_pfn = mo_pfn;
2049                         break;
2050                 }
2051         }
2052
2053         /* Reset values and now loop through freeing pages as needed */
2054         swap(j, *i);
2055
2056         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone_from(j, zone, &spfn, &epfn) {
2057                 unsigned long t;
2058
2059                 if (mo_pfn <= spfn)
2060                         break;
2061
2062                 t = min(mo_pfn, epfn);
2063                 deferred_free_pages(spfn, t);
2064
2065                 if (mo_pfn <= epfn)
2066                         break;
2067         }
2068
2069         return nr_pages;
2070 }
2071
2072 static void __init
2073 deferred_init_memmap_chunk(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn,
2074                            void *arg)
2075 {
2076         unsigned long spfn, epfn;
2077         struct zone *zone = arg;
2078         u64 i;
2079
2080         deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn, start_pfn);
2081
2082         /*
2083          * Initialize and free pages in MAX_ORDER sized increments so that we
2084          * can avoid introducing any issues with the buddy allocator.
2085          */
2086         while (spfn < end_pfn) {
2087                 deferred_init_maxorder(&i, zone, &spfn, &epfn);
2088                 cond_resched();
2089         }
2090 }
2091
2092 /* An arch may override for more concurrency. */
2093 __weak int __init
2094 deferred_page_init_max_threads(const struct cpumask *node_cpumask)
2095 {
2096         return 1;
2097 }
2098
2099 /* Initialise remaining memory on a node */
2100 static int __init deferred_init_memmap(void *data)
2101 {
2102         pg_data_t *pgdat = data;
2103         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
2104         unsigned long spfn = 0, epfn = 0;
2105         unsigned long first_init_pfn, flags;
2106         unsigned long start = jiffies;
2107         struct zone *zone;
2108         int zid, max_threads;
2109         u64 i;
2110
2111         /* Bind memory initialisation thread to a local node if possible */
2112         if (!cpumask_empty(cpumask))
2113                 set_cpus_allowed_ptr(current, cpumask);
2114
2115         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
2116         first_init_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
2117         if (first_init_pfn == ULONG_MAX) {
2118                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2119                 pgdat_init_report_one_done();
2120                 return 0;
2121         }
2122
2123         /* Sanity check boundaries */
2124         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn < pgdat->node_start_pfn);
2125         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn > pgdat_end_pfn(pgdat));
2126         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
2127
2128         /*
2129          * Once we unlock here, the zone cannot be grown anymore, thus if an
2130          * interrupt thread must allocate this early in boot, zone must be
2131          * pre-grown prior to start of deferred page initialization.
2132          */
2133         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2134
2135         /* Only the highest zone is deferred so find it */
2136         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
2137                 zone = pgdat->node_zones + zid;
2138                 if (first_init_pfn < zone_end_pfn(zone))
2139                         break;
2140         }
2141
2142         /* If the zone is empty somebody else may have cleared out the zone */
2143         if (!deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
2144                                                  first_init_pfn))
2145                 goto zone_empty;
2146
2147         max_threads = deferred_page_init_max_threads(cpumask);
2148
2149         while (spfn < epfn) {
2150                 unsigned long epfn_align = ALIGN(epfn, PAGES_PER_SECTION);
2151                 struct padata_mt_job job = {
2152                         .thread_fn   = deferred_init_memmap_chunk,
2153                         .fn_arg      = zone,
2154                         .start       = spfn,
2155                         .size        = epfn_align - spfn,
2156                         .align       = PAGES_PER_SECTION,
2157                         .min_chunk   = PAGES_PER_SECTION,
2158                         .max_threads = max_threads,
2159                 };
2160
2161                 padata_do_multithreaded(&job);
2162                 deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
2163                                                     epfn_align);
2164         }
2165 zone_empty:
2166         /* Sanity check that the next zone really is unpopulated */
2167         WARN_ON(++zid < MAX_NR_ZONES && populated_zone(++zone));
2168
2169         pr_info("node %d deferred pages initialised in %ums\n",
2170                 pgdat->node_id, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
2171
2172         pgdat_init_report_one_done();
2173         return 0;
2174 }
2175
2176 /*
2177  * If this zone has deferred pages, try to grow it by initializing enough
2178  * deferred pages to satisfy the allocation specified by order, rounded up to
2179  * the nearest PAGES_PER_SECTION boundary.  So we're adding memory in increments
2180  * of SECTION_SIZE bytes by initializing struct pages in increments of
2181  * PAGES_PER_SECTION * sizeof(struct page) bytes.
2182  *
2183  * Return true when zone was grown, otherwise return false. We return true even
2184  * when we grow less than requested, to let the caller decide if there are
2185  * enough pages to satisfy the allocation.
2186  *
2187  * Note: We use noinline because this function is needed only during boot, and
2188  * it is called from a __ref function _deferred_grow_zone. This way we are
2189  * making sure that it is not inlined into permanent text section.
2190  */
2191 static noinline bool __init
2192 deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
2193 {
2194         unsigned long nr_pages_needed = ALIGN(1 << order, PAGES_PER_SECTION);
2195         pg_data_t *pgdat = zone->zone_pgdat;
2196         unsigned long first_deferred_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
2197         unsigned long spfn, epfn, flags;
2198         unsigned long nr_pages = 0;
2199         u64 i;
2200
2201         /* Only the last zone may have deferred pages */
2202         if (zone_end_pfn(zone) != pgdat_end_pfn(pgdat))
2203                 return false;
2204
2205         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
2206
2207         /*
2208          * If someone grew this zone while we were waiting for spinlock, return
2209          * true, as there might be enough pages already.
2210          */
2211         if (first_deferred_pfn != pgdat->first_deferred_pfn) {
2212                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2213                 return true;
2214         }
2215
2216         /* If the zone is empty somebody else may have cleared out the zone */
2217         if (!deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
2218                                                  first_deferred_pfn)) {
2219                 pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
2220                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2221                 /* Retry only once. */
2222                 return first_deferred_pfn != ULONG_MAX;
2223         }
2224
2225         /*
2226          * Initialize and free pages in MAX_ORDER sized increments so
2227          * that we can avoid introducing any issues with the buddy
2228          * allocator.
2229          */
2230         while (spfn < epfn) {
2231                 /* update our first deferred PFN for this section */
2232                 first_deferred_pfn = spfn;
2233
2234                 nr_pages += deferred_init_maxorder(&i, zone, &spfn, &epfn);
2235                 touch_nmi_watchdog();
2236
2237                 /* We should only stop along section boundaries */
2238                 if ((first_deferred_pfn ^ spfn) < PAGES_PER_SECTION)
2239                         continue;
2240
2241                 /* If our quota has been met we can stop here */
2242                 if (nr_pages >= nr_pages_needed)
2243                         break;
2244         }
2245
2246         pgdat->first_deferred_pfn = spfn;
2247         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2248
2249         return nr_pages > 0;
2250 }
2251
2252 /*
2253  * deferred_grow_zone() is __init, but it is called from
2254  * get_page_from_freelist() during early boot until deferred_pages permanently
2255  * disables this call. This is why we have refdata wrapper to avoid warning,
2256  * and to ensure that the function body gets unloaded.
2257  */
2258 static bool __ref
2259 _deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
2260 {
2261         return deferred_grow_zone(zone, order);
2262 }
2263
2264 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
2265
2266 void __init page_alloc_init_late(void)
2267 {
2268         struct zone *zone;
2269         int nid;
2270
2271 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
2272
2273         /* There will be num_node_state(N_MEMORY) threads */
2274         atomic_set(&pgdat_init_n_undone, num_node_state(N_MEMORY));
2275         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
2276                 kthread_run(deferred_init_memmap, NODE_DATA(nid), "pgdatinit%d", nid);
2277         }
2278
2279         /* Block until all are initialised */
2280         wait_for_completion(&pgdat_init_all_done_comp);
2281
2282         /*
2283          * We initialized the rest of the deferred pages.  Permanently disable
2284          * on-demand struct page initialization.
2285          */
2286         static_branch_disable(&deferred_pages);
2287
2288         /* Reinit limits that are based on free pages after the kernel is up */
2289         files_maxfiles_init();
2290 #endif
2291
2292         buffer_init();
2293
2294         /* Discard memblock private memory */
2295         memblock_discard();
2296
2297         for_each_node_state(nid, N_MEMORY)
2298                 shuffle_free_memory(NODE_DATA(nid));
2299
2300         for_each_populated_zone(zone)
2301                 set_zone_contiguous(zone);
2302 }
2303
2304 #ifdef CONFIG_CMA
2305 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
2306 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
2307 {
2308         unsigned i = pageblock_nr_pages;
2309         struct page *p = page;
2310
2311         do {
2312                 __ClearPageReserved(p);
2313                 set_page_count(p, 0);
2314         } while (++p, --i);
2315
2316         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
2317         set_page_refcounted(page);
2318         __free_pages(page, pageblock_order);
2319
2320         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
2321         page_zone(page)->cma_pages += pageblock_nr_pages;
2322 }
2323 #endif
2324
2325 /*
2326  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
2327  * Please do not alter this order without good reasons and regression
2328  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
2329  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
2330  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
2331  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
2332  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
2333  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
2334  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
2335  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
2336  *
2337  * -- nyc
2338  */
2339 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
2340         int low, int high, int migratetype)
2341 {
2342         unsigned long size = 1 << high;
2343
2344         while (high > low) {
2345                 high--;
2346                 size >>= 1;
2347                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
2348
2349                 /*
2350                  * Mark as guard pages (or page), that will allow to
2351                  * merge back to allocator when buddy will be freed.
2352                  * Corresponding page table entries will not be touched,
2353                  * pages will stay not present in virtual address space
2354                  */
2355                 if (set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype))
2356                         continue;
2357
2358                 add_to_free_list(&page[size], zone, high, migratetype);
2359                 set_buddy_order(&page[size], high);
2360         }
2361 }
2362
2363 static void check_new_page_bad(struct page *page)
2364 {
2365         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
2366                 /* Don't complain about hwpoisoned pages */
2367                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
2368                 return;
2369         }
2370
2371         bad_page(page,
2372                  page_bad_reason(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP));
2373 }
2374
2375 /*
2376  * This page is about to be returned from the page allocator
2377  */
2378 static inline int check_new_page(struct page *page)
2379 {
2380         if (likely(page_expected_state(page,
2381                                 PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP|__PG_HWPOISON)))
2382                 return 0;
2383
2384         check_new_page_bad(page);
2385         return 1;
2386 }
2387
2388 static bool check_new_pages(struct page *page, unsigned int order)
2389 {
2390         int i;
2391         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
2392                 struct page *p = page + i;
2393
2394                 if (unlikely(check_new_page(p)))
2395                         return true;
2396         }
2397
2398         return false;
2399 }
2400
2401 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
2402 /*
2403  * With DEBUG_VM enabled, order-0 pages are checked for expected state when
2404  * being allocated from pcp lists. With debug_pagealloc also enabled, they are
2405  * also checked when pcp lists are refilled from the free lists.
2406  */
2407 static inline bool check_pcp_refill(struct page *page, unsigned int order)
2408 {
2409         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2410                 return check_new_pages(page, order);
2411         else
2412                 return false;
2413 }
2414
2415 static inline bool check_new_pcp(struct page *page, unsigned int order)
2416 {
2417         return check_new_pages(page, order);
2418 }
2419 #else
2420 /*
2421  * With DEBUG_VM disabled, free order-0 pages are checked for expected state
2422  * when pcp lists are being refilled from the free lists. With debug_pagealloc
2423  * enabled, they are also checked when being allocated from the pcp lists.
2424  */
2425 static inline bool check_pcp_refill(struct page *page, unsigned int order)
2426 {
2427         return check_new_pages(page, order);
2428 }
2429 static inline bool check_new_pcp(struct page *page, unsigned int order)
2430 {
2431         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2432                 return check_new_pages(page, order);
2433         else
2434                 return false;
2435 }
2436 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
2437
2438 static inline bool should_skip_kasan_unpoison(gfp_t flags)
2439 {
2440         /* Don't skip if a software KASAN mode is enabled. */
2441         if (IS_ENABLED(CONFIG_KASAN_GENERIC) ||
2442             IS_ENABLED(CONFIG_KASAN_SW_TAGS))
2443                 return false;
2444
2445         /* Skip, if hardware tag-based KASAN is not enabled. */
2446         if (!kasan_hw_tags_enabled())
2447                 return true;
2448
2449         /*
2450          * With hardware tag-based KASAN enabled, skip if this has been
2451          * requested via __GFP_SKIP_KASAN_UNPOISON.
2452          */
2453         return flags & __GFP_SKIP_KASAN_UNPOISON;
2454 }
2455
2456 static inline bool should_skip_init(gfp_t flags)
2457 {
2458         /* Don't skip, if hardware tag-based KASAN is not enabled. */
2459         if (!kasan_hw_tags_enabled())
2460                 return false;
2461
2462         /* For hardware tag-based KASAN, skip if requested. */
2463         return (flags & __GFP_SKIP_ZERO);
2464 }
2465
2466 inline void post_alloc_hook(struct page *page, unsigned int order,
2467                                 gfp_t gfp_flags)
2468 {
2469         bool init = !want_init_on_free() && want_init_on_alloc(gfp_flags) &&
2470                         !should_skip_init(gfp_flags);
2471         bool init_tags = init && (gfp_flags & __GFP_ZEROTAGS);
2472         int i;
2473
2474         set_page_private(page, 0);
2475         set_page_refcounted(page);
2476
2477         arch_alloc_page(page, order);
2478         debug_pagealloc_map_pages(page, 1 << order);
2479
2480         /*
2481          * Page unpoisoning must happen before memory initialization.
2482          * Otherwise, the poison pattern will be overwritten for __GFP_ZERO
2483          * allocations and the page unpoisoning code will complain.
2484          */
2485         kernel_unpoison_pages(page, 1 << order);
2486
2487         /*
2488          * As memory initialization might be integrated into KASAN,
2489          * KASAN unpoisoning and memory initializion code must be
2490          * kept together to avoid discrepancies in behavior.
2491          */
2492
2493         /*
2494          * If memory tags should be zeroed (which happens only when memory
2495          * should be initialized as well).
2496          */
2497         if (init_tags) {
2498                 /* Initialize both memory and tags. */
2499                 for (i = 0; i != 1 << order; ++i)
2500                         tag_clear_highpage(page + i);
2501
2502                 /* Note that memory is already initialized by the loop above. */
2503                 init = false;
2504         }
2505         if (!should_skip_kasan_unpoison(gfp_flags)) {
2506                 /* Unpoison shadow memory or set memory tags. */
2507                 kasan_unpoison_pages(page, order, init);
2508
2509                 /* Note that memory is already initialized by KASAN. */
2510                 if (kasan_has_integrated_init())
2511                         init = false;
2512         } else {
2513                 /* Ensure page_address() dereferencing does not fault. */
2514                 for (i = 0; i != 1 << order; ++i)
2515                         page_kasan_tag_reset(page + i);
2516         }
2517         /* If memory is still not initialized, do it now. */
2518         if (init)
2519                 kernel_init_pages(page, 1 << order);
2520         /* Propagate __GFP_SKIP_KASAN_POISON to page flags. */
2521         if (kasan_hw_tags_enabled() && (gfp_flags & __GFP_SKIP_KASAN_POISON))
2522                 SetPageSkipKASanPoison(page);
2523
2524         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
2525         page_table_check_alloc(page, order);
2526 }
2527
2528 static void prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
2529                                                         unsigned int alloc_flags)
2530 {
2531         post_alloc_hook(page, order, gfp_flags);
2532
2533         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
2534                 prep_compound_page(page, order);
2535
2536         /*
2537          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
2538          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
2539          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
2540          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
2541          */
2542         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
2543                 set_page_pfmemalloc(page);
2544         else
2545                 clear_page_pfmemalloc(page);
2546 }
2547
2548 /*
2549  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
2550  * the smallest available page from the freelists
2551  */
2552 static __always_inline
2553 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
2554                                                 int migratetype)
2555 {
2556         unsigned int current_order;
2557         struct free_area *area;
2558         struct page *page;
2559
2560         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
2561         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
2562                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2563                 page = get_page_from_free_area(area, migratetype);
2564                 if (!page)
2565                         continue;
2566                 del_page_from_free_list(page, zone, current_order);
2567                 expand(zone, page, order, current_order, migratetype);
2568                 set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2569                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype,
2570                                 pcp_allowed_order(order) &&
2571                                 migratetype < MIGRATE_PCPTYPES);
2572                 return page;
2573         }
2574
2575         return NULL;
2576 }
2577
2578
2579 /*
2580  * This array describes the order lists are fallen back to when
2581  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
2582  *
2583  * The other migratetypes do not have fallbacks.
2584  */
2585 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][3] = {
2586         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2587         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_TYPES },
2588         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2589 };
2590
2591 #ifdef CONFIG_CMA
2592 static __always_inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2593                                         unsigned int order)
2594 {
2595         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
2596 }
2597 #else
2598 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2599                                         unsigned int order) { return NULL; }
2600 #endif
2601
2602 /*
2603  * Move the free pages in a range to the freelist tail of the requested type.
2604  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
2605  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
2606  */
2607 static int move_freepages(struct zone *zone,
2608                           unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn,
2609                           int migratetype, int *num_movable)
2610 {
2611         struct page *page;
2612         unsigned long pfn;
2613         unsigned int order;
2614         int pages_moved = 0;
2615
2616         for (pfn = start_pfn; pfn <= end_pfn;) {
2617                 page = pfn_to_page(pfn);
2618                 if (!PageBuddy(page)) {
2619                         /*
2620                          * We assume that pages that could be isolated for
2621                          * migration are movable. But we don't actually try
2622                          * isolating, as that would be expensive.
2623                          */
2624                         if (num_movable &&
2625                                         (PageLRU(page) || __PageMovable(page)))
2626                                 (*num_movable)++;
2627                         pfn++;
2628                         continue;
2629                 }
2630
2631                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
2632                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
2633                 VM_BUG_ON_PAGE(page_zone(page) != zone, page);
2634
2635                 order = buddy_order(page);
2636                 move_to_free_list(page, zone, order, migratetype);
2637                 pfn += 1 << order;
2638                 pages_moved += 1 << order;
2639         }
2640
2641         return pages_moved;
2642 }
2643
2644 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
2645                                 int migratetype, int *num_movable)
2646 {
2647         unsigned long start_pfn, end_pfn, pfn;
2648
2649         if (num_movable)
2650                 *num_movable = 0;
2651
2652         pfn = page_to_pfn(page);
2653         start_pfn = pageblock_start_pfn(pfn);
2654         end_pfn = pageblock_end_pfn(pfn) - 1;
2655
2656         /* Do not cross zone boundaries */
2657         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
2658                 start_pfn = pfn;
2659         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
2660                 return 0;
2661
2662         return move_freepages(zone, start_pfn, end_pfn, migratetype,
2663                                                                 num_movable);
2664 }
2665
2666 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
2667                                         int start_order, int migratetype)
2668 {
2669         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
2670
2671         while (nr_pageblocks--) {
2672                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
2673                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
2674         }
2675 }
2676
2677 /*
2678  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
2679  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
2680  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
2681  *
2682  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
2683  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
2684  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
2685  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
2686  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
2687  * pageblocks.
2688  */
2689 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
2690 {
2691         /*
2692          * Leaving this order check is intended, although there is
2693          * relaxed order check in next check. The reason is that
2694          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
2695          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
2696          * so could be changed anytime.
2697          */
2698         if (order >= pageblock_order)
2699                 return true;
2700
2701         if (order >= pageblock_order / 2 ||
2702                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
2703                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
2704                 page_group_by_mobility_disabled)
2705                 return true;
2706
2707         return false;
2708 }
2709
2710 static inline bool boost_watermark(struct zone *zone)
2711 {
2712         unsigned long max_boost;
2713
2714         if (!watermark_boost_factor)
2715                 return false;
2716         /*
2717          * Don't bother in zones that are unlikely to produce results.
2718          * On small machines, including kdump capture kernels running
2719          * in a small area, boosting the watermark can cause an out of
2720          * memory situation immediately.
2721          */
2722         if ((pageblock_nr_pages * 4) > zone_managed_pages(zone))
2723                 return false;
2724
2725         max_boost = mult_frac(zone->_watermark[WMARK_HIGH],
2726                         watermark_boost_factor, 10000);
2727
2728         /*
2729          * high watermark may be uninitialised if fragmentation occurs
2730          * very early in boot so do not boost. We do not fall
2731          * through and boost by pageblock_nr_pages as failing
2732          * allocations that early means that reclaim is not going
2733          * to help and it may even be impossible to reclaim the
2734          * boosted watermark resulting in a hang.
2735          */
2736         if (!max_boost)
2737                 return false;
2738
2739         max_boost = max(pageblock_nr_pages, max_boost);
2740
2741         zone->watermark_boost = min(zone->watermark_boost + pageblock_nr_pages,
2742                 max_boost);
2743
2744         return true;
2745 }
2746
2747 /*
2748  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
2749  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
2750  * pageblock to our migratetype and determine how many already-allocated pages
2751  * are there in the pageblock with a compatible migratetype. If at least half
2752  * of pages are free or compatible, we can change migratetype of the pageblock
2753  * itself, so pages freed in the future will be put on the correct free list.
2754  */
2755 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
2756                 unsigned int alloc_flags, int start_type, bool whole_block)
2757 {
2758         unsigned int current_order = buddy_order(page);
2759         int free_pages, movable_pages, alike_pages;
2760         int old_block_type;
2761
2762         old_block_type = get_pageblock_migratetype(page);
2763
2764         /*
2765          * This can happen due to races and we want to prevent broken
2766          * highatomic accounting.
2767          */
2768         if (is_migrate_highatomic(old_block_type))
2769                 goto single_page;
2770
2771         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
2772         if (current_order >= pageblock_order) {
2773                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
2774                 goto single_page;
2775         }
2776
2777         /*
2778          * Boost watermarks to increase reclaim pressure to reduce the
2779          * likelihood of future fallbacks. Wake kswapd now as the node
2780          * may be balanced overall and kswapd will not wake naturally.
2781          */
2782         if (boost_watermark(zone) && (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD))
2783                 set_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
2784
2785         /* We are not allowed to try stealing from the whole block */
2786         if (!whole_block)
2787                 goto single_page;
2788
2789         free_pages = move_freepages_block(zone, page, start_type,
2790                                                 &movable_pages);
2791         /*
2792          * Determine how many pages are compatible with our allocation.
2793          * For movable allocation, it's the number of movable pages which
2794          * we just obtained. For other types it's a bit more tricky.
2795          */
2796         if (start_type == MIGRATE_MOVABLE) {
2797                 alike_pages = movable_pages;
2798         } else {
2799                 /*
2800                  * If we are falling back a RECLAIMABLE or UNMOVABLE allocation
2801                  * to MOVABLE pageblock, consider all non-movable pages as
2802                  * compatible. If it's UNMOVABLE falling back to RECLAIMABLE or
2803                  * vice versa, be conservative since we can't distinguish the
2804                  * exact migratetype of non-movable pages.
2805                  */
2806                 if (old_block_type == MIGRATE_MOVABLE)
2807                         alike_pages = pageblock_nr_pages
2808                                                 - (free_pages + movable_pages);
2809                 else
2810                         alike_pages = 0;
2811         }
2812
2813         /* moving whole block can fail due to zone boundary conditions */
2814         if (!free_pages)
2815                 goto single_page;
2816
2817         /*
2818          * If a sufficient number of pages in the block are either free or of
2819          * comparable migratability as our allocation, claim the whole block.
2820          */
2821         if (free_pages + alike_pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
2822                         page_group_by_mobility_disabled)
2823                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
2824
2825         return;
2826
2827 single_page:
2828         move_to_free_list(page, zone, current_order, start_type);
2829 }
2830
2831 /*
2832  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
2833  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
2834  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
2835  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
2836  */
2837 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
2838                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
2839 {
2840         int i;
2841         int fallback_mt;
2842
2843         if (area->nr_free == 0)
2844                 return -1;
2845
2846         *can_steal = false;
2847         for (i = 0;; i++) {
2848                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
2849                 if (fallback_mt == MIGRATE_TYPES)
2850                         break;
2851
2852                 if (free_area_empty(area, fallback_mt))
2853                         continue;
2854
2855                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
2856                         *can_steal = true;
2857
2858                 if (!only_stealable)
2859                         return fallback_mt;
2860
2861                 if (*can_steal)
2862                         return fallback_mt;
2863         }
2864
2865         return -1;
2866 }
2867
2868 /*
2869  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
2870  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
2871  */
2872 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone,
2873                                 unsigned int alloc_order)
2874 {
2875         int mt;
2876         unsigned long max_managed, flags;
2877
2878         /*
2879          * Limit the number reserved to 1 pageblock or roughly 1% of a zone.
2880          * Check is race-prone but harmless.
2881          */
2882         max_managed = (zone_managed_pages(zone) / 100) + pageblock_nr_pages;
2883         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2884                 return;
2885
2886         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2887
2888         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
2889         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2890                 goto out_unlock;
2891
2892         /* Yoink! */
2893         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2894         /* Only reserve normal pageblocks (i.e., they can merge with others) */
2895         if (migratetype_is_mergeable(mt)) {
2896                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
2897                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2898                 move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_HIGHATOMIC, NULL);
2899         }
2900
2901 out_unlock:
2902         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2903 }
2904
2905 /*
2906  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
2907  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
2908  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
2909  * to recover from than an OOM.
2910  *
2911  * If @force is true, try to unreserve a pageblock even though highatomic
2912  * pageblock is exhausted.
2913  */
2914 static bool unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac,
2915                                                 bool force)
2916 {
2917         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2918         unsigned long flags;
2919         struct zoneref *z;
2920         struct zone *zone;
2921         struct page *page;
2922         int order;
2923         bool ret;
2924
2925         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->highest_zoneidx,
2926                                                                 ac->nodemask) {
2927                 /*
2928                  * Preserve at least one pageblock unless memory pressure
2929                  * is really high.
2930                  */
2931                 if (!force && zone->nr_reserved_highatomic <=
2932                                         pageblock_nr_pages)
2933                         continue;
2934
2935                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2936                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
2937                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
2938
2939                         page = get_page_from_free_area(area, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2940                         if (!page)
2941                                 continue;
2942
2943                         /*
2944                          * In page freeing path, migratetype change is racy so
2945                          * we can counter several free pages in a pageblock
2946                          * in this loop although we changed the pageblock type
2947                          * from highatomic to ac->migratetype. So we should
2948                          * adjust the count once.
2949                          */
2950                         if (is_migrate_highatomic_page(page)) {
2951                                 /*
2952                                  * It should never happen but changes to
2953                                  * locking could inadvertently allow a per-cpu
2954                                  * drain to add pages to MIGRATE_HIGHATOMIC
2955                                  * while unreserving so be safe and watch for
2956                                  * underflows.
2957                                  */
2958                                 zone->nr_reserved_highatomic -= min(
2959                                                 pageblock_nr_pages,
2960                                                 zone->nr_reserved_highatomic);
2961                         }
2962
2963                         /*
2964                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
2965                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
2966                          * is doing the work and needs the pages. More
2967                          * importantly, if the block was always converted to
2968                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
2969                          * of pageblocks that cannot be completely freed
2970                          * may increase.
2971                          */
2972                         set_pageblock_migratetype(page, ac->migratetype);
2973                         ret = move_freepages_block(zone, page, ac->migratetype,
2974                                                                         NULL);
2975                         if (ret) {
2976                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2977                                 return ret;
2978                         }
2979                 }
2980                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2981         }
2982
2983         return false;
2984 }
2985
2986 /*
2987  * Try finding a free buddy page on the fallback list and put it on the free
2988  * list of requested migratetype, possibly along with other pages from the same
2989  * block, depending on fragmentation avoidance heuristics. Returns true if
2990  * fallback was found so that __rmqueue_smallest() can grab it.
2991  *
2992  * The use of signed ints for order and current_order is a deliberate
2993  * deviation from the rest of this file, to make the for loop
2994  * condition simpler.
2995  */
2996 static __always_inline bool
2997 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, int order, int start_migratetype,
2998                                                 unsigned int alloc_flags)
2999 {
3000         struct free_area *area;
3001         int current_order;
3002         int min_order = order;
3003         struct page *page;
3004         int fallback_mt;
3005         bool can_steal;
3006
3007         /*
3008          * Do not steal pages from freelists belonging to other pageblocks
3009          * i.e. orders < pageblock_order. If there are no local zones free,
3010          * the zonelists will be reiterated without ALLOC_NOFRAGMENT.
3011          */
3012         if (order < pageblock_order && alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT)
3013                 min_order = pageblock_order;
3014
3015         /*
3016          * Find the largest available free page in the other list. This roughly
3017          * approximates finding the pageblock with the most free pages, which
3018          * would be too costly to do exactly.
3019          */
3020         for (current_order = MAX_ORDER - 1; current_order >= min_order;
3021                                 --current_order) {
3022                 area = &(zone->free_area[current_order]);
3023                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
3024                                 start_migratetype, false, &can_steal);
3025                 if (fallback_mt == -1)
3026                         continue;
3027
3028                 /*
3029                  * We cannot steal all free pages from the pageblock and the
3030                  * requested migratetype is movable. In that case it's better to
3031                  * steal and split the smallest available page instead of the
3032                  * largest available page, because even if the next movable
3033                  * allocation falls back into a different pageblock than this
3034                  * one, it won't cause permanent fragmentation.
3035                  */
3036                 if (!can_steal && start_migratetype == MIGRATE_MOVABLE
3037                                         && current_order > order)
3038                         goto find_smallest;
3039
3040                 goto do_steal;
3041         }
3042
3043         return false;
3044
3045 find_smallest:
3046         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER;
3047                                                         current_order++) {
3048                 area = &(zone->free_area[current_order]);
3049                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
3050                                 start_migratetype, false, &can_steal);
3051                 if (fallback_mt != -1)
3052                         break;
3053         }
3054
3055         /*
3056          * This should not happen - we already found a suitable fallback
3057          * when looking for the largest page.
3058          */
3059         VM_BUG_ON(current_order == MAX_ORDER);
3060
3061 do_steal:
3062         page = get_page_from_free_area(area, fallback_mt);
3063
3064         steal_suitable_fallback(zone, page, alloc_flags, start_migratetype,
3065                                                                 can_steal);
3066
3067         trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
3068                 start_migratetype, fallback_mt);
3069
3070         return true;
3071
3072 }
3073
3074 /*
3075  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
3076  * Call me with the zone->lock already held.
3077  */
3078 static __always_inline struct page *
3079 __rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order, int migratetype,
3080                                                 unsigned int alloc_flags)
3081 {
3082         struct page *page;
3083
3084         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA)) {
3085                 /*
3086                  * Balance movable allocations between regular and CMA areas by
3087                  * allocating from CMA when over half of the zone's free memory
3088                  * is in the CMA area.
3089                  */
3090                 if (alloc_flags & ALLOC_CMA &&
3091                     zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES) >
3092                     zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES) / 2) {
3093                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
3094                         if (page)
3095                                 return page;
3096                 }
3097         }
3098 retry:
3099         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
3100         if (unlikely(!page)) {
3101                 if (alloc_flags & ALLOC_CMA)
3102                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
3103
3104                 if (!page && __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype,
3105                                                                 alloc_flags))
3106                         goto retry;
3107         }
3108         return page;
3109 }
3110
3111 /*
3112  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
3113  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
3114  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
3115  */
3116 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
3117                         unsigned long count, struct list_head *list,
3118                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
3119 {
3120         unsigned long flags;
3121         int i, allocated = 0;
3122
3123         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3124         for (i = 0; i < count; ++i) {
3125                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype,
3126                                                                 alloc_flags);
3127                 if (unlikely(page == NULL))
3128                         break;
3129
3130                 if (unlikely(check_pcp_refill(page, order)))
3131                         continue;
3132
3133                 /*
3134                  * Split buddy pages returned by expand() are received here in
3135                  * physical page order. The page is added to the tail of
3136                  * caller's list. From the callers perspective, the linked list
3137                  * is ordered by page number under some conditions. This is
3138                  * useful for IO devices that can forward direction from the
3139                  * head, thus also in the physical page order. This is useful
3140                  * for IO devices that can merge IO requests if the physical
3141                  * pages are ordered properly.
3142                  */
3143                 list_add_tail(&page->pcp_list, list);
3144                 allocated++;
3145                 if (is_migrate_cma(get_pcppage_migratetype(page)))
3146                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
3147                                               -(1 << order));
3148         }
3149
3150         /*
3151          * i pages were removed from the buddy list even if some leak due
3152          * to check_pcp_refill failing so adjust NR_FREE_PAGES based
3153          * on i. Do not confuse with 'allocated' which is the number of
3154          * pages added to the pcp list.
3155          */
3156         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
3157         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3158         return allocated;
3159 }
3160
3161 #ifdef CONFIG_NUMA
3162 /*
3163  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
3164  * currently executing processor on remote nodes after they have
3165  * expired.
3166  */
3167 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
3168 {
3169         int to_drain, batch;
3170
3171         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
3172         to_drain = min(pcp->count, batch);
3173         if (to_drain > 0) {
3174                 spin_lock(&pcp->lock);
3175                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp, 0);
3176                 spin_unlock(&pcp->lock);
3177         }
3178 }
3179 #endif
3180
3181 /*
3182  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
3183  */
3184 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
3185 {
3186         struct per_cpu_pages *pcp;
3187
3188         pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
3189         if (pcp->count) {
3190                 spin_lock(&pcp->lock);
3191                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp, 0);
3192                 spin_unlock(&pcp->lock);
3193         }
3194 }
3195
3196 /*
3197  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
3198  */
3199 static void drain_pages(unsigned int cpu)
3200 {
3201         struct zone *zone;
3202
3203         for_each_populated_zone(zone) {
3204                 drain_pages_zone(cpu, zone);
3205         }
3206 }
3207
3208 /*
3209  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
3210  */
3211 void drain_local_pages(struct zone *zone)
3212 {
3213         int cpu = smp_processor_id();
3214
3215         if (zone)
3216                 drain_pages_zone(cpu, zone);
3217         else
3218                 drain_pages(cpu);
3219 }
3220
3221 /*
3222  * The implementation of drain_all_pages(), exposing an extra parameter to
3223  * drain on all cpus.
3224  *
3225  * drain_all_pages() is optimized to only execute on cpus where pcplists are
3226  * not empty. The check for non-emptiness can however race with a free to
3227  * pcplist that has not yet increased the pcp->count from 0 to 1. Callers
3228  * that need the guarantee that every CPU has drained can disable the
3229  * optimizing racy check.
3230  */
3231 static void __drain_all_pages(struct zone *zone, bool force_all_cpus)
3232 {
3233         int cpu;
3234
3235         /*
3236          * Allocate in the BSS so we won't require allocation in
3237          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
3238          */
3239         static cpumask_t cpus_with_pcps;
3240
3241         /*
3242          * Do not drain if one is already in progress unless it's specific to
3243          * a zone. Such callers are primarily CMA and memory hotplug and need
3244          * the drain to be complete when the call returns.
3245          */
3246         if (unlikely(!mutex_trylock(&pcpu_drain_mutex))) {
3247                 if (!zone)
3248                         return;
3249                 mutex_lock(&pcpu_drain_mutex);
3250         }
3251
3252         /*
3253          * We don't care about racing with CPU hotplug event
3254          * as offline notification will cause the notified
3255          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
3256          * disables preemption as part of its processing
3257          */
3258         for_each_online_cpu(cpu) {
3259                 struct per_cpu_pages *pcp;
3260                 struct zone *z;
3261                 bool has_pcps = false;
3262
3263                 if (force_all_cpus) {
3264                         /*
3265                          * The pcp.count check is racy, some callers need a
3266                          * guarantee that no cpu is missed.
3267                          */
3268                         has_pcps = true;
3269                 } else if (zone) {
3270                         pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
3271                         if (pcp->count)
3272                                 has_pcps = true;
3273                 } else {
3274                         for_each_populated_zone(z) {
3275                                 pcp = per_cpu_ptr(z->per_cpu_pageset, cpu);
3276                                 if (pcp->count) {
3277                                         has_pcps = true;
3278                                         break;
3279                                 }
3280                         }
3281                 }
3282
3283                 if (has_pcps)
3284                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
3285                 else
3286                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
3287         }
3288
3289         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps) {
3290                 if (zone)
3291                         drain_pages_zone(cpu, zone);
3292                 else
3293                         drain_pages(cpu);
3294         }
3295
3296         mutex_unlock(&pcpu_drain_mutex);
3297 }
3298
3299 /*
3300  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
3301  *
3302  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
3303  */
3304 void drain_all_pages(struct zone *zone)
3305 {
3306         __drain_all_pages(zone, false);
3307 }
3308
3309 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
3310
3311 /*
3312  * Touch the watchdog for every WD_PAGE_COUNT pages.
3313  */
3314 #define WD_PAGE_COUNT   (128*1024)
3315
3316 void mark_free_pages(struct zone *zone)
3317 {
3318         unsigned long pfn, max_zone_pfn, page_count = WD_PAGE_COUNT;
3319         unsigned long flags;
3320         unsigned int order, t;
3321         struct page *page;
3322
3323         if (zone_is_empty(zone))
3324                 return;
3325
3326         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3327
3328         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
3329         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
3330                 if (pfn_valid(pfn)) {
3331                         page = pfn_to_page(pfn);
3332
3333                         if (!--page_count) {
3334                                 touch_nmi_watchdog();
3335                                 page_count = WD_PAGE_COUNT;
3336                         }
3337
3338                         if (page_zone(page) != zone)
3339                                 continue;
3340
3341                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
3342                                 swsusp_unset_page_free(page);
3343                 }
3344
3345         for_each_migratetype_order(order, t) {
3346                 list_for_each_entry(page,
3347                                 &zone->free_area[order].free_list[t], buddy_list) {
3348                         unsigned long i;
3349
3350                         pfn = page_to_pfn(page);
3351                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++) {
3352                                 if (!--page_count) {
3353                                         touch_nmi_watchdog();
3354                                         page_count = WD_PAGE_COUNT;
3355                                 }
3356                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
3357                         }
3358                 }
3359         }
3360         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3361 }
3362 #endif /* CONFIG_PM */
3363
3364 static bool free_unref_page_prepare(struct page *page, unsigned long pfn,
3365                                                         unsigned int order)
3366 {
3367         int migratetype;
3368
3369         if (!free_pcp_prepare(page, order))
3370                 return false;
3371
3372         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
3373         set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
3374         return true;
3375 }
3376
3377 static int nr_pcp_free(struct per_cpu_pages *pcp, int high, int batch,
3378                        bool free_high)
3379 {
3380         int min_nr_free, max_nr_free;
3381
3382         /* Free everything if batch freeing high-order pages. */
3383         if (unlikely(free_high))
3384                 return pcp->count;
3385
3386         /* Check for PCP disabled or boot pageset */
3387         if (unlikely(high < batch))
3388                 return 1;
3389
3390         /* Leave at least pcp->batch pages on the list */
3391         min_nr_free = batch;
3392         max_nr_free = high - batch;
3393
3394         /*
3395          * Double the number of pages freed each time there is subsequent
3396          * freeing of pages without any allocation.
3397          */
3398         batch <<= pcp->free_factor;
3399         if (batch < max_nr_free)
3400                 pcp->free_factor++;
3401         batch = clamp(batch, min_nr_free, max_nr_free);
3402
3403         return batch;
3404 }
3405
3406 static int nr_pcp_high(struct per_cpu_pages *pcp, struct zone *zone,
3407                        bool free_high)
3408 {
3409         int high = READ_ONCE(pcp->high);
3410
3411         if (unlikely(!high || free_high))
3412                 return 0;
3413
3414         if (!test_bit(ZONE_RECLAIM_ACTIVE, &zone->flags))
3415                 return high;
3416
3417         /*
3418          * If reclaim is active, limit the number of pages that can be
3419          * stored on pcp lists
3420          */
3421         return min(READ_ONCE(pcp->batch) << 2, high);
3422 }
3423
3424 static void free_unref_page_commit(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp,
3425                                    struct page *page, int migratetype,
3426                                    unsigned int order)
3427 {
3428         int high;
3429         int pindex;
3430         bool free_high;
3431
3432         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
3433         pindex = order_to_pindex(migratetype, order);
3434         list_add(&page->pcp_list, &pcp->lists[pindex]);
3435         pcp->count += 1 << order;
3436
3437         /*
3438          * As high-order pages other than THP's stored on PCP can contribute
3439          * to fragmentation, limit the number stored when PCP is heavily
3440          * freeing without allocation. The remainder after bulk freeing
3441          * stops will be drained from vmstat refresh context.
3442          */
3443         free_high = (pcp->free_factor && order && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
3444
3445         high = nr_pcp_high(pcp, zone, free_high);
3446         if (pcp->count >= high) {
3447                 int batch = READ_ONCE(pcp->batch);
3448
3449                 free_pcppages_bulk(zone, nr_pcp_free(pcp, high, batch, free_high), pcp, pindex);
3450         }
3451 }
3452
3453 /*
3454  * Free a pcp page
3455  */
3456 void free_unref_page(struct page *page, unsigned int order)
3457 {
3458         unsigned long __maybe_unused UP_flags;
3459         struct per_cpu_pages *pcp;
3460         struct zone *zone;
3461         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
3462         int migratetype;
3463
3464         if (!free_unref_page_prepare(page, pfn, order))
3465                 return;
3466
3467         /*
3468          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
3469          * Place ISOLATE pages on the isolated list because they are being
3470          * offlined but treat HIGHATOMIC as movable pages so we can get those
3471          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
3472          * excessively into the page allocator
3473          */
3474         migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
3475         if (unlikely(migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES)) {
3476                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
3477                         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype, FPI_NONE);
3478                         return;
3479                 }
3480                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
3481         }
3482
3483         zone = page_zone(page);
3484         pcp_trylock_prepare(UP_flags);
3485         pcp = pcp_spin_trylock(zone->per_cpu_pageset);
3486         if (pcp) {
3487                 free_unref_page_commit(zone, pcp, page, migratetype, order);
3488                 pcp_spin_unlock(pcp);
3489         } else {
3490                 free_one_page(zone, page, pfn, order, migratetype, FPI_NONE);
3491         }
3492         pcp_trylock_finish(UP_flags);
3493 }
3494
3495 /*
3496  * Free a list of 0-order pages
3497  */
3498 void free_unref_page_list(struct list_head *list)
3499 {
3500         unsigned long __maybe_unused UP_flags;
3501         struct page *page, *next;
3502         struct per_cpu_pages *pcp = NULL;
3503         struct zone *locked_zone = NULL;
3504         int batch_count = 0;
3505         int migratetype;
3506
3507         /* Prepare pages for freeing */
3508         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
3509                 unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
3510                 if (!free_unref_page_prepare(page, pfn, 0)) {
3511                         list_del(&page->lru);
3512                         continue;
3513                 }
3514
3515                 /*
3516                  * Free isolated pages directly to the allocator, see
3517                  * comment in free_unref_page.
3518                  */
3519                 migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
3520                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
3521                         list_del(&page->lru);
3522                         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, 0, migratetype, FPI_NONE);
3523                         continue;
3524                 }
3525         }
3526
3527         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
3528                 struct zone *zone = page_zone(page);
3529
3530                 list_del(&page->lru);
3531                 migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
3532
3533                 /*
3534                  * Either different zone requiring a different pcp lock or
3535                  * excessive lock hold times when freeing a large list of
3536                  * pages.
3537                  */
3538                 if (zone != locked_zone || batch_count == SWAP_CLUSTER_MAX) {
3539                         if (pcp) {
3540                                 pcp_spin_unlock(pcp);
3541                                 pcp_trylock_finish(UP_flags);
3542                         }
3543
3544                         batch_count = 0;
3545
3546                         /*
3547                          * trylock is necessary as pages may be getting freed
3548                          * from IRQ or SoftIRQ context after an IO completion.
3549                          */
3550                         pcp_trylock_prepare(UP_flags);
3551                         pcp = pcp_spin_trylock(zone->per_cpu_pageset);
3552                         if (unlikely(!pcp)) {
3553                                 pcp_trylock_finish(UP_flags);
3554                                 free_one_page(zone, page, page_to_pfn(page),
3555                                               0, migratetype, FPI_NONE);
3556                                 locked_zone = NULL;
3557                                 continue;
3558                         }
3559                         locked_zone = zone;
3560                 }
3561
3562                 /*
3563                  * Non-isolated types over MIGRATE_PCPTYPES get added
3564                  * to the MIGRATE_MOVABLE pcp list.
3565                  */
3566                 if (unlikely(migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES))
3567                         migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
3568
3569                 trace_mm_page_free_batched(page);
3570                 free_unref_page_commit(zone, pcp, page, migratetype, 0);
3571                 batch_count++;
3572         }
3573
3574         if (pcp) {
3575                 pcp_spin_unlock(pcp);
3576                 pcp_trylock_finish(UP_flags);
3577         }
3578 }
3579
3580 /*
3581  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
3582  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
3583  * Each sub-page must be freed individually.
3584  *
3585  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
3586  * Please consult with lkml before using this in your driver.
3587  */
3588 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
3589 {
3590         int i;
3591
3592         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
3593         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
3594
3595         for (i = 1; i < (1 << order); i++)
3596                 set_page_refcounted(page + i);
3597         split_page_owner(page, 1 << order);
3598         split_page_memcg(page, 1 << order);
3599 }
3600 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
3601
3602 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
3603 {
3604         struct zone *zone = page_zone(page);
3605         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
3606
3607         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
3608                 unsigned long watermark;
3609                 /*
3610                  * Obey watermarks as if the page was being allocated. We can
3611                  * emulate a high-order watermark check with a raised order-0
3612                  * watermark, because we already know our high-order page
3613                  * exists.
3614                  */
3615                 watermark = zone->_watermark[WMARK_MIN] + (1UL << order);
3616                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, ALLOC_CMA))
3617                         return 0;
3618
3619                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
3620         }
3621
3622         del_page_from_free_list(page, zone, order);
3623
3624         /*
3625          * Set the pageblock if the isolated page is at least half of a
3626          * pageblock
3627          */
3628         if (order >= pageblock_order - 1) {
3629                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
3630                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
3631                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
3632                         /*
3633                          * Only change normal pageblocks (i.e., they can merge
3634                          * with others)
3635                          */
3636                         if (migratetype_is_mergeable(mt))
3637                                 set_pageblock_migratetype(page,
3638                                                           MIGRATE_MOVABLE);
3639                 }
3640         }
3641
3642         return 1UL << order;
3643 }
3644
3645 /**
3646  * __putback_isolated_page - Return a now-isolated page back where we got it
3647  * @page: Page that was isolated
3648  * @order: Order of the isolated page
3649  * @mt: The page's pageblock's migratetype
3650  *
3651  * This function is meant to return a page pulled from the free lists via
3652  * __isolate_free_page back to the free lists they were pulled from.
3653  */
3654 void __putback_isolated_page(struct page *page, unsigned int order, int mt)
3655 {
3656         struct zone *zone = page_zone(page);
3657
3658         /* zone lock should be held when this function is called */
3659         lockdep_assert_held(&zone->lock);
3660
3661         /* Return isolated page to tail of freelist. */
3662         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, order, mt,
3663                         FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY | FPI_TO_TAIL);
3664 }
3665
3666 /*
3667  * Update NUMA hit/miss statistics
3668  */
3669 static inline void zone_statistics(struct zone *preferred_zone, struct zone *z,
3670                                    long nr_account)
3671 {
3672 #ifdef CONFIG_NUMA
3673         enum numa_stat_item local_stat = NUMA_LOCAL;
3674
3675         /* skip numa counters update if numa stats is disabled */
3676         if (!static_branch_likely(&vm_numa_stat_key))
3677                 return;
3678
3679         if (zone_to_nid(z) != numa_node_id())
3680                 local_stat = NUMA_OTHER;
3681
3682         if (zone_to_nid(z) == zone_to_nid(preferred_zone))
3683                 __count_numa_events(z, NUMA_HIT, nr_account);
3684         else {
3685                 __count_numa_events(z, NUMA_MISS, nr_account);
3686                 __count_numa_events(preferred_zone, NUMA_FOREIGN, nr_account);
3687         }
3688         __count_numa_events(z, local_stat, nr_account);
3689 #endif
3690 }
3691
3692 static __always_inline
3693 struct page *rmqueue_buddy(struct zone *preferred_zone, struct zone *zone,
3694                            unsigned int order, unsigned int alloc_flags,
3695                            int migratetype)
3696 {
3697         struct page *page;
3698         unsigned long flags;
3699
3700         do {
3701                 page = NULL;
3702                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3703                 /*
3704                  * order-0 request can reach here when the pcplist is skipped
3705                  * due to non-CMA allocation context. HIGHATOMIC area is
3706                  * reserved for high-order atomic allocation, so order-0
3707                  * request should skip it.
3708                  */
3709                 if (order > 0 && alloc_flags & ALLOC_HARDER)
3710                         page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
3711                 if (!page) {
3712                         page = __rmqueue(zone, order, migratetype, alloc_flags);
3713                         if (!page) {
3714                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3715                                 return NULL;
3716                         }
3717                 }
3718                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
3719                                           get_pcppage_migratetype(page));
3720                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3721         } while (check_new_pages(page, order));
3722
3723         __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
3724         zone_statistics(preferred_zone, zone, 1);
3725
3726         return page;
3727 }
3728
3729 /* Remove page from the per-cpu list, caller must protect the list */
3730 static inline
3731 struct page *__rmqueue_pcplist(struct zone *zone, unsigned int order,
3732                         int migratetype,
3733                         unsigned int alloc_flags,
3734                         struct per_cpu_pages *pcp,
3735                         struct list_head *list)
3736 {
3737         struct page *page;
3738
3739         do {
3740                 if (list_empty(list)) {
3741                         int batch = READ_ONCE(pcp->batch);
3742                         int alloced;
3743
3744                         /*
3745                          * Scale batch relative to order if batch implies
3746                          * free pages can be stored on the PCP. Batch can
3747                          * be 1 for small zones or for boot pagesets which
3748                          * should never store free pages as the pages may
3749                          * belong to arbitrary zones.
3750                          */
3751                         if (batch > 1)
3752                                 batch = max(batch >> order, 2);
3753                         alloced = rmqueue_bulk(zone, order,
3754                                         batch, list,
3755                                         migratetype, alloc_flags);
3756
3757                         pcp->count += alloced << order;
3758                         if (unlikely(list_empty(list)))
3759                                 return NULL;
3760                 }
3761
3762                 page = list_first_entry(list, struct page, pcp_list);
3763                 list_del(&page->pcp_list);
3764                 pcp->count -= 1 << order;
3765         } while (check_new_pcp(page, order));
3766
3767         return page;
3768 }
3769
3770 /* Lock and remove page from the per-cpu list */
3771 static struct page *rmqueue_pcplist(struct zone *preferred_zone,
3772                         struct zone *zone, unsigned int order,
3773                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
3774 {
3775         struct per_cpu_pages *pcp;
3776         struct list_head *list;
3777         struct page *page;
3778         unsigned long __maybe_unused UP_flags;
3779
3780         /* spin_trylock may fail due to a parallel drain or IRQ reentrancy. */
3781         pcp_trylock_prepare(UP_flags);
3782         pcp = pcp_spin_trylock(zone->per_cpu_pageset);
3783         if (!pcp) {
3784                 pcp_trylock_finish(UP_flags);
3785                 return NULL;
3786         }
3787
3788         /*
3789          * On allocation, reduce the number of pages that are batch freed.
3790          * See nr_pcp_free() where free_factor is increased for subsequent
3791          * frees.
3792          */
3793         pcp->free_factor >>= 1;
3794         list = &pcp->lists[order_to_pindex(migratetype, order)];
3795         page = __rmqueue_pcplist(zone, order, migratetype, alloc_flags, pcp, list);
3796         pcp_spin_unlock(pcp);
3797         pcp_trylock_finish(UP_flags);
3798         if (page) {
3799                 __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
3800                 zone_statistics(preferred_zone, zone, 1);
3801         }
3802         return page;
3803 }
3804
3805 /*
3806  * Allocate a page from the given zone.
3807  * Use pcplists for THP or "cheap" high-order allocations.
3808  */
3809
3810 /*
3811  * Do not instrument rmqueue() with KMSAN. This function may call
3812  * __msan_poison_alloca() through a call to set_pfnblock_flags_mask().
3813  * If __msan_poison_alloca() attempts to allocate pages for the stack depot, it
3814  * may call rmqueue() again, which will result in a deadlock.
3815  */
3816 __no_sanitize_memory
3817 static inline
3818 struct page *rmqueue(struct zone *preferred_zone,
3819                         struct zone *zone, unsigned int order,
3820                         gfp_t gfp_flags, unsigned int alloc_flags,
3821                         int migratetype)
3822 {
3823         struct page *page;
3824
3825         /*
3826          * We most definitely don't want callers attempting to
3827          * allocate greater than order-1 page units with __GFP_NOFAIL.
3828          */
3829         WARN_ON_ONCE((gfp_flags & __GFP_NOFAIL) && (order > 1));
3830
3831         if (likely(pcp_allowed_order(order))) {
3832                 /*
3833                  * MIGRATE_MOVABLE pcplist could have the pages on CMA area and
3834                  * we need to skip it when CMA area isn't allowed.
3835                  */
3836                 if (!IS_ENABLED(CONFIG_CMA) || alloc_flags & ALLOC_CMA ||
3837                                 migratetype != MIGRATE_MOVABLE) {
3838                         page = rmqueue_pcplist(preferred_zone, zone, order,
3839                                         migratetype, alloc_flags);
3840                         if (likely(page))
3841                                 goto out;
3842                 }
3843         }
3844
3845         page = rmqueue_buddy(preferred_zone, zone, order, alloc_flags,
3846                                                         migratetype);
3847
3848 out:
3849         /* Separate test+clear to avoid unnecessary atomics */
3850         if (unlikely(test_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags))) {
3851                 clear_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
3852                 wakeup_kswapd(zone, 0, 0, zone_idx(zone));
3853         }
3854
3855         VM_BUG_ON_PAGE(page && bad_range(zone, page), page);
3856         return page;
3857 }
3858
3859 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
3860
3861 static struct {
3862         struct fault_attr attr;
3863
3864         bool ignore_gfp_highmem;
3865         bool ignore_gfp_reclaim;
3866         u32 min_order;
3867 } fail_page_alloc = {
3868         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
3869         .ignore_gfp_reclaim = true,
3870         .ignore_gfp_highmem = true,
3871         .min_order = 1,
3872 };
3873
3874 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
3875 {
3876         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
3877 }
3878 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
3879
3880 static bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3881 {
3882         int flags = 0;
3883
3884         if (order < fail_page_alloc.min_order)
3885                 return false;
3886         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3887                 return false;
3888         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
3889                 return false;
3890         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim &&
3891                         (gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3892                 return false;
3893
3894         /* See comment in __should_failslab() */
3895         if (gfp_mask & __GFP_NOWARN)
3896                 flags |= FAULT_NOWARN;
3897
3898         return should_fail_ex(&fail_page_alloc.attr, 1 << order, flags);
3899 }
3900
3901 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
3902
3903 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
3904 {
3905         umode_t mode = S_IFREG | 0600;
3906         struct dentry *dir;
3907
3908         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
3909                                         &fail_page_alloc.attr);
3910
3911         debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
3912                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim);
3913         debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
3914                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem);
3915         debugfs_create_u32("min-order", mode, dir, &fail_page_alloc.min_order);
3916
3917         return 0;
3918 }
3919
3920 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
3921
3922 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
3923
3924 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3925
3926 static inline bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3927 {
3928         return false;
3929 }
3930
3931 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3932
3933 noinline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3934 {
3935         return __should_fail_alloc_page(gfp_mask, order);
3936 }
3937 ALLOW_ERROR_INJECTION(should_fail_alloc_page, TRUE);
3938
3939 static inline long __zone_watermark_unusable_free(struct zone *z,
3940                                 unsigned int order, unsigned int alloc_flags)
3941 {
3942         const bool alloc_harder = (alloc_flags & (ALLOC_HARDER|ALLOC_OOM));
3943         long unusable_free = (1 << order) - 1;
3944
3945         /*
3946          * If the caller does not have rights to ALLOC_HARDER then subtract
3947          * the high-atomic reserves. This will over-estimate the size of the
3948          * atomic reserve but it avoids a search.
3949          */
3950         if (likely(!alloc_harder))
3951                 unusable_free += z->nr_reserved_highatomic;
3952
3953 #ifdef CONFIG_CMA
3954         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
3955         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
3956                 unusable_free += zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
3957 #endif
3958
3959         return unusable_free;
3960 }
3961
3962 /*
3963  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
3964  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
3965  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
3966  * to check in the allocation paths if no pages are free.
3967  */
3968 bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3969                          int highest_zoneidx, unsigned int alloc_flags,
3970                          long free_pages)
3971 {
3972         long min = mark;
3973         int o;
3974         const bool alloc_harder = (alloc_flags & (ALLOC_HARDER|ALLOC_OOM));
3975
3976         /* free_pages may go negative - that's OK */
3977         free_pages -= __zone_watermark_unusable_free(z, order, alloc_flags);
3978
3979         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
3980                 min -= min / 2;
3981
3982         if (unlikely(alloc_harder)) {
3983                 /*
3984                  * OOM victims can try even harder than normal ALLOC_HARDER
3985                  * users on the grounds that it's definitely going to be in
3986                  * the exit path shortly and free memory. Any allocation it
3987                  * makes during the free path will be small and short-lived.
3988                  */
3989                 if (alloc_flags & ALLOC_OOM)
3990                         min -= min / 2;
3991                 else
3992                         min -= min / 4;
3993         }
3994
3995         /*
3996          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
3997          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
3998          * even if a suitable page happened to be free.
3999          */
4000         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[highest_zoneidx])
4001                 return false;
4002
4003         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
4004         if (!order)
4005                 return true;
4006
4007         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
4008         for (o = order; o < MAX_ORDER; o++) {
4009                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
4010                 int mt;
4011
4012                 if (!area->nr_free)
4013                         continue;
4014
4015                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
4016                         if (!free_area_empty(area, mt))
4017                                 return true;
4018                 }
4019
4020 #ifdef CONFIG_CMA
4021                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
4022                     !free_area_empty(area, MIGRATE_CMA)) {
4023                         return true;
4024                 }
4025 #endif
4026                 if (alloc_harder && !free_area_empty(area, MIGRATE_HIGHATOMIC))
4027                         return true;
4028         }
4029         return false;
4030 }
4031
4032 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
4033                       int highest_zoneidx, unsigned int alloc_flags)
4034 {
4035         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, alloc_flags,
4036                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
4037 }
4038
4039 static inline bool zone_watermark_fast(struct zone *z, unsigned int order,
4040                                 unsigned long mark, int highest_zoneidx,
4041                                 unsigned int alloc_flags, gfp_t gfp_mask)
4042 {
4043         long free_pages;
4044
4045         free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
4046
4047         /*
4048          * Fast check for order-0 only. If this fails then the reserves
4049          * need to be calculated.
4050          */
4051         if (!order) {
4052                 long usable_free;
4053                 long reserved;
4054
4055                 usable_free = free_pages;
4056                 reserved = __zone_watermark_unusable_free(z, 0, alloc_flags);
4057
4058                 /* reserved may over estimate high-atomic reserves. */
4059                 usable_free -= min(usable_free, reserved);
4060                 if (usable_free > mark + z->lowmem_reserve[highest_zoneidx])
4061                         return true;
4062         }
4063
4064         if (__zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, alloc_flags,
4065                                         free_pages))
4066                 return true;
4067         /*
4068          * Ignore watermark boosting for GFP_ATOMIC order-0 allocations
4069          * when checking the min watermark. The min watermark is the
4070          * point where boosting is ignored so that kswapd is woken up
4071          * when below the low watermark.
4072          */
4073         if (unlikely(!order && (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) && z->watermark_boost
4074                 && ((alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK) == WMARK_MIN))) {
4075                 mark = z->_watermark[WMARK_MIN];
4076                 return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx,
4077                                         alloc_flags, free_pages);
4078         }
4079
4080         return false;
4081 }
4082
4083 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
4084                         unsigned long mark, int highest_zoneidx)
4085 {
4086         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
4087
4088         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
4089                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
4090
4091         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, 0,
4092                                                                 free_pages);
4093 }
4094
4095 #ifdef CONFIG_NUMA
4096 int __read_mostly node_reclaim_distance = RECLAIM_DISTANCE;
4097
4098 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
4099 {
4100         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <=
4101                                 node_reclaim_distance;
4102 }
4103 #else   /* CONFIG_NUMA */
4104 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
4105 {
4106         return true;
4107 }
4108 #endif  /* CONFIG_NUMA */
4109
4110 /*
4111  * The restriction on ZONE_DMA32 as being a suitable zone to use to avoid
4112  * fragmentation is subtle. If the preferred zone was HIGHMEM then
4113  * premature use of a lower zone may cause lowmem pressure problems that
4114  * are worse than fragmentation. If the next zone is ZONE_DMA then it is
4115  * probably too small. It only makes sense to spread allocations to avoid
4116  * fragmentation between the Normal and DMA32 zones.
4117  */
4118 static inline unsigned int
4119 alloc_flags_nofragment(struct zone *zone, gfp_t gfp_mask)
4120 {
4121         unsigned int alloc_flags;
4122
4123         /*
4124          * __GFP_KSWAPD_RECLAIM is assumed to be the same as ALLOC_KSWAPD
4125          * to save a branch.
4126          */
4127         alloc_flags = (__force int) (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM);
4128
4129 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
4130         if (!zone)
4131                 return alloc_flags;
4132
4133         if (zone_idx(zone) != ZONE_NORMAL)
4134                 return alloc_flags;
4135
4136         /*
4137          * If ZONE_DMA32 exists, assume it is the one after ZONE_NORMAL and
4138          * the pointer is within zone->zone_pgdat->node_zones[]. Also assume
4139          * on UMA that if Normal is populated then so is DMA32.
4140          */
4141         BUILD_BUG_ON(ZONE_NORMAL - ZONE_DMA32 != 1);
4142         if (nr_online_nodes > 1 && !populated_zone(--zone))
4143                 return alloc_flags;
4144
4145         alloc_flags |= ALLOC_NOFRAGMENT;
4146 #endif /* CONFIG_ZONE_DMA32 */
4147         return alloc_flags;
4148 }
4149
4150 /* Must be called after current_gfp_context() which can change gfp_mask */
4151 static inline unsigned int gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_t gfp_mask,
4152                                                   unsigned int alloc_flags)
4153 {
4154 #ifdef CONFIG_CMA
4155         if (gfp_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
4156                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
4157 #endif
4158         return alloc_flags;
4159 }
4160
4161 /*
4162  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
4163  * a page.
4164  */
4165 static struct page *
4166 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
4167                                                 const struct alloc_context *ac)
4168 {
4169         struct zoneref *z;
4170         struct zone *zone;
4171         struct pglist_data *last_pgdat = NULL;
4172         bool last_pgdat_dirty_ok = false;
4173         bool no_fallback;
4174
4175 retry:
4176         /*
4177          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
4178          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cgroup/cpuset.c.
4179          */
4180         no_fallback = alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT;
4181         z = ac->preferred_zoneref;
4182         for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->highest_zoneidx,
4183                                         ac->nodemask) {
4184                 struct page *page;
4185                 unsigned long mark;
4186
4187                 if (cpusets_enabled() &&
4188                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
4189                         !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
4190                                 continue;
4191                 /*
4192                  * When allocating a page cache page for writing, we
4193                  * want to get it from a node that is within its dirty
4194                  * limit, such that no single node holds more than its
4195                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
4196                  * The dirty limits take into account the node's
4197                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
4198                  * should be able to balance it without having to
4199                  * write pages from its LRU list.
4200                  *
4201                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
4202                  * exceed the per-node dirty limit in the slowpath
4203                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
4204                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
4205                  * nodes are together not big enough to reach the
4206                  * global limit.  The proper fix for these situations
4207                  * will require awareness of nodes in the
4208                  * dirty-throttling and the flusher threads.
4209                  */
4210                 if (ac->spread_dirty_pages) {
4211                         if (last_pgdat != zone->zone_pgdat) {
4212                                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
4213                                 last_pgdat_dirty_ok = node_dirty_ok(zone->zone_pgdat);
4214                         }
4215
4216                         if (!last_pgdat_dirty_ok)
4217                                 continue;
4218                 }
4219
4220                 if (no_fallback && nr_online_nodes > 1 &&
4221                     zone != ac->preferred_zoneref->zone) {
4222                         int local_nid;
4223
4224                         /*
4225                          * If moving to a remote node, retry but allow
4226                          * fragmenting fallbacks. Locality is more important
4227                          * than fragmentation avoidance.
4228                          */
4229                         local_nid = zone_to_nid(ac->preferred_zoneref->zone);
4230                         if (zone_to_nid(zone) != local_nid) {
4231                                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
4232                                 goto retry;
4233                         }
4234                 }
4235
4236                 mark = wmark_pages(zone, alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK);
4237                 if (!zone_watermark_fast(zone, order, mark,
4238                                        ac->highest_zoneidx, alloc_flags,
4239                                        gfp_mask)) {
4240                         int ret;
4241
4242 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
4243                         /*
4244                          * Watermark failed for this zone, but see if we can
4245                          * grow this zone if it contains deferred pages.
4246                          */
4247                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
4248                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
4249                                         goto try_this_zone;
4250                         }
4251 #endif
4252                         /* Checked here to keep the fast path fast */
4253                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
4254                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
4255                                 goto try_this_zone;
4256
4257                         if (!node_reclaim_enabled() ||
4258                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zoneref->zone, zone))
4259                                 continue;
4260
4261                         ret = node_reclaim(zone->zone_pgdat, gfp_mask, order);
4262                         switch (ret) {
4263                         case NODE_RECLAIM_NOSCAN:
4264                                 /* did not scan */
4265                                 continue;
4266                         case NODE_RECLAIM_FULL:
4267                                 /* scanned but unreclaimable */
4268                                 continue;
4269                         default:
4270                                 /* did we reclaim enough */
4271                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
4272                                         ac->highest_zoneidx, alloc_flags))
4273                                         goto try_this_zone;
4274
4275                                 continue;
4276                         }
4277                 }
4278
4279 try_this_zone:
4280                 page = rmqueue(ac->preferred_zoneref->zone, zone, order,
4281                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
4282                 if (page) {
4283                         prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
4284
4285                         /*
4286                          * If this is a high-order atomic allocation then check
4287                          * if the pageblock should be reserved for the future
4288                          */
4289                         if (unlikely(order && (alloc_flags & ALLOC_HARDER)))
4290                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone, order);
4291
4292                         return page;
4293                 } else {
4294 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
4295                         /* Try again if zone has deferred pages */
4296                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
4297                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
4298                                         goto try_this_zone;
4299                         }
4300 #endif
4301                 }
4302         }
4303
4304         /*
4305          * It's possible on a UMA machine to get through all zones that are
4306          * fragmented. If avoiding fragmentation, reset and try again.
4307          */
4308         if (no_fallback) {
4309                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
4310                 goto retry;
4311         }
4312
4313         return NULL;
4314 }
4315
4316 static void warn_alloc_show_mem(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
4317 {
4318         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
4319
4320         /*
4321          * This documents exceptions given to allocations in certain
4322          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
4323          * of allowed nodes.
4324          */
4325         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4326                 if (tsk_is_oom_victim(current) ||
4327                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
4328                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
4329         if (!in_task() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
4330                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
4331
4332         __show_mem(filter, nodemask, gfp_zone(gfp_mask));
4333 }
4334
4335 void warn_alloc(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask, const char *fmt, ...)
4336 {
4337         struct va_format vaf;
4338         va_list args;
4339         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs, 10*HZ, 1);
4340
4341         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) ||
4342              !__ratelimit(&nopage_rs) ||
4343              ((gfp_mask & __GFP_DMA) && !has_managed_dma()))
4344                 return;
4345
4346         va_start(args, fmt);
4347         vaf.fmt = fmt;
4348         vaf.va = &args;
4349         pr_warn("%s: %pV, mode:%#x(%pGg), nodemask=%*pbl",
4350                         current->comm, &vaf, gfp_mask, &gfp_mask,
4351                         nodemask_pr_args(nodemask));
4352         va_end(args);
4353
4354         cpuset_print_current_mems_allowed();
4355         pr_cont("\n");
4356         dump_stack();
4357         warn_alloc_show_mem(gfp_mask, nodemask);
4358 }
4359
4360 static inline struct page *
4361 __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4362                               unsigned int alloc_flags,
4363                               const struct alloc_context *ac)
4364 {
4365         struct page *page;
4366
4367         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
4368                         alloc_flags|ALLOC_CPUSET, ac);
4369         /*
4370          * fallback to ignore cpuset restriction if our nodes
4371          * are depleted
4372          */
4373         if (!page)
4374                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
4375                                 alloc_flags, ac);
4376
4377         return page;
4378 }
4379
4380 static inline struct page *
4381 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4382         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
4383 {
4384         struct oom_control oc = {
4385                 .zonelist = ac->zonelist,
4386                 .nodemask = ac->nodemask,
4387                 .memcg = NULL,
4388                 .gfp_mask = gfp_mask,
4389                 .order = order,
4390         };
4391         struct page *page;
4392
4393         *did_some_progress = 0;
4394
4395         /*
4396          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
4397          * making progress for us.
4398          */
4399         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
4400                 *did_some_progress = 1;
4401                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
4402                 return NULL;
4403         }
4404
4405         /*
4406          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
4407          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
4408          * we're still under heavy pressure. But make sure that this reclaim
4409          * attempt shall not depend on __GFP_DIRECT_RECLAIM && !__GFP_NORETRY
4410          * allocation which will never fail due to oom_lock already held.
4411          */
4412         page = get_page_from_freelist((gfp_mask | __GFP_HARDWALL) &
4413                                       ~__GFP_DIRECT_RECLAIM, order,
4414                                       ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
4415         if (page)
4416                 goto out;
4417
4418         /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
4419         if (current->flags & PF_DUMPCORE)
4420                 goto out;
4421         /* The OOM killer will not help higher order allocs */
4422         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4423                 goto out;
4424         /*
4425          * We have already exhausted all our reclaim opportunities without any
4426          * success so it is time to admit defeat. We will skip the OOM killer
4427          * because it is very likely that the caller has a more reasonable
4428          * fallback than shooting a random task.
4429          *
4430          * The OOM killer may not free memory on a specific node.
4431          */
4432         if (gfp_mask & (__GFP_RETRY_MAYFAIL | __GFP_THISNODE))
4433                 goto out;
4434         /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
4435         if (ac->highest_zoneidx < ZONE_NORMAL)
4436                 goto out;
4437         if (pm_suspended_storage())
4438                 goto out;
4439         /*
4440          * XXX: GFP_NOFS allocations should rather fail than rely on
4441          * other request to make a forward progress.
4442          * We are in an unfortunate situation where out_of_memory cannot
4443          * do much for this context but let's try it to at least get
4444          * access to memory reserved if the current task is killed (see
4445          * out_of_memory). Once filesystems are ready to handle allocation
4446          * failures more gracefully we should just bail out here.
4447          */
4448
4449         /* Exhausted what can be done so it's blame time */
4450         if (out_of_memory(&oc) ||
4451             WARN_ON_ONCE_GFP(gfp_mask & __GFP_NOFAIL, gfp_mask)) {
4452                 *did_some_progress = 1;
4453
4454                 /*
4455                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
4456                  * reserves
4457                  */
4458                 if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
4459                         page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order,
4460                                         ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
4461         }
4462 out:
4463         mutex_unlock(&oom_lock);
4464         return page;
4465 }
4466
4467 /*
4468  * Maximum number of compaction retries with a progress before OOM
4469  * killer is consider as the only way to move forward.
4470  */
4471 #define MAX_COMPACT_RETRIES 16
4472
4473 #ifdef CONFIG_COMPACTION
4474 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
4475 static struct page *
4476 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4477                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4478                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
4479 {
4480         struct page *page = NULL;
4481         unsigned long pflags;
4482         unsigned int noreclaim_flag;
4483
4484         if (!order)
4485                 return NULL;
4486
4487         psi_memstall_enter(&pflags);
4488         delayacct_compact_start();
4489         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4490
4491         *compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4492                                                                 prio, &page);
4493
4494         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4495         psi_memstall_leave(&pflags);
4496         delayacct_compact_end();
4497
4498         if (*compact_result == COMPACT_SKIPPED)
4499                 return NULL;
4500         /*
4501          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
4502          * count a compaction stall
4503          */
4504         count_vm_event(COMPACTSTALL);
4505
4506         /* Prep a captured page if available */
4507         if (page)
4508                 prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
4509
4510         /* Try get a page from the freelist if available */
4511         if (!page)
4512                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4513
4514         if (page) {
4515                 struct zone *zone = page_zone(page);
4516
4517                 zone->compact_blockskip_flush = false;
4518                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
4519                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
4520                 return page;
4521         }
4522
4523         /*
4524          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
4525          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
4526          */
4527         count_vm_event(COMPACTFAIL);
4528
4529         cond_resched();
4530
4531         return NULL;
4532 }
4533
4534 static inline bool
4535 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, int order, int alloc_flags,
4536                      enum compact_result compact_result,
4537                      enum compact_priority *compact_priority,
4538                      int *compaction_retries)
4539 {
4540         int max_retries = MAX_COMPACT_RETRIES;
4541         int min_priority;
4542         bool ret = false;
4543         int retries = *compaction_retries;
4544         enum compact_priority priority = *compact_priority;
4545
4546         if (!order)
4547                 return false;
4548
4549         if (fatal_signal_pending(current))
4550                 return false;
4551
4552         if (compaction_made_progress(compact_result))
4553                 (*compaction_retries)++;
4554
4555         /*
4556          * compaction considers all the zone as desperately out of memory
4557          * so it doesn't really make much sense to retry except when the
4558          * failure could be caused by insufficient priority
4559          */
4560         if (compaction_failed(compact_result))
4561                 goto check_priority;
4562
4563         /*
4564          * compaction was skipped because there are not enough order-0 pages
4565          * to work with, so we retry only if it looks like reclaim can help.
4566          */
4567         if (compaction_needs_reclaim(compact_result)) {
4568                 ret = compaction_zonelist_suitable(ac, order, alloc_flags);
4569                 goto out;
4570         }
4571
4572         /*
4573          * make sure the compaction wasn't deferred or didn't bail out early
4574          * due to locks contention before we declare that we should give up.
4575          * But the next retry should use a higher priority if allowed, so
4576          * we don't just keep bailing out endlessly.
4577          */
4578         if (compaction_withdrawn(compact_result)) {
4579                 goto check_priority;
4580         }
4581
4582         /*
4583          * !costly requests are much more important than __GFP_RETRY_MAYFAIL
4584          * costly ones because they are de facto nofail and invoke OOM
4585          * killer to move on while costly can fail and users are ready
4586          * to cope with that. 1/4 retries is rather arbitrary but we
4587          * would need much more detailed feedback from compaction to
4588          * make a better decision.
4589          */
4590         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4591                 max_retries /= 4;
4592         if (*compaction_retries <= max_retries) {
4593                 ret = true;
4594                 goto out;
4595         }
4596
4597         /*
4598          * Make sure there are attempts at the highest priority if we exhausted
4599          * all retries or failed at the lower priorities.
4600          */
4601 check_priority:
4602         min_priority = (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) ?
4603                         MIN_COMPACT_COSTLY_PRIORITY : MIN_COMPACT_PRIORITY;
4604
4605         if (*compact_priority > min_priority) {
4606                 (*compact_priority)--;
4607                 *compaction_retries = 0;
4608                 ret = true;
4609         }
4610 out:
4611         trace_compact_retry(order, priority, compact_result, retries, max_retries, ret);
4612         return ret;
4613 }
4614 #else
4615 static inline struct page *
4616 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4617                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4618                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
4619 {
4620         *compact_result = COMPACT_SKIPPED;
4621         return NULL;
4622 }
4623
4624 static inline bool
4625 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, unsigned int order, int alloc_flags,
4626                      enum compact_result compact_result,
4627                      enum compact_priority *compact_priority,
4628                      int *compaction_retries)
4629 {
4630         struct zone *zone;
4631         struct zoneref *z;
4632
4633         if (!order || order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4634                 return false;
4635
4636         /*
4637          * There are setups with compaction disabled which would prefer to loop
4638          * inside the allocator rather than hit the oom killer prematurely.
4639          * Let's give them a good hope and keep retrying while the order-0
4640          * watermarks are OK.
4641          */
4642         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
4643                                 ac->highest_zoneidx, ac->nodemask) {
4644                 if (zone_watermark_ok(zone, 0, min_wmark_pages(zone),
4645                                         ac->highest_zoneidx, alloc_flags))
4646                         return true;
4647         }
4648         return false;
4649 }
4650 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
4651
4652 #ifdef CONFIG_LOCKDEP
4653 static struct lockdep_map __fs_reclaim_map =
4654         STATIC_LOCKDEP_MAP_INIT("fs_reclaim", &__fs_reclaim_map);
4655
4656 static bool __need_reclaim(gfp_t gfp_mask)
4657 {
4658         /* no reclaim without waiting on it */
4659         if (!(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
4660                 return false;
4661
4662         /* this guy won't enter reclaim */
4663         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4664                 return false;
4665
4666         if (gfp_mask & __GFP_NOLOCKDEP)
4667                 return false;
4668
4669         return true;
4670 }
4671
4672 void __fs_reclaim_acquire(unsigned long ip)
4673 {
4674         lock_acquire_exclusive(&__fs_reclaim_map, 0, 0, NULL, ip);
4675 }
4676
4677 void __fs_reclaim_release(unsigned long ip)
4678 {
4679         lock_release(&__fs_reclaim_map, ip);
4680 }
4681
4682 void fs_reclaim_acquire(gfp_t gfp_mask)
4683 {
4684         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4685
4686         if (__need_reclaim(gfp_mask)) {
4687                 if (gfp_mask & __GFP_FS)
4688                         __fs_reclaim_acquire(_RET_IP_);
4689
4690 #ifdef CONFIG_MMU_NOTIFIER
4691                 lock_map_acquire(&__mmu_notifier_invalidate_range_start_map);
4692                 lock_map_release(&__mmu_notifier_invalidate_range_start_map);
4693 #endif
4694
4695         }
4696 }
4697 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_acquire);
4698
4699 void fs_reclaim_release(gfp_t gfp_mask)
4700 {
4701         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4702
4703         if (__need_reclaim(gfp_mask)) {
4704                 if (gfp_mask & __GFP_FS)
4705                         __fs_reclaim_release(_RET_IP_);
4706         }
4707 }
4708 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_release);
4709 #endif
4710
4711 /*
4712  * Zonelists may change due to hotplug during allocation. Detect when zonelists
4713  * have been rebuilt so allocation retries. Reader side does not lock and
4714  * retries the allocation if zonelist changes. Writer side is protected by the
4715  * embedded spin_lock.
4716  */
4717 static DEFINE_SEQLOCK(zonelist_update_seq);
4718
4719 static unsigned int zonelist_iter_begin(void)
4720 {
4721         if (IS_ENABLED(CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE))
4722                 return read_seqbegin(&zonelist_update_seq);
4723
4724         return 0;
4725 }
4726
4727 static unsigned int check_retry_zonelist(unsigned int seq)
4728 {
4729         if (IS_ENABLED(CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE))
4730                 return read_seqretry(&zonelist_update_seq, seq);
4731
4732         return seq;
4733 }
4734
4735 /* Perform direct synchronous page reclaim */
4736 static unsigned long
4737 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4738                                         const struct alloc_context *ac)
4739 {
4740         unsigned int noreclaim_flag;
4741         unsigned long progress;
4742
4743         cond_resched();
4744
4745         /* We now go into synchronous reclaim */
4746         cpuset_memory_pressure_bump();
4747         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
4748         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4749
4750         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
4751                                                                 ac->nodemask);
4752
4753         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4754         fs_reclaim_release(gfp_mask);
4755
4756         cond_resched();
4757
4758         return progress;
4759 }
4760
4761 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
4762 static inline struct page *
4763 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4764                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4765                 unsigned long *did_some_progress)
4766 {
4767         struct page *page = NULL;
4768         unsigned long pflags;
4769         bool drained = false;
4770
4771         psi_memstall_enter(&pflags);
4772         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
4773         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
4774                 goto out;
4775
4776 retry:
4777         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4778
4779         /*
4780          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
4781          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
4782          * Shrink them and try again
4783          */
4784         if (!page && !drained) {
4785                 unreserve_highatomic_pageblock(ac, false);
4786                 drain_all_pages(NULL);
4787                 drained = true;
4788                 goto retry;
4789         }
4790 out:
4791         psi_memstall_leave(&pflags);
4792
4793         return page;
4794 }
4795
4796 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, gfp_t gfp_mask,
4797                              const struct alloc_context *ac)
4798 {
4799         struct zoneref *z;
4800         struct zone *zone;
4801         pg_data_t *last_pgdat = NULL;
4802         enum zone_type highest_zoneidx = ac->highest_zoneidx;
4803
4804         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, highest_zoneidx,
4805                                         ac->nodemask) {
4806                 if (!managed_zone(zone))
4807                         continue;
4808                 if (last_pgdat != zone->zone_pgdat) {
4809                         wakeup_kswapd(zone, gfp_mask, order, highest_zoneidx);
4810                         last_pgdat = zone->zone_pgdat;
4811                 }
4812         }
4813 }
4814
4815 static inline unsigned int
4816 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4817 {
4818         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
4819
4820         /*
4821          * __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH
4822          * and __GFP_KSWAPD_RECLAIM is assumed to be the same as ALLOC_KSWAPD
4823          * to save two branches.
4824          */
4825         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
4826         BUILD_BUG_ON(__GFP_KSWAPD_RECLAIM != (__force gfp_t) ALLOC_KSWAPD);
4827
4828         /*
4829          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
4830          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
4831          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
4832          * set both ALLOC_HARDER (__GFP_ATOMIC) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
4833          */
4834         alloc_flags |= (__force int)
4835                 (gfp_mask & (__GFP_HIGH | __GFP_KSWAPD_RECLAIM));
4836
4837         if (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) {
4838                 /*
4839                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
4840                  * if it can't schedule.
4841                  */
4842                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4843                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
4844                 /*
4845                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
4846                  * comment for __cpuset_node_allowed().
4847                  */
4848                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
4849         } else if (unlikely(rt_task(current)) && in_task())
4850                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
4851
4852         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, alloc_flags);
4853
4854         return alloc_flags;
4855 }
4856
4857 static bool oom_reserves_allowed(struct task_struct *tsk)
4858 {
4859         if (!tsk_is_oom_victim(tsk))
4860                 return false;
4861
4862         /*
4863          * !MMU doesn't have oom reaper so give access to memory reserves
4864          * only to the thread with TIF_MEMDIE set
4865          */
4866         if (!IS_ENABLED(CONFIG_MMU) && !test_thread_flag(TIF_MEMDIE))
4867                 return false;
4868
4869         return true;
4870 }
4871
4872 /*
4873  * Distinguish requests which really need access to full memory
4874  * reserves from oom victims which can live with a portion of it
4875  */
4876 static inline int __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4877 {
4878         if (unlikely(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4879                 return 0;
4880         if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
4881                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4882         if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
4883                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4884         if (!in_interrupt()) {
4885                 if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4886                         return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4887                 else if (oom_reserves_allowed(current))
4888                         return ALLOC_OOM;
4889         }
4890
4891         return 0;
4892 }
4893
4894 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
4895 {
4896         return !!__gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4897 }
4898
4899 /*
4900  * Checks whether it makes sense to retry the reclaim to make a forward progress
4901  * for the given allocation request.
4902  *
4903  * We give up when we either have tried MAX_RECLAIM_RETRIES in a row
4904  * without success, or when we couldn't even meet the watermark if we
4905  * reclaimed all remaining pages on the LRU lists.
4906  *
4907  * Returns true if a retry is viable or false to enter the oom path.
4908  */
4909 static inline bool
4910 should_reclaim_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned order,
4911                      struct alloc_context *ac, int alloc_flags,
4912                      bool did_some_progress, int *no_progress_loops)
4913 {
4914         struct zone *zone;
4915         struct zoneref *z;
4916         bool ret = false;
4917
4918         /*
4919          * Costly allocations might have made a progress but this doesn't mean
4920          * their order will become available due to high fragmentation so
4921          * always increment the no progress counter for them
4922          */
4923         if (did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4924                 *no_progress_loops = 0;
4925         else
4926                 (*no_progress_loops)++;
4927
4928         /*
4929          * Make sure we converge to OOM if we cannot make any progress
4930          * several times in the row.
4931          */
4932         if (*no_progress_loops > MAX_RECLAIM_RETRIES) {
4933                 /* Before OOM, exhaust highatomic_reserve */
4934                 return unreserve_highatomic_pageblock(ac, true);
4935         }
4936
4937         /*
4938          * Keep reclaiming pages while there is a chance this will lead
4939          * somewhere.  If none of the target zones can satisfy our allocation
4940          * request even if all reclaimable pages are considered then we are
4941          * screwed and have to go OOM.
4942          */
4943         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
4944                                 ac->highest_zoneidx, ac->nodemask) {
4945                 unsigned long available;
4946                 unsigned long reclaimable;
4947                 unsigned long min_wmark = min_wmark_pages(zone);
4948                 bool wmark;
4949
4950                 available = reclaimable = zone_reclaimable_pages(zone);
4951                 available += zone_page_state_snapshot(zone, NR_FREE_PAGES);
4952
4953                 /*
4954                  * Would the allocation succeed if we reclaimed all
4955                  * reclaimable pages?
4956                  */
4957                 wmark = __zone_watermark_ok(zone, order, min_wmark,
4958                                 ac->highest_zoneidx, alloc_flags, available);
4959                 trace_reclaim_retry_zone(z, order, reclaimable,
4960                                 available, min_wmark, *no_progress_loops, wmark);
4961                 if (wmark) {
4962                         ret = true;
4963                         break;
4964                 }
4965         }
4966
4967         /*
4968          * Memory allocation/reclaim might be called from a WQ context and the
4969          * current implementation of the WQ concurrency control doesn't
4970          * recognize that a particular WQ is congested if the worker thread is
4971          * looping without ever sleeping. Therefore we have to do a short sleep
4972          * here rather than calling cond_resched().
4973          */
4974         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
4975                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
4976         else
4977                 cond_resched();
4978         return ret;
4979 }
4980
4981 static inline bool
4982 check_retry_cpuset(int cpuset_mems_cookie, struct alloc_context *ac)
4983 {
4984         /*
4985          * It's possible that cpuset's mems_allowed and the nodemask from
4986          * mempolicy don't intersect. This should be normally dealt with by
4987          * policy_nodemask(), but it's possible to race with cpuset update in
4988          * such a way the check therein was true, and then it became false
4989          * before we got our cpuset_mems_cookie here.
4990          * This assumes that for all allocations, ac->nodemask can come only
4991          * from MPOL_BIND mempolicy (whose documented semantics is to be ignored
4992          * when it does not intersect with the cpuset restrictions) or the
4993          * caller can deal with a violated nodemask.
4994          */
4995         if (cpusets_enabled() && ac->nodemask &&
4996                         !cpuset_nodemask_valid_mems_allowed(ac->nodemask)) {
4997                 ac->nodemask = NULL;
4998                 return true;
4999         }
5000
5001         /*
5002          * When updating a task's mems_allowed or mempolicy nodemask, it is
5003          * possible to race with parallel threads in such a way that our
5004          * allocation can fail while the mask is being updated. If we are about
5005          * to fail, check if the cpuset changed during allocation and if so,
5006          * retry.
5007          */
5008         if (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))
5009                 return true;
5010
5011         return false;
5012 }
5013
5014 static inline struct page *
5015 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
5016                                                 struct alloc_context *ac)
5017 {
5018         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
5019         const bool costly_order = order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER;
5020         struct page *page = NULL;
5021         unsigned int alloc_flags;
5022         unsigned long did_some_progress;
5023         enum compact_priority compact_priority;
5024         enum compact_result compact_result;
5025         int compaction_retries;
5026         int no_progress_loops;
5027         unsigned int cpuset_mems_cookie;
5028         unsigned int zonelist_iter_cookie;
5029         int reserve_flags;
5030
5031         /*
5032          * We also sanity check to catch abuse of atomic reserves being used by
5033          * callers that are not in atomic context.
5034          */
5035         if (WARN_ON_ONCE((gfp_mask & (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)) ==
5036                                 (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)))
5037                 gfp_mask &= ~__GFP_ATOMIC;
5038
5039 restart:
5040         compaction_retries = 0;
5041         no_progress_loops = 0;
5042         compact_priority = DEF_COMPACT_PRIORITY;
5043         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
5044         zonelist_iter_cookie = zonelist_iter_begin();
5045
5046         /*
5047          * The fast path uses conservative alloc_flags to succeed only until
5048          * kswapd needs to be woken up, and to avoid the cost of setting up
5049          * alloc_flags precisely. So we do that now.
5050          */
5051         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
5052
5053         /*
5054          * We need to recalculate the starting point for the zonelist iterator
5055          * because we might have used different nodemask in the fast path, or
5056          * there was a cpuset modification and we are retrying - otherwise we
5057          * could end up iterating over non-eligible zones endlessly.
5058          */
5059         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
5060                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
5061         if (!ac->preferred_zoneref->zone)
5062                 goto nopage;
5063
5064         /*
5065          * Check for insane configurations where the cpuset doesn't contain
5066          * any suitable zone to satisfy the request - e.g. non-movable
5067          * GFP_HIGHUSER allocations from MOVABLE nodes only.
5068          */
5069         if (cpusets_insane_config() && (gfp_mask & __GFP_HARDWALL)) {
5070                 struct zoneref *z = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
5071                                         ac->highest_zoneidx,
5072                                         &cpuset_current_mems_allowed);
5073                 if (!z->zone)
5074                         goto nopage;
5075         }
5076
5077         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
5078                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
5079
5080         /*
5081          * The adjusted alloc_flags might result in immediate success, so try
5082          * that first
5083          */
5084         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
5085         if (page)
5086                 goto got_pg;
5087
5088         /*
5089          * For costly allocations, try direct compaction first, as it's likely
5090          * that we have enough base pages and don't need to reclaim. For non-
5091          * movable high-order allocations, do that as well, as compaction will
5092          * try prevent permanent fragmentation by migrating from blocks of the
5093          * same migratetype.
5094          * Don't try this for allocations that are allowed to ignore
5095          * watermarks, as the ALLOC_NO_WATERMARKS attempt didn't yet happen.
5096          */
5097         if (can_direct_reclaim &&
5098                         (costly_order ||
5099                            (order > 0 && ac->migratetype != MIGRATE_MOVABLE))
5100                         && !gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_mask)) {
5101                 page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order,
5102                                                 alloc_flags, ac,
5103                                                 INIT_COMPACT_PRIORITY,
5104                                                 &compact_result);
5105                 if (page)
5106                         goto got_pg;
5107
5108                 /*
5109                  * Checks for costly allocations with __GFP_NORETRY, which
5110                  * includes some THP page fault allocations
5111                  */
5112                 if (costly_order && (gfp_mask & __GFP_NORETRY)) {
5113                         /*
5114                          * If allocating entire pageblock(s) and compaction
5115                          * failed because all zones are below low watermarks
5116                          * or is prohibited because it recently failed at this
5117                          * order, fail immediately unless the allocator has
5118                          * requested compaction and reclaim retry.
5119                          *
5120                          * Reclaim is
5121                          *  - potentially very expensive because zones are far
5122                          *    below their low watermarks or this is part of very
5123                          *    bursty high order allocations,
5124                          *  - not guaranteed to help because isolate_freepages()
5125                          *    may not iterate over freed pages as part of its
5126                          *    linear scan, and
5127                          *  - unlikely to make entire pageblocks free on its
5128                          *    own.
5129                          */
5130                         if (compact_result == COMPACT_SKIPPED ||
5131                             compact_result == COMPACT_DEFERRED)
5132                                 goto nopage;
5133
5134                         /*
5135                          * Looks like reclaim/compaction is worth trying, but
5136                          * sync compaction could be very expensive, so keep
5137                          * using async compaction.
5138                          */
5139                         compact_priority = INIT_COMPACT_PRIORITY;
5140                 }
5141         }
5142
5143 retry:
5144         /* Ensure kswapd doesn't accidentally go to sleep as long as we loop */
5145         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
5146                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
5147
5148         reserve_flags = __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
5149         if (reserve_flags)
5150                 alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, reserve_flags) |
5151                                           (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD);
5152
5153         /*
5154          * Reset the nodemask and zonelist iterators if memory policies can be
5155          * ignored. These allocations are high priority and system rather than
5156          * user oriented.
5157          */
5158         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) || reserve_flags) {
5159                 ac->nodemask = NULL;
5160                 ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
5161                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
5162         }
5163
5164         /* Attempt with potentially adjusted zonelist and alloc_flags */
5165         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
5166         if (page)
5167                 goto got_pg;
5168
5169         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
5170         if (!can_direct_reclaim)
5171                 goto nopage;
5172
5173         /* Avoid recursion of direct reclaim */
5174         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
5175                 goto nopage;
5176
5177         /* Try direct reclaim and then allocating */
5178         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
5179                                                         &did_some_progress);
5180         if (page)
5181                 goto got_pg;
5182
5183         /* Try direct compaction and then allocating */
5184         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
5185                                         compact_priority, &compact_result);
5186         if (page)
5187                 goto got_pg;
5188
5189         /* Do not loop if specifically requested */
5190         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
5191                 goto nopage;
5192
5193         /*
5194          * Do not retry costly high order allocations unless they are
5195          * __GFP_RETRY_MAYFAIL
5196          */
5197         if (costly_order && !(gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL))
5198                 goto nopage;
5199
5200         if (should_reclaim_retry(gfp_mask, order, ac, alloc_flags,
5201                                  did_some_progress > 0, &no_progress_loops))
5202                 goto retry;
5203
5204         /*
5205          * It doesn't make any sense to retry for the compaction if the order-0
5206          * reclaim is not able to make any progress because the current
5207          * implementation of the compaction depends on the sufficient amount
5208          * of free memory (see __compaction_suitable)
5209          */
5210         if (did_some_progress > 0 &&
5211                         should_compact_retry(ac, order, alloc_flags,
5212                                 compact_result, &compact_priority,
5213                                 &compaction_retries))
5214                 goto retry;
5215
5216
5217         /*
5218          * Deal with possible cpuset update races or zonelist updates to avoid
5219          * a unnecessary OOM kill.
5220          */
5221         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac) ||
5222             check_retry_zonelist(zonelist_iter_cookie))
5223                 goto restart;
5224
5225         /* Reclaim has failed us, start killing things */
5226         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
5227         if (page)
5228                 goto got_pg;
5229
5230         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
5231         if (tsk_is_oom_victim(current) &&
5232             (alloc_flags & ALLOC_OOM ||
5233              (gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC)))
5234                 goto nopage;
5235
5236         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
5237         if (did_some_progress) {
5238                 no_progress_loops = 0;
5239                 goto retry;
5240         }
5241
5242 nopage:
5243         /*
5244          * Deal with possible cpuset update races or zonelist updates to avoid
5245          * a unnecessary OOM kill.
5246          */
5247         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac) ||
5248             check_retry_zonelist(zonelist_iter_cookie))
5249                 goto restart;
5250
5251         /*
5252          * Make sure that __GFP_NOFAIL request doesn't leak out and make sure
5253          * we always retry
5254          */
5255         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL) {
5256                 /*
5257                  * All existing users of the __GFP_NOFAIL are blockable, so warn
5258                  * of any new users that actually require GFP_NOWAIT
5259                  */
5260                 if (WARN_ON_ONCE_GFP(!can_direct_reclaim, gfp_mask))
5261                         goto fail;
5262
5263                 /*
5264                  * PF_MEMALLOC request from this context is rather bizarre
5265                  * because we cannot reclaim anything and only can loop waiting
5266                  * for somebody to do a work for us
5267                  */
5268                 WARN_ON_ONCE_GFP(current->flags & PF_MEMALLOC, gfp_mask);
5269
5270                 /*
5271                  * non failing costly orders are a hard requirement which we
5272                  * are not prepared for much so let's warn about these users
5273                  * so that we can identify them and convert them to something
5274                  * else.
5275                  */
5276                 WARN_ON_ONCE_GFP(costly_order, gfp_mask);
5277
5278                 /*
5279                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
5280                  * reserves but do not use ALLOC_NO_WATERMARKS because this
5281                  * could deplete whole memory reserves which would just make
5282                  * the situation worse
5283                  */
5284                 page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order, ALLOC_HARDER, ac);
5285                 if (page)
5286                         goto got_pg;
5287
5288                 cond_resched();
5289                 goto retry;
5290         }
5291 fail:
5292         warn_alloc(gfp_mask, ac->nodemask,
5293                         "page allocation failure: order:%u", order);
5294 got_pg:
5295         return page;
5296 }
5297
5298 static inline bool prepare_alloc_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
5299                 int preferred_nid, nodemask_t *nodemask,
5300                 struct alloc_context *ac, gfp_t *alloc_gfp,
5301                 unsigned int *alloc_flags)
5302 {
5303         ac->highest_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
5304         ac->zonelist = node_zonelist(preferred_nid, gfp_mask);
5305         ac->nodemask = nodemask;
5306         ac->migratetype = gfp_migratetype(gfp_mask);
5307
5308         if (cpusets_enabled()) {
5309                 *alloc_gfp |= __GFP_HARDWALL;
5310                 /*
5311                  * When we are in the interrupt context, it is irrelevant
5312                  * to the current task context. It means that any node ok.
5313                  */
5314                 if (in_task() && !ac->nodemask)
5315                         ac->nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
5316                 else
5317                         *alloc_flags |= ALLOC_CPUSET;
5318         }
5319
5320         might_alloc(gfp_mask);
5321
5322         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
5323                 return false;
5324
5325         *alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, *alloc_flags);
5326
5327         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
5328         ac->spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
5329
5330         /*
5331          * The preferred zone is used for statistics but crucially it is
5332          * also used as the starting point for the zonelist iterator. It
5333          * may get reset for allocations that ignore memory policies.
5334          */
5335         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
5336                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
5337
5338         return true;
5339 }
5340
5341 /*
5342  * __alloc_pages_bulk - Allocate a number of order-0 pages to a list or array
5343  * @gfp: GFP flags for the allocation
5344  * @preferred_nid: The preferred NUMA node ID to allocate from
5345  * @nodemask: Set of nodes to allocate from, may be NULL
5346  * @nr_pages: The number of pages desired on the list or array
5347  * @page_list: Optional list to store the allocated pages
5348  * @page_array: Optional array to store the pages
5349  *
5350  * This is a batched version of the page allocator that attempts to
5351  * allocate nr_pages quickly. Pages are added to page_list if page_list
5352  * is not NULL, otherwise it is assumed that the page_array is valid.
5353  *
5354  * For lists, nr_pages is the number of pages that should be allocated.
5355  *
5356  * For arrays, only NULL elements are populated with pages and nr_pages
5357  * is the maximum number of pages that will be stored in the array.
5358  *
5359  * Returns the number of pages on the list or array.
5360  */
5361 unsigned long __alloc_pages_bulk(gfp_t gfp, int preferred_nid,
5362                         nodemask_t *nodemask, int nr_pages,
5363                         struct list_head *page_list,
5364                         struct page **page_array)
5365 {
5366         struct page *page;
5367         unsigned long __maybe_unused UP_flags;
5368         struct zone *zone;
5369         struct zoneref *z;
5370         struct per_cpu_pages *pcp;
5371         struct list_head *pcp_list;
5372         struct alloc_context ac;
5373         gfp_t alloc_gfp;
5374         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
5375         int nr_populated = 0, nr_account = 0;
5376
5377         /*
5378          * Skip populated array elements to determine if any pages need
5379          * to be allocated before disabling IRQs.
5380          */
5381         while (page_array && nr_populated < nr_pages && page_array[nr_populated])
5382                 nr_populated++;
5383
5384         /* No pages requested? */
5385         if (unlikely(nr_pages <= 0))
5386                 goto out;
5387
5388         /* Already populated array? */
5389         if (unlikely(page_array && nr_pages - nr_populated == 0))
5390                 goto out;
5391
5392         /* Bulk allocator does not support memcg accounting. */
5393         if (memcg_kmem_enabled() && (gfp & __GFP_ACCOUNT))
5394                 goto failed;
5395
5396         /* Use the single page allocator for one page. */
5397         if (nr_pages - nr_populated == 1)
5398                 goto failed;
5399
5400 #ifdef CONFIG_PAGE_OWNER
5401         /*
5402          * PAGE_OWNER may recurse into the allocator to allocate space to
5403          * save the stack with pagesets.lock held. Releasing/reacquiring
5404          * removes much of the performance benefit of bulk allocation so
5405          * force the caller to allocate one page at a time as it'll have
5406          * similar performance to added complexity to the bulk allocator.
5407          */
5408         if (static_branch_unlikely(&page_owner_inited))
5409                 goto failed;
5410 #endif
5411
5412         /* May set ALLOC_NOFRAGMENT, fragmentation will return 1 page. */
5413         gfp &= gfp_allowed_mask;
5414         alloc_gfp = gfp;
5415         if (!prepare_alloc_pages(gfp, 0, preferred_nid, nodemask, &ac, &alloc_gfp, &alloc_flags))
5416                 goto out;
5417         gfp = alloc_gfp;
5418
5419         /* Find an allowed local zone that meets the low watermark. */
5420         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac.zonelist, ac.highest_zoneidx, ac.nodemask) {
5421                 unsigned long mark;
5422
5423                 if (cpusets_enabled() && (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
5424                     !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp)) {
5425                         continue;
5426                 }
5427
5428                 if (nr_online_nodes > 1 && zone != ac.preferred_zoneref->zone &&
5429                     zone_to_nid(zone) != zone_to_nid(ac.preferred_zoneref->zone)) {
5430                         goto failed;
5431                 }
5432
5433                 mark = wmark_pages(zone, alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK) + nr_pages;
5434                 if (zone_watermark_fast(zone, 0,  mark,
5435                                 zonelist_zone_idx(ac.preferred_zoneref),
5436                                 alloc_flags, gfp)) {
5437                         break;
5438                 }
5439         }
5440
5441         /*
5442          * If there are no allowed local zones that meets the watermarks then
5443          * try to allocate a single page and reclaim if necessary.
5444          */
5445         if (unlikely(!zone))
5446                 goto failed;
5447
5448         /* spin_trylock may fail due to a parallel drain or IRQ reentrancy. */
5449         pcp_trylock_prepare(UP_flags);
5450         pcp = pcp_spin_trylock(zone->per_cpu_pageset);
5451         if (!pcp)
5452                 goto failed_irq;
5453
5454         /* Attempt the batch allocation */
5455         pcp_list = &pcp->lists[order_to_pindex(ac.migratetype, 0)];
5456         while (nr_populated < nr_pages) {
5457
5458                 /* Skip existing pages */
5459                 if (page_array && page_array[nr_populated]) {
5460                         nr_populated++;
5461                         continue;
5462                 }
5463
5464                 page = __rmqueue_pcplist(zone, 0, ac.migratetype, alloc_flags,
5465                                                                 pcp, pcp_list);
5466                 if (unlikely(!page)) {
5467                         /* Try and allocate at least one page */
5468                         if (!nr_account) {
5469                                 pcp_spin_unlock(pcp);
5470                                 goto failed_irq;
5471                         }
5472                         break;
5473                 }
5474                 nr_account++;
5475
5476                 prep_new_page(page, 0, gfp, 0);
5477                 if (page_list)
5478                         list_add(&page->lru, page_list);
5479                 else
5480                         page_array[nr_populated] = page;
5481                 nr_populated++;
5482         }
5483
5484         pcp_spin_unlock(pcp);
5485         pcp_trylock_finish(UP_flags);
5486
5487         __count_zid_vm_events(PGALLOC, zone_idx(zone), nr_account);
5488         zone_statistics(ac.preferred_zoneref->zone, zone, nr_account);
5489
5490 out:
5491         return nr_populated;
5492
5493 failed_irq:
5494         pcp_trylock_finish(UP_flags);
5495
5496 failed:
5497         page = __alloc_pages(gfp, 0, preferred_nid, nodemask);
5498         if (page) {
5499                 if (page_list)
5500                         list_add(&page->lru, page_list);
5501                 else
5502                         page_array[nr_populated] = page;
5503                 nr_populated++;
5504         }
5505
5506         goto out;
5507 }
5508 EXPORT_SYMBOL_GPL(__alloc_pages_bulk);
5509
5510 /*
5511  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
5512  */
5513 struct page *__alloc_pages(gfp_t gfp, unsigned int order, int preferred_nid,
5514                                                         nodemask_t *nodemask)
5515 {
5516         struct page *page;
5517         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
5518         gfp_t alloc_gfp; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
5519         struct alloc_context ac = { };
5520
5521         /*
5522          * There are several places where we assume that the order value is sane
5523          * so bail out early if the request is out of bound.
5524          */
5525         if (WARN_ON_ONCE_GFP(order >= MAX_ORDER, gfp))
5526                 return NULL;
5527
5528         gfp &= gfp_allowed_mask;
5529         /*
5530          * Apply scoped allocation constraints. This is mainly about GFP_NOFS
5531          * resp. GFP_NOIO which has to be inherited for all allocation requests
5532          * from a particular context which has been marked by
5533          * memalloc_no{fs,io}_{save,restore}. And PF_MEMALLOC_PIN which ensures
5534          * movable zones are not used during allocation.
5535          */
5536         gfp = current_gfp_context(gfp);
5537         alloc_gfp = gfp;
5538         if (!prepare_alloc_pages(gfp, order, preferred_nid, nodemask, &ac,
5539                         &alloc_gfp, &alloc_flags))
5540                 return NULL;
5541
5542         /*
5543          * Forbid the first pass from falling back to types that fragment
5544          * memory until all local zones are considered.
5545          */
5546         alloc_flags |= alloc_flags_nofragment(ac.preferred_zoneref->zone, gfp);
5547
5548         /* First allocation attempt */
5549         page = get_page_from_freelist(alloc_gfp, order, alloc_flags, &ac);
5550         if (likely(page))
5551                 goto out;
5552
5553         alloc_gfp = gfp;
5554         ac.spread_dirty_pages = false;
5555
5556         /*
5557          * Restore the original nodemask if it was potentially replaced with
5558          * &cpuset_current_mems_allowed to optimize the fast-path attempt.
5559          */
5560         ac.nodemask = nodemask;
5561
5562         page = __alloc_pages_slowpath(alloc_gfp, order, &ac);
5563
5564 out:
5565         if (memcg_kmem_enabled() && (gfp & __GFP_ACCOUNT) && page &&
5566             unlikely(__memcg_kmem_charge_page(page, gfp, order) != 0)) {
5567                 __free_pages(page, order);
5568                 page = NULL;
5569         }
5570
5571         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_gfp, ac.migratetype);
5572         kmsan_alloc_page(page, order, alloc_gfp);
5573
5574         return page;
5575 }
5576 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages);
5577
5578 struct folio *__folio_alloc(gfp_t gfp, unsigned int order, int preferred_nid,
5579                 nodemask_t *nodemask)
5580 {
5581         struct page *page = __alloc_pages(gfp | __GFP_COMP, order,
5582                         preferred_nid, nodemask);
5583
5584         if (page && order > 1)
5585                 prep_transhuge_page(page);
5586         return (struct folio *)page;
5587 }
5588 EXPORT_SYMBOL(__folio_alloc);
5589
5590 /*
5591  * Common helper functions. Never use with __GFP_HIGHMEM because the returned
5592  * address cannot represent highmem pages. Use alloc_pages and then kmap if
5593  * you need to access high mem.
5594  */
5595 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
5596 {
5597         struct page *page;
5598
5599         page = alloc_pages(gfp_mask & ~__GFP_HIGHMEM, order);
5600         if (!page)
5601                 return 0;
5602         return (unsigned long) page_address(page);
5603 }
5604 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
5605
5606 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
5607 {
5608         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
5609 }
5610 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
5611
5612 /**
5613  * __free_pages - Free pages allocated with alloc_pages().
5614  * @page: The page pointer returned from alloc_pages().
5615  * @order: The order of the allocation.
5616  *
5617  * This function can free multi-page allocations that are not compound
5618  * pages.  It does not check that the @order passed in matches that of
5619  * the allocation, so it is easy to leak memory.  Freeing more memory
5620  * than was allocated will probably emit a warning.
5621  *
5622  * If the last reference to this page is speculative, it will be released
5623  * by put_page() which only frees the first page of a non-compound
5624  * allocation.  To prevent the remaining pages from being leaked, we free
5625  * the subsequent pages here.  If you want to use the page's reference
5626  * count to decide when to free the allocation, you should allocate a
5627  * compound page, and use put_page() instead of __free_pages().
5628  *
5629  * Context: May be called in interrupt context or while holding a normal
5630  * spinlock, but not in NMI context or while holding a raw spinlock.
5631  */
5632 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
5633 {
5634         if (put_page_testzero(page))
5635                 free_the_page(page, order);
5636         else if (!PageHead(page))
5637                 while (order-- > 0)
5638                         free_the_page(page + (1 << order), order);
5639 }
5640 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
5641
5642 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
5643 {
5644         if (addr != 0) {
5645                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
5646                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
5647         }
5648 }
5649
5650 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
5651
5652 /*
5653  * Page Fragment:
5654  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
5655  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
5656  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
5657  *
5658  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
5659  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
5660  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
5661  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
5662  */
5663 static struct page *__page_frag_cache_refill(struct page_frag_cache *nc,
5664                                              gfp_t gfp_mask)
5665 {
5666         struct page *page = NULL;
5667         gfp_t gfp = gfp_mask;
5668
5669 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
5670         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
5671                     __GFP_NOMEMALLOC;
5672         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
5673                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
5674         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
5675 #endif
5676         if (unlikely(!page))
5677                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
5678
5679         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
5680
5681         return page;
5682 }
5683
5684 void __page_frag_cache_drain(struct page *page, unsigned int count)
5685 {
5686         VM_BUG_ON_PAGE(page_ref_count(page) == 0, page);
5687
5688         if (page_ref_sub_and_test(page, count))
5689                 free_the_page(page, compound_order(page));
5690 }
5691 EXPORT_SYMBOL(__page_frag_cache_drain);
5692
5693 void *page_frag_alloc_align(struct page_frag_cache *nc,
5694                       unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask,
5695                       unsigned int align_mask)
5696 {
5697         unsigned int size = PAGE_SIZE;
5698         struct page *page;
5699         int offset;
5700
5701         if (unlikely(!nc->va)) {
5702 refill:
5703                 page = __page_frag_cache_refill(nc, gfp_mask);
5704                 if (!page)
5705                         return NULL;
5706
5707 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
5708                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
5709                 size = nc->size;
5710 #endif
5711                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
5712                  * This would break get_page_unless_zero() users.
5713                  */
5714                 page_ref_add(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE);
5715
5716                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
5717                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
5718                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
5719                 nc->offset = size;
5720         }
5721
5722         offset = nc->offset - fragsz;
5723         if (unlikely(offset < 0)) {
5724                 page = virt_to_page(nc->va);
5725
5726                 if (!page_ref_sub_and_test(page, nc->pagecnt_bias))
5727                         goto refill;
5728
5729                 if (unlikely(nc->pfmemalloc)) {
5730                         free_the_page(page, compound_order(page));
5731                         goto refill;
5732                 }
5733
5734 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
5735                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
5736                 size = nc->size;
5737 #endif
5738                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
5739                 set_page_count(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1);
5740
5741                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
5742                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
5743                 offset = size - fragsz;
5744                 if (unlikely(offset < 0)) {
5745                         /*
5746                          * The caller is trying to allocate a fragment
5747                          * with fragsz > PAGE_SIZE but the cache isn't big
5748                          * enough to satisfy the request, this may
5749                          * happen in low memory conditions.
5750                          * We don't release the cache page because
5751                          * it could make memory pressure worse
5752                          * so we simply return NULL here.
5753                          */
5754                         return NULL;
5755                 }
5756         }
5757
5758         nc->pagecnt_bias--;
5759         offset &= align_mask;
5760         nc->offset = offset;
5761
5762         return nc->va + offset;
5763 }
5764 EXPORT_SYMBOL(page_frag_alloc_align);
5765
5766 /*
5767  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
5768  */
5769 void page_frag_free(void *addr)
5770 {
5771         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
5772
5773         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
5774                 free_the_page(page, compound_order(page));
5775 }
5776 EXPORT_SYMBOL(page_frag_free);
5777
5778 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
5779                 size_t size)
5780 {
5781         if (addr) {
5782                 unsigned long nr = DIV_ROUND_UP(size, PAGE_SIZE);
5783                 struct page *page = virt_to_page((void *)addr);
5784                 struct page *last = page + nr;
5785
5786                 split_page_owner(page, 1 << order);
5787                 split_page_memcg(page, 1 << order);
5788                 while (page < --last)
5789                         set_page_refcounted(last);
5790
5791                 last = page + (1UL << order);
5792                 for (page += nr; page < last; page++)
5793                         __free_pages_ok(page, 0, FPI_TO_TAIL);
5794         }
5795         return (void *)addr;
5796 }
5797
5798 /**
5799  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
5800  * @size: the number of bytes to allocate
5801  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
5802  *
5803  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
5804  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
5805  * allocate memory in power-of-two pages.
5806  *
5807  * This function is also limited by MAX_ORDER.
5808  *
5809  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
5810  *
5811  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
5812  */
5813 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
5814 {
5815         unsigned int order = get_order(size);
5816         unsigned long addr;
5817
5818         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & (__GFP_COMP | __GFP_HIGHMEM)))
5819                 gfp_mask &= ~(__GFP_COMP | __GFP_HIGHMEM);
5820
5821         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
5822         return make_alloc_exact(addr, order, size);
5823 }
5824 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
5825
5826 /**
5827  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
5828  *                         pages on a node.
5829  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
5830  * @size: the number of bytes to allocate
5831  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
5832  *
5833  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
5834  * back.
5835  *
5836  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
5837  */
5838 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
5839 {
5840         unsigned int order = get_order(size);
5841         struct page *p;
5842
5843         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & (__GFP_COMP | __GFP_HIGHMEM)))
5844                 gfp_mask &= ~(__GFP_COMP | __GFP_HIGHMEM);
5845
5846         p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
5847         if (!p)
5848                 return NULL;
5849         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
5850 }
5851
5852 /**
5853  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
5854  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
5855  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
5856  *
5857  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
5858  */
5859 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
5860 {
5861         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
5862         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
5863
5864         while (addr < end) {
5865                 free_page(addr);
5866                 addr += PAGE_SIZE;
5867         }
5868 }
5869 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
5870
5871 /**
5872  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
5873  * @offset: The zone index of the highest zone
5874  *
5875  * nr_free_zone_pages() counts the number of pages which are beyond the
5876  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
5877  * zone, the number of pages is calculated as:
5878  *
5879  *     nr_free_zone_pages = managed_pages - high_pages
5880  *
5881  * Return: number of pages beyond high watermark.
5882  */
5883 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
5884 {
5885         struct zoneref *z;
5886         struct zone *zone;
5887
5888         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
5889         unsigned long sum = 0;
5890
5891         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
5892
5893         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
5894                 unsigned long size = zone_managed_pages(zone);
5895                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
5896                 if (size > high)
5897                         sum += size - high;
5898         }
5899
5900         return sum;
5901 }
5902
5903 /**
5904  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
5905  *
5906  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
5907  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
5908  *
5909  * Return: number of pages beyond high watermark within ZONE_DMA and
5910  * ZONE_NORMAL.
5911  */
5912 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
5913 {
5914         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
5915 }
5916 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
5917
5918 static inline void show_node(struct zone *zone)
5919 {
5920         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
5921                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
5922 }
5923
5924 long si_mem_available(void)
5925 {
5926         long available;
5927         unsigned long pagecache;
5928         unsigned long wmark_low = 0;
5929         unsigned long pages[NR_LRU_LISTS];
5930         unsigned long reclaimable;
5931         struct zone *zone;
5932         int lru;
5933
5934         for (lru = LRU_BASE; lru < NR_LRU_LISTS; lru++)
5935                 pages[lru] = global_node_page_state(NR_LRU_BASE + lru);
5936
5937         for_each_zone(zone)
5938                 wmark_low += low_wmark_pages(zone);
5939
5940         /*
5941          * Estimate the amount of memory available for userspace allocations,
5942          * without causing swapping or OOM.
5943          */
5944         available = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES) - totalreserve_pages;
5945
5946         /*
5947          * Not all the page cache can be freed, otherwise the system will
5948          * start swapping or thrashing. Assume at least half of the page
5949          * cache, or the low watermark worth of cache, needs to stay.
5950          */
5951         pagecache = pages[LRU_ACTIVE_FILE] + pages[LRU_INACTIVE_FILE];
5952         pagecache -= min(pagecache / 2, wmark_low);
5953         available += pagecache;
5954
5955         /*
5956          * Part of the reclaimable slab and other kernel memory consists of
5957          * items that are in use, and cannot be freed. Cap this estimate at the
5958          * low watermark.
5959          */
5960         reclaimable = global_node_page_state_pages(NR_SLAB_RECLAIMABLE_B) +
5961                 global_node_page_state(NR_KERNEL_MISC_RECLAIMABLE);
5962         available += reclaimable - min(reclaimable / 2, wmark_low);
5963
5964         if (available < 0)
5965                 available = 0;
5966         return available;
5967 }
5968 EXPORT_SYMBOL_GPL(si_mem_available);
5969
5970 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
5971 {
5972         val->totalram = totalram_pages();
5973         val->sharedram = global_node_page_state(NR_SHMEM);
5974         val->freeram = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES);
5975         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
5976         val->totalhigh = totalhigh_pages();
5977         val->freehigh = nr_free_highpages();
5978         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
5979 }
5980
5981 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
5982
5983 #ifdef CONFIG_NUMA
5984 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
5985 {
5986         int zone_type;          /* needs to be signed */
5987         unsigned long managed_pages = 0;
5988         unsigned long managed_highpages = 0;
5989         unsigned long free_highpages = 0;
5990         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5991
5992         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
5993                 managed_pages += zone_managed_pages(&pgdat->node_zones[zone_type]);
5994         val->totalram = managed_pages;
5995         val->sharedram = node_page_state(pgdat, NR_SHMEM);
5996         val->freeram = sum_zone_node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
5997 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
5998         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++) {
5999                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
6000
6001                 if (is_highmem(zone)) {
6002                         managed_highpages += zone_managed_pages(zone);
6003                         free_highpages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
6004                 }
6005         }
6006         val->totalhigh = managed_highpages;
6007         val->freehigh = free_highpages;
6008 #else
6009         val->totalhigh = managed_highpages;
6010         val->freehigh = free_highpages;
6011 #endif
6012         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
6013 }
6014 #endif
6015
6016 /*
6017  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
6018  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
6019  */
6020 static bool show_mem_node_skip(unsigned int flags, int nid, nodemask_t *nodemask)
6021 {
6022         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
6023                 return false;
6024
6025         /*
6026          * no node mask - aka implicit memory numa policy. Do not bother with
6027          * the synchronization - read_mems_allowed_begin - because we do not
6028          * have to be precise here.
6029          */
6030         if (!nodemask)
6031                 nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
6032
6033         return !node_isset(nid, *nodemask);
6034 }
6035
6036 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
6037
6038 static void show_migration_types(unsigned char type)
6039 {
6040         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
6041                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
6042                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
6043                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
6044                 [MIGRATE_HIGHATOMIC]    = 'H',
6045 #ifdef CONFIG_CMA
6046                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
6047 #endif
6048 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
6049                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
6050 #endif
6051         };
6052         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
6053         char *p = tmp;
6054         int i;
6055
6056         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
6057                 if (type & (1 << i))
6058                         *p++ = types[i];
6059         }
6060
6061         *p = '\0';
6062         printk(KERN_CONT "(%s) ", tmp);
6063 }
6064
6065 static bool node_has_managed_zones(pg_data_t *pgdat, int max_zone_idx)
6066 {
6067         int zone_idx;
6068         for (zone_idx = 0; zone_idx <= max_zone_idx; zone_idx++)
6069                 if (zone_managed_pages(pgdat->node_zones + zone_idx))
6070                         return true;
6071         return false;
6072 }
6073
6074 /*
6075  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
6076  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
6077  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
6078  *
6079  * Bits in @filter:
6080  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
6081  *   cpuset.
6082  */
6083 void __show_free_areas(unsigned int filter, nodemask_t *nodemask, int max_zone_idx)
6084 {
6085         unsigned long free_pcp = 0;
6086         int cpu, nid;
6087         struct zone *zone;
6088         pg_data_t *pgdat;
6089
6090         for_each_populated_zone(zone) {
6091                 if (zone_idx(zone) > max_zone_idx)
6092                         continue;
6093                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
6094                         continue;
6095
6096                 for_each_online_cpu(cpu)
6097                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu)->count;
6098         }
6099
6100         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
6101                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
6102                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu\n"
6103                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
6104                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu\n"
6105                 " sec_pagetables:%lu bounce:%lu\n"
6106                 " kernel_misc_reclaimable:%lu\n"
6107                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
6108                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
6109                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
6110                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
6111                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
6112                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
6113                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
6114                 global_node_page_state(NR_UNEVICTABLE),
6115                 global_node_page_state(NR_FILE_DIRTY),
6116                 global_node_page_state(NR_WRITEBACK),
6117                 global_node_page_state_pages(NR_SLAB_RECLAIMABLE_B),
6118                 global_node_page_state_pages(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE_B),
6119                 global_node_page_state(NR_FILE_MAPPED),
6120                 global_node_page_state(NR_SHMEM),
6121                 global_node_page_state(NR_PAGETABLE),
6122                 global_node_page_state(NR_SECONDARY_PAGETABLE),
6123                 global_zone_page_state(NR_BOUNCE),
6124                 global_node_page_state(NR_KERNEL_MISC_RECLAIMABLE),
6125                 global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES),
6126                 free_pcp,
6127                 global_zone_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
6128
6129         for_each_online_pgdat(pgdat) {
6130                 if (show_mem_node_skip(filter, pgdat->node_id, nodemask))
6131                         continue;
6132                 if (!node_has_managed_zones(pgdat, max_zone_idx))
6133                         continue;
6134
6135                 printk("Node %d"
6136                         " active_anon:%lukB"
6137                         " inactive_anon:%lukB"
6138                         " active_file:%lukB"
6139                         " inactive_file:%lukB"
6140                         " unevictable:%lukB"
6141                         " isolated(anon):%lukB"
6142                         " isolated(file):%lukB"
6143                         " mapped:%lukB"
6144                         " dirty:%lukB"
6145                         " writeback:%lukB"
6146                         " shmem:%lukB"
6147 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
6148                         " shmem_thp: %lukB"
6149                         " shmem_pmdmapped: %lukB"
6150                         " anon_thp: %lukB"
6151 #endif
6152                         " writeback_tmp:%lukB"
6153                         " kernel_stack:%lukB"
6154 #ifdef CONFIG_SHADOW_CALL_STACK
6155                         " shadow_call_stack:%lukB"
6156 #endif
6157                         " pagetables:%lukB"
6158                         " sec_pagetables:%lukB"
6159                         " all_unreclaimable? %s"
6160                         "\n",
6161                         pgdat->node_id,
6162                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_ANON)),
6163                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON)),
6164                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE)),
6165                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE)),
6166                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNEVICTABLE)),
6167                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON)),
6168                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_FILE)),
6169                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_MAPPED)),
6170                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_DIRTY)),
6171                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK)),
6172                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM)),
6173 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
6174                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_THPS)),
6175                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_PMDMAPPED)),
6176                         K(node_page_state(pgdat, NR_ANON_THPS)),
6177 #endif
6178                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK_TEMP)),
6179                         node_page_state(pgdat, NR_KERNEL_STACK_KB),
6180 #ifdef CONFIG_SHADOW_CALL_STACK
6181                         node_page_state(pgdat, NR_KERNEL_SCS_KB),
6182 #endif
6183                         K(node_page_state(pgdat, NR_PAGETABLE)),
6184                         K(node_page_state(pgdat, NR_SECONDARY_PAGETABLE)),
6185                         pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES ?
6186                                 "yes" : "no");
6187         }
6188
6189         for_each_populated_zone(zone) {
6190                 int i;
6191
6192                 if (zone_idx(zone) > max_zone_idx)
6193                         continue;
6194                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
6195                         continue;
6196
6197                 free_pcp = 0;
6198                 for_each_online_cpu(cpu)
6199                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu)->count;
6200
6201                 show_node(zone);
6202                 printk(KERN_CONT
6203                         "%s"
6204                         " free:%lukB"
6205                         " boost:%lukB"
6206                         " min:%lukB"
6207                         " low:%lukB"
6208                         " high:%lukB"
6209                         " reserved_highatomic:%luKB"
6210                         " active_anon:%lukB"
6211                         " inactive_anon:%lukB"
6212                         " active_file:%lukB"
6213                         " inactive_file:%lukB"
6214                         " unevictable:%lukB"
6215                         " writepending:%lukB"
6216                         " present:%lukB"
6217                         " managed:%lukB"
6218                         " mlocked:%lukB"
6219                         " bounce:%lukB"
6220                         " free_pcp:%lukB"
6221                         " local_pcp:%ukB"
6222                         " free_cma:%lukB"
6223                         "\n",
6224                         zone->name,
6225                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
6226                         K(zone->watermark_boost),
6227                         K(min_wmark_pages(zone)),
6228                         K(low_wmark_pages(zone)),
6229                         K(high_wmark_pages(zone)),
6230                         K(zone->nr_reserved_highatomic),
6231                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_ANON)),
6232                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_ANON)),
6233                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_FILE)),
6234                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_FILE)),
6235                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_UNEVICTABLE)),
6236                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_WRITE_PENDING)),
6237                         K(zone->present_pages),
6238                         K(zone_managed_pages(zone)),
6239                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
6240                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
6241                         K(free_pcp),
6242                         K(this_cpu_read(zone->per_cpu_pageset->count)),
6243                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)));
6244                 printk("lowmem_reserve[]:");
6245                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
6246                         printk(KERN_CONT " %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
6247                 printk(KERN_CONT "\n");
6248         }
6249
6250         for_each_populated_zone(zone) {
6251                 unsigned int order;
6252                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, total = 0;
6253                 unsigned char types[MAX_ORDER];
6254
6255                 if (zone_idx(zone) > max_zone_idx)
6256                         continue;
6257                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
6258                         continue;
6259                 show_node(zone);
6260                 printk(KERN_CONT "%s: ", zone->name);
6261
6262                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6263                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
6264                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
6265                         int type;
6266
6267                         nr[order] = area->nr_free;
6268                         total += nr[order] << order;
6269
6270                         types[order] = 0;
6271                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
6272                                 if (!free_area_empty(area, type))
6273                                         types[order] |= 1 << type;
6274                         }
6275                 }
6276                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6277                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
6278                         printk(KERN_CONT "%lu*%lukB ",
6279                                nr[order], K(1UL) << order);
6280                         if (nr[order])
6281                                 show_migration_types(types[order]);
6282                 }
6283                 printk(KERN_CONT "= %lukB\n", K(total));
6284         }
6285
6286         for_each_online_node(nid) {
6287                 if (show_mem_node_skip(filter, nid, nodemask))
6288                         continue;
6289                 hugetlb_show_meminfo_node(nid);
6290         }
6291
6292         printk("%ld total pagecache pages\n", global_node_page_state(NR_FILE_PAGES));
6293
6294         show_swap_cache_info();
6295 }
6296
6297 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
6298 {
6299         zoneref->zone = zone;
6300         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
6301 }
6302
6303 /*
6304  * Builds allocation fallback zone lists.
6305  *
6306  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
6307  */
6308 static int build_zonerefs_node(pg_data_t *pgdat, struct zoneref *zonerefs)
6309 {
6310         struct zone *zone;
6311         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
6312         int nr_zones = 0;
6313
6314         do {
6315                 zone_type--;
6316                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
6317                 if (populated_zone(zone)) {
6318                         zoneref_set_zone(zone, &zonerefs[nr_zones++]);
6319                         check_highest_zone(zone_type);
6320                 }
6321         } while (zone_type);
6322
6323         return nr_zones;
6324 }
6325
6326 #ifdef CONFIG_NUMA
6327
6328 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
6329 {
6330         /*
6331          * We used to support different zonelists modes but they turned
6332          * out to be just not useful. Let's keep the warning in place
6333          * if somebody still use the cmd line parameter so that we do
6334          * not fail it silently
6335          */
6336         if (!(*s == 'd' || *s == 'D' || *s == 'n' || *s == 'N')) {
6337                 pr_warn("Ignoring unsupported numa_zonelist_order value:  %s\n", s);
6338                 return -EINVAL;
6339         }
6340         return 0;
6341 }
6342
6343 char numa_zonelist_order[] = "Node";
6344
6345 /*
6346  * sysctl handler for numa_zonelist_order
6347  */
6348 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
6349                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6350 {
6351         if (write)
6352                 return __parse_numa_zonelist_order(buffer);
6353         return proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
6354 }
6355
6356
6357 static int node_load[MAX_NUMNODES];
6358
6359 /**
6360  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
6361  * @node: node whose fallback list we're appending
6362  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
6363  *
6364  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
6365  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
6366  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
6367  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
6368  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
6369  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
6370  * on them otherwise.
6371  *
6372  * Return: node id of the found node or %NUMA_NO_NODE if no node is found.
6373  */
6374 int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
6375 {
6376         int n, val;
6377         int min_val = INT_MAX;
6378         int best_node = NUMA_NO_NODE;
6379
6380         /* Use the local node if we haven't already */
6381         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
6382                 node_set(node, *used_node_mask);
6383                 return node;
6384         }
6385
6386         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
6387
6388                 /* Don't want a node to appear more than once */
6389                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
6390                         continue;
6391
6392                 /* Use the distance array to find the distance */
6393                 val = node_distance(node, n);
6394
6395                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
6396                 val += (n < node);
6397
6398                 /* Give preference to headless and unused nodes */
6399                 if (!cpumask_empty(cpumask_of_node(n)))
6400                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
6401
6402                 /* Slight preference for less loaded node */
6403                 val *= MAX_NUMNODES;
6404                 val += node_load[n];
6405
6406                 if (val < min_val) {
6407                         min_val = val;
6408                         best_node = n;
6409                 }
6410         }
6411
6412         if (best_node >= 0)
6413                 node_set(best_node, *used_node_mask);
6414
6415         return best_node;
6416 }
6417
6418
6419 /*
6420  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
6421  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
6422  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
6423  */
6424 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int *node_order,
6425                 unsigned nr_nodes)
6426 {
6427         struct zoneref *zonerefs;
6428         int i;
6429
6430         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
6431
6432         for (i = 0; i < nr_nodes; i++) {
6433                 int nr_zones;
6434
6435                 pg_data_t *node = NODE_DATA(node_order[i]);
6436
6437                 nr_zones = build_zonerefs_node(node, zonerefs);
6438                 zonerefs += nr_zones;
6439         }
6440         zonerefs->zone = NULL;
6441         zonerefs->zone_idx = 0;
6442 }
6443
6444 /*
6445  * Build gfp_thisnode zonelists
6446  */
6447 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
6448 {
6449         struct zoneref *zonerefs;
6450         int nr_zones;
6451
6452         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_NOFALLBACK]._zonerefs;
6453         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
6454         zonerefs += nr_zones;
6455         zonerefs->zone = NULL;
6456         zonerefs->zone_idx = 0;
6457 }
6458
6459 /*
6460  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
6461  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
6462  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
6463  * may still exist in local DMA zone.
6464  */
6465
6466 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
6467 {
6468         static int node_order[MAX_NUMNODES];
6469         int node, nr_nodes = 0;
6470         nodemask_t used_mask = NODE_MASK_NONE;
6471         int local_node, prev_node;
6472
6473         /* NUMA-aware ordering of nodes */
6474         local_node = pgdat->node_id;
6475         prev_node = local_node;
6476
6477         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
6478         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
6479                 /*
6480                  * We don't want to pressure a particular node.
6481                  * So adding penalty to the first node in same
6482                  * distance group to make it round-robin.
6483                  */
6484                 if (node_distance(local_node, node) !=
6485                     node_distance(local_node, prev_node))
6486                         node_load[node] += 1;
6487
6488                 node_order[nr_nodes++] = node;
6489                 prev_node = node;
6490         }
6491
6492         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node_order, nr_nodes);
6493         build_thisnode_zonelists(pgdat);
6494         pr_info("Fallback order for Node %d: ", local_node);
6495         for (node = 0; node < nr_nodes; node++)
6496                 pr_cont("%d ", node_order[node]);
6497         pr_cont("\n");
6498 }
6499
6500 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
6501 /*
6502  * Return node id of node used for "local" allocations.
6503  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
6504  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
6505  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
6506  */
6507 int local_memory_node(int node)
6508 {
6509         struct zoneref *z;
6510
6511         z = first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
6512                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
6513                                    NULL);
6514         return zone_to_nid(z->zone);
6515 }
6516 #endif
6517
6518 static void setup_min_unmapped_ratio(void);
6519 static void setup_min_slab_ratio(void);
6520 #else   /* CONFIG_NUMA */
6521
6522 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
6523 {
6524         int node, local_node;
6525         struct zoneref *zonerefs;
6526         int nr_zones;
6527
6528         local_node = pgdat->node_id;
6529
6530         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
6531         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
6532         zonerefs += nr_zones;
6533
6534         /*
6535          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
6536          * of all the other nodes.
6537          * We don't want to pressure a particular node, so when
6538          * building the zones for node N, we make sure that the
6539          * zones coming right after the local ones are those from
6540          * node N+1 (modulo N)
6541          */
6542         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
6543                 if (!node_online(node))
6544                         continue;
6545                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
6546                 zonerefs += nr_zones;
6547         }
6548         for (node = 0; node < local_node; node++) {
6549                 if (!node_online(node))
6550                         continue;
6551                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
6552                 zonerefs += nr_zones;
6553         }
6554
6555         zonerefs->zone = NULL;
6556         zonerefs->zone_idx = 0;
6557 }
6558
6559 #endif  /* CONFIG_NUMA */
6560
6561 /*
6562  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
6563  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
6564  * that an item put on a list will immediately be handed over to
6565  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
6566  * with interrupts disabled.
6567  *
6568  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
6569  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
6570  * hotplugged processors.
6571  *
6572  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
6573  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
6574  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
6575  */
6576 static void per_cpu_pages_init(struct per_cpu_pages *pcp, struct per_cpu_zonestat *pzstats);
6577 /* These effectively disable the pcplists in the boot pageset completely */
6578 #define BOOT_PAGESET_HIGH       0
6579 #define BOOT_PAGESET_BATCH      1
6580 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pages, boot_pageset);
6581 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_zonestat, boot_zonestats);
6582 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_nodestat, boot_nodestats);
6583
6584 static void __build_all_zonelists(void *data)
6585 {
6586         int nid;
6587         int __maybe_unused cpu;
6588         pg_data_t *self = data;
6589
6590         write_seqlock(&zonelist_update_seq);
6591
6592 #ifdef CONFIG_NUMA
6593         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
6594 #endif
6595
6596         /*
6597          * This node is hotadded and no memory is yet present.   So just
6598          * building zonelists is fine - no need to touch other nodes.
6599          */
6600         if (self && !node_online(self->node_id)) {
6601                 build_zonelists(self);
6602         } else {
6603                 /*
6604                  * All possible nodes have pgdat preallocated
6605                  * in free_area_init
6606                  */
6607                 for_each_node(nid) {
6608                         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6609
6610                         build_zonelists(pgdat);
6611                 }
6612
6613 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
6614                 /*
6615                  * We now know the "local memory node" for each node--
6616                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
6617                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
6618                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
6619                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
6620                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
6621                  */
6622                 for_each_online_cpu(cpu)
6623                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
6624 #endif
6625         }
6626
6627         write_sequnlock(&zonelist_update_seq);
6628 }
6629
6630 static noinline void __init
6631 build_all_zonelists_init(void)
6632 {
6633         int cpu;
6634
6635         __build_all_zonelists(NULL);
6636
6637         /*
6638          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
6639          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
6640          * each zone will be allocated later when the per cpu
6641          * allocator is available.
6642          *
6643          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
6644          * cpus if the system is already booted because the pagesets
6645          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
6646          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
6647          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
6648          * (a chicken-egg dilemma).
6649          */
6650         for_each_possible_cpu(cpu)
6651                 per_cpu_pages_init(&per_cpu(boot_pageset, cpu), &per_cpu(boot_zonestats, cpu));
6652
6653         mminit_verify_zonelist();
6654         cpuset_init_current_mems_allowed();
6655 }
6656
6657 /*
6658  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
6659  *
6660  * __ref due to call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
6661  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
6662  */
6663 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat)
6664 {
6665         unsigned long vm_total_pages;
6666
6667         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
6668                 build_all_zonelists_init();
6669         } else {
6670                 __build_all_zonelists(pgdat);
6671                 /* cpuset refresh routine should be here */
6672         }
6673         /* Get the number of free pages beyond high watermark in all zones. */
6674         vm_total_pages = nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
6675         /*
6676          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
6677          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
6678          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
6679          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
6680          * disabled and enable it later
6681          */
6682         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
6683                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
6684         else
6685                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
6686
6687         pr_info("Built %u zonelists, mobility grouping %s.  Total pages: %ld\n",
6688                 nr_online_nodes,
6689                 page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
6690                 vm_total_pages);
6691 #ifdef CONFIG_NUMA
6692         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
6693 #endif
6694 }
6695
6696 /* If zone is ZONE_MOVABLE but memory is mirrored, it is an overlapped init */
6697 static bool __meminit
6698 overlap_memmap_init(unsigned long zone, unsigned long *pfn)
6699 {
6700         static struct memblock_region *r;
6701
6702         if (mirrored_kernelcore && zone == ZONE_MOVABLE) {
6703                 if (!r || *pfn >= memblock_region_memory_end_pfn(r)) {
6704                         for_each_mem_region(r) {
6705                                 if (*pfn < memblock_region_memory_end_pfn(r))
6706                                         break;
6707                         }
6708                 }
6709                 if (*pfn >= memblock_region_memory_base_pfn(r) &&
6710                     memblock_is_mirror(r)) {
6711                         *pfn = memblock_region_memory_end_pfn(r);
6712                         return true;
6713                 }
6714         }
6715         return false;
6716 }
6717
6718 /*
6719  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
6720  * up by memblock_free_all() once the early boot process is
6721  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
6722  *
6723  * All aligned pageblocks are initialized to the specified migratetype
6724  * (usually MIGRATE_MOVABLE). Besides setting the migratetype, no related
6725  * zone stats (e.g., nr_isolate_pageblock) are touched.
6726  */
6727 void __meminit memmap_init_range(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
6728                 unsigned long start_pfn, unsigned long zone_end_pfn,
6729                 enum meminit_context context,
6730                 struct vmem_altmap *altmap, int migratetype)
6731 {
6732         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + size;
6733         struct page *page;
6734
6735         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
6736                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
6737
6738 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
6739         /*
6740          * Honor reservation requested by the driver for this ZONE_DEVICE
6741          * memory. We limit the total number of pages to initialize to just
6742          * those that might contain the memory mapping. We will defer the
6743          * ZONE_DEVICE page initialization until after we have released
6744          * the hotplug lock.
6745          */
6746         if (zone == ZONE_DEVICE) {
6747                 if (!altmap)
6748                         return;
6749
6750                 if (start_pfn == altmap->base_pfn)
6751                         start_pfn += altmap->reserve;
6752                 end_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
6753         }
6754 #endif
6755
6756         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; ) {
6757                 /*
6758                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s handed to this
6759                  * function.  They do not exist on hotplugged memory.
6760                  */
6761                 if (context == MEMINIT_EARLY) {
6762                         if (overlap_memmap_init(zone, &pfn))
6763                                 continue;
6764                         if (defer_init(nid, pfn, zone_end_pfn))
6765                                 break;
6766                 }
6767
6768                 page = pfn_to_page(pfn);
6769                 __init_single_page(page, pfn, zone, nid);
6770                 if (context == MEMINIT_HOTPLUG)
6771                         __SetPageReserved(page);
6772
6773                 /*
6774                  * Usually, we want to mark the pageblock MIGRATE_MOVABLE,
6775                  * such that unmovable allocations won't be scattered all
6776                  * over the place during system boot.
6777                  */
6778                 if (pageblock_aligned(pfn)) {
6779                         set_pageblock_migratetype(page, migratetype);
6780                         cond_resched();
6781                 }
6782                 pfn++;
6783         }
6784 }
6785
6786 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
6787 static void __ref __init_zone_device_page(struct page *page, unsigned long pfn,
6788                                           unsigned long zone_idx, int nid,
6789                                           struct dev_pagemap *pgmap)
6790 {
6791
6792         __init_single_page(page, pfn, zone_idx, nid);
6793
6794         /*
6795          * Mark page reserved as it will need to wait for onlining
6796          * phase for it to be fully associated with a zone.
6797          *
6798          * We can use the non-atomic __set_bit operation for setting
6799          * the flag as we are still initializing the pages.
6800          */
6801         __SetPageReserved(page);
6802
6803         /*
6804          * ZONE_DEVICE pages union ->lru with a ->pgmap back pointer
6805          * and zone_device_data.  It is a bug if a ZONE_DEVICE page is
6806          * ever freed or placed on a driver-private list.
6807          */
6808         page->pgmap = pgmap;
6809         page->zone_device_data = NULL;
6810
6811         /*
6812          * Mark the block movable so that blocks are reserved for
6813          * movable at startup. This will force kernel allocations
6814          * to reserve their blocks rather than leaking throughout
6815          * the address space during boot when many long-lived
6816          * kernel allocations are made.
6817          *
6818          * Please note that MEMINIT_HOTPLUG path doesn't clear memmap
6819          * because this is done early in section_activate()
6820          */
6821         if (pageblock_aligned(pfn)) {
6822                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
6823                 cond_resched();
6824         }
6825
6826         /*
6827          * ZONE_DEVICE pages are released directly to the driver page allocator
6828          * which will set the page count to 1 when allocating the page.
6829          */
6830         if (pgmap->type == MEMORY_DEVICE_PRIVATE ||
6831             pgmap->type == MEMORY_DEVICE_COHERENT)
6832                 set_page_count(page, 0);
6833 }
6834
6835 /*
6836  * With compound page geometry and when struct pages are stored in ram most
6837  * tail pages are reused. Consequently, the amount of unique struct pages to
6838  * initialize is a lot smaller that the total amount of struct pages being
6839  * mapped. This is a paired / mild layering violation with explicit knowledge
6840  * of how the sparse_vmemmap internals handle compound pages in the lack
6841  * of an altmap. See vmemmap_populate_compound_pages().
6842  */
6843 static inline unsigned long compound_nr_pages(struct vmem_altmap *altmap,
6844                                               unsigned long nr_pages)
6845 {
6846         return is_power_of_2(sizeof(struct page)) &&
6847                 !altmap ? 2 * (PAGE_SIZE / sizeof(struct page)) : nr_pages;
6848 }
6849
6850 static void __ref memmap_init_compound(struct page *head,
6851                                        unsigned long head_pfn,
6852                                        unsigned long zone_idx, int nid,
6853                                        struct dev_pagemap *pgmap,
6854                                        unsigned long nr_pages)
6855 {
6856         unsigned long pfn, end_pfn = head_pfn + nr_pages;
6857         unsigned int order = pgmap->vmemmap_shift;
6858
6859         __SetPageHead(head);
6860         for (pfn = head_pfn + 1; pfn < end_pfn; pfn++) {
6861                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
6862
6863                 __init_zone_device_page(page, pfn, zone_idx, nid, pgmap);
6864                 prep_compound_tail(head, pfn - head_pfn);
6865                 set_page_count(page, 0);
6866
6867                 /*
6868                  * The first tail page stores important compound page info.
6869                  * Call prep_compound_head() after the first tail page has
6870                  * been initialized, to not have the data overwritten.
6871                  */
6872                 if (pfn == head_pfn + 1)
6873                         prep_compound_head(head, order);
6874         }
6875 }
6876
6877 void __ref memmap_init_zone_device(struct zone *zone,
6878                                    unsigned long start_pfn,
6879                                    unsigned long nr_pages,
6880                                    struct dev_pagemap *pgmap)
6881 {
6882         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + nr_pages;
6883         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
6884         struct vmem_altmap *altmap = pgmap_altmap(pgmap);
6885         unsigned int pfns_per_compound = pgmap_vmemmap_nr(pgmap);
6886         unsigned long zone_idx = zone_idx(zone);
6887         unsigned long start = jiffies;
6888         int nid = pgdat->node_id;
6889
6890         if (WARN_ON_ONCE(!pgmap || zone_idx != ZONE_DEVICE))
6891                 return;
6892
6893         /*
6894          * The call to memmap_init should have already taken care
6895          * of the pages reserved for the memmap, so we can just jump to
6896          * the end of that region and start processing the device pages.
6897          */
6898         if (altmap) {
6899                 start_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
6900                 nr_pages = end_pfn - start_pfn;
6901         }
6902
6903         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn += pfns_per_compound) {
6904                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
6905
6906                 __init_zone_device_page(page, pfn, zone_idx, nid, pgmap);
6907
6908                 if (pfns_per_compound == 1)
6909                         continue;
6910
6911                 memmap_init_compound(page, pfn, zone_idx, nid, pgmap,
6912                                      compound_nr_pages(altmap, pfns_per_compound));
6913         }
6914
6915         pr_info("%s initialised %lu pages in %ums\n", __func__,
6916                 nr_pages, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
6917 }
6918
6919 #endif
6920 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
6921 {
6922         unsigned int order, t;
6923         for_each_migratetype_order(order, t) {
6924                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
6925                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
6926         }
6927 }
6928
6929 /*
6930  * Only struct pages that correspond to ranges defined by memblock.memory
6931  * are zeroed and initialized by going through __init_single_page() during
6932  * memmap_init_zone_range().
6933  *
6934  * But, there could be struct pages that correspond to holes in
6935  * memblock.memory. This can happen because of the following reasons:
6936  * - physical memory bank size is not necessarily the exact multiple of the
6937  *   arbitrary section size
6938  * - early reserved memory may not be listed in memblock.memory
6939  * - memory layouts defined with memmap= kernel parameter may not align
6940  *   nicely with memmap sections
6941  *
6942  * Explicitly initialize those struct pages so that:
6943  * - PG_Reserved is set
6944  * - zone and node links point to zone and node that span the page if the
6945  *   hole is in the middle of a zone
6946  * - zone and node links point to adjacent zone/node if the hole falls on
6947  *   the zone boundary; the pages in such holes will be prepended to the
6948  *   zone/node above the hole except for the trailing pages in the last
6949  *   section that will be appended to the zone/node below.
6950  */
6951 static void __init init_unavailable_range(unsigned long spfn,
6952                                           unsigned long epfn,
6953                                           int zone, int node)
6954 {
6955         unsigned long pfn;
6956         u64 pgcnt = 0;
6957
6958         for (pfn = spfn; pfn < epfn; pfn++) {
6959                 if (!pfn_valid(pageblock_start_pfn(pfn))) {
6960                         pfn = pageblock_end_pfn(pfn) - 1;
6961                         continue;
6962                 }
6963                 __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zone, node);
6964                 __SetPageReserved(pfn_to_page(pfn));
6965                 pgcnt++;
6966         }
6967
6968         if (pgcnt)
6969                 pr_info("On node %d, zone %s: %lld pages in unavailable ranges",
6970                         node, zone_names[zone], pgcnt);
6971 }
6972
6973 static void __init memmap_init_zone_range(struct zone *zone,
6974                                           unsigned long start_pfn,
6975                                           unsigned long end_pfn,
6976                                           unsigned long *hole_pfn)
6977 {
6978         unsigned long zone_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
6979         unsigned long zone_end_pfn = zone_start_pfn + zone->spanned_pages;
6980         int nid = zone_to_nid(zone), zone_id = zone_idx(zone);
6981
6982         start_pfn = clamp(start_pfn, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6983         end_pfn = clamp(end_pfn, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6984
6985         if (start_pfn >= end_pfn)
6986                 return;
6987
6988         memmap_init_range(end_pfn - start_pfn, nid, zone_id, start_pfn,
6989                           zone_end_pfn, MEMINIT_EARLY, NULL, MIGRATE_MOVABLE);
6990
6991         if (*hole_pfn < start_pfn)
6992                 init_unavailable_range(*hole_pfn, start_pfn, zone_id, nid);
6993
6994         *hole_pfn = end_pfn;
6995 }
6996
6997 static void __init memmap_init(void)
6998 {
6999         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7000         unsigned long hole_pfn = 0;
7001         int i, j, zone_id = 0, nid;
7002
7003         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
7004                 struct pglist_data *node = NODE_DATA(nid);
7005
7006                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
7007                         struct zone *zone = node->node_zones + j;
7008
7009                         if (!populated_zone(zone))
7010                                 continue;
7011
7012                         memmap_init_zone_range(zone, start_pfn, end_pfn,
7013                                                &hole_pfn);
7014                         zone_id = j;
7015                 }
7016         }
7017
7018 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
7019         /*
7020          * Initialize the memory map for hole in the range [memory_end,
7021          * section_end].
7022          * Append the pages in this hole to the highest zone in the last
7023          * node.
7024          * The call to init_unavailable_range() is outside the ifdef to
7025          * silence the compiler warining about zone_id set but not used;
7026          * for FLATMEM it is a nop anyway
7027          */
7028         end_pfn = round_up(end_pfn, PAGES_PER_SECTION);
7029         if (hole_pfn < end_pfn)
7030 #endif
7031                 init_unavailable_range(hole_pfn, end_pfn, zone_id, nid);
7032 }
7033
7034 void __init *memmap_alloc(phys_addr_t size, phys_addr_t align,
7035                           phys_addr_t min_addr, int nid, bool exact_nid)
7036 {
7037         void *ptr;
7038
7039         if (exact_nid)
7040                 ptr = memblock_alloc_exact_nid_raw(size, align, min_addr,
7041                                                    MEMBLOCK_ALLOC_ACCESSIBLE,
7042                                                    nid);
7043         else
7044                 ptr = memblock_alloc_try_nid_raw(size, align, min_addr,
7045                                                  MEMBLOCK_ALLOC_ACCESSIBLE,
7046                                                  nid);
7047
7048         if (ptr && size > 0)
7049                 page_init_poison(ptr, size);
7050
7051         return ptr;
7052 }
7053
7054 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
7055 {
7056 #ifdef CONFIG_MMU
7057         int batch;
7058
7059         /*
7060          * The number of pages to batch allocate is either ~0.1%
7061          * of the zone or 1MB, whichever is smaller. The batch
7062          * size is striking a balance between allocation latency
7063          * and zone lock contention.
7064          */
7065         batch = min(zone_managed_pages(zone) >> 10, SZ_1M / PAGE_SIZE);
7066         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
7067         if (batch < 1)
7068                 batch = 1;
7069
7070         /*
7071          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
7072          * of 2 value was found to be more likely to have
7073          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
7074          *
7075          * For example if 2 tasks are alternately allocating
7076          * batches of pages, one task can end up with a lot
7077          * of pages of one half of the possible page colors
7078          * and the other with pages of the other colors.
7079          */
7080         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
7081
7082         return batch;
7083
7084 #else
7085         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
7086          * conditions.
7087          *
7088          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
7089          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
7090          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
7091          *
7092          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
7093          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
7094          * can be a significant delay between the individual batches being
7095          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
7096          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
7097          */
7098         return 0;
7099 #endif
7100 }
7101
7102 static int zone_highsize(struct zone *zone, int batch, int cpu_online)
7103 {
7104 #ifdef CONFIG_MMU
7105         int high;
7106         int nr_split_cpus;
7107         unsigned long total_pages;
7108
7109         if (!percpu_pagelist_high_fraction) {
7110                 /*
7111                  * By default, the high value of the pcp is based on the zone
7112                  * low watermark so that if they are full then background
7113                  * reclaim will not be started prematurely.
7114                  */
7115                 total_pages = low_wmark_pages(zone);
7116         } else {
7117                 /*
7118                  * If percpu_pagelist_high_fraction is configured, the high
7119                  * value is based on a fraction of the managed pages in the
7120                  * zone.
7121                  */
7122                 total_pages = zone_managed_pages(zone) / percpu_pagelist_high_fraction;
7123         }
7124
7125         /*
7126          * Split the high value across all online CPUs local to the zone. Note
7127          * that early in boot that CPUs may not be online yet and that during
7128          * CPU hotplug that the cpumask is not yet updated when a CPU is being
7129          * onlined. For memory nodes that have no CPUs, split pcp->high across
7130          * all online CPUs to mitigate the risk that reclaim is triggered
7131          * prematurely due to pages stored on pcp lists.
7132          */
7133         nr_split_cpus = cpumask_weight(cpumask_of_node(zone_to_nid(zone))) + cpu_online;
7134         if (!nr_split_cpus)
7135                 nr_split_cpus = num_online_cpus();
7136         high = total_pages / nr_split_cpus;
7137
7138         /*
7139          * Ensure high is at least batch*4. The multiple is based on the
7140          * historical relationship between high and batch.
7141          */
7142         high = max(high, batch << 2);
7143
7144         return high;
7145 #else
7146         return 0;
7147 #endif
7148 }
7149
7150 /*
7151  * pcp->high and pcp->batch values are related and generally batch is lower
7152  * than high. They are also related to pcp->count such that count is lower
7153  * than high, and as soon as it reaches high, the pcplist is flushed.
7154  *
7155  * However, guaranteeing these relations at all times would require e.g. write
7156  * barriers here but also careful usage of read barriers at the read side, and
7157  * thus be prone to error and bad for performance. Thus the update only prevents
7158  * store tearing. Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they
7159  * can cope with those fields changing asynchronously, and fully trust only the
7160  * pcp->count field on the local CPU with interrupts disabled.
7161  *
7162  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
7163  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
7164  * exist).
7165  */
7166 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
7167                 unsigned long batch)
7168 {
7169         WRITE_ONCE(pcp->batch, batch);
7170         WRITE_ONCE(pcp->high, high);
7171 }
7172
7173 static void per_cpu_pages_init(struct per_cpu_pages *pcp, struct per_cpu_zonestat *pzstats)
7174 {
7175         int pindex;
7176
7177         memset(pcp, 0, sizeof(*pcp));
7178         memset(pzstats, 0, sizeof(*pzstats));
7179
7180         spin_lock_init(&pcp->lock);
7181         for (pindex = 0; pindex < NR_PCP_LISTS; pindex++)
7182                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[pindex]);
7183
7184         /*
7185          * Set batch and high values safe for a boot pageset. A true percpu
7186          * pageset's initialization will update them subsequently. Here we don't
7187          * need to be as careful as pageset_update() as nobody can access the
7188          * pageset yet.
7189          */
7190         pcp->high = BOOT_PAGESET_HIGH;
7191         pcp->batch = BOOT_PAGESET_BATCH;
7192         pcp->free_factor = 0;
7193 }
7194
7195 static void __zone_set_pageset_high_and_batch(struct zone *zone, unsigned long high,
7196                 unsigned long batch)
7197 {
7198         struct per_cpu_pages *pcp;
7199         int cpu;
7200
7201         for_each_possible_cpu(cpu) {
7202                 pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
7203                 pageset_update(pcp, high, batch);
7204         }
7205 }
7206
7207 /*
7208  * Calculate and set new high and batch values for all per-cpu pagesets of a
7209  * zone based on the zone's size.
7210  */
7211 static void zone_set_pageset_high_and_batch(struct zone *zone, int cpu_online)
7212 {
7213         int new_high, new_batch;
7214
7215         new_batch = max(1, zone_batchsize(zone));
7216         new_high = zone_highsize(zone, new_batch, cpu_online);
7217
7218         if (zone->pageset_high == new_high &&
7219             zone->pageset_batch == new_batch)
7220                 return;
7221
7222         zone->pageset_high = new_high;
7223         zone->pageset_batch = new_batch;
7224
7225         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, new_high, new_batch);
7226 }
7227
7228 void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
7229 {
7230         int cpu;
7231
7232         /* Size may be 0 on !SMP && !NUMA */
7233         if (sizeof(struct per_cpu_zonestat) > 0)
7234                 zone->per_cpu_zonestats = alloc_percpu(struct per_cpu_zonestat);
7235
7236         zone->per_cpu_pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pages);
7237         for_each_possible_cpu(cpu) {
7238                 struct per_cpu_pages *pcp;
7239                 struct per_cpu_zonestat *pzstats;
7240
7241                 pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
7242                 pzstats = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_zonestats, cpu);
7243                 per_cpu_pages_init(pcp, pzstats);
7244         }
7245
7246         zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0);
7247 }
7248
7249 /*
7250  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
7251  * page high values need to be recalculated.
7252  */
7253 static void zone_pcp_update(struct zone *zone, int cpu_online)
7254 {
7255         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
7256         zone_set_pageset_high_and_batch(zone, cpu_online);
7257         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
7258 }
7259
7260 /*
7261  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
7262  * Before this call only boot pagesets were available.
7263  */
7264 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
7265 {
7266         struct pglist_data *pgdat;
7267         struct zone *zone;
7268         int __maybe_unused cpu;
7269
7270         for_each_populated_zone(zone)
7271                 setup_zone_pageset(zone);
7272
7273 #ifdef CONFIG_NUMA
7274         /*
7275          * Unpopulated zones continue using the boot pagesets.
7276          * The numa stats for these pagesets need to be reset.
7277          * Otherwise, they will end up skewing the stats of
7278          * the nodes these zones are associated with.
7279          */
7280         for_each_possible_cpu(cpu) {
7281                 struct per_cpu_zonestat *pzstats = &per_cpu(boot_zonestats, cpu);
7282                 memset(pzstats->vm_numa_event, 0,
7283                        sizeof(pzstats->vm_numa_event));
7284         }
7285 #endif
7286
7287         for_each_online_pgdat(pgdat)
7288                 pgdat->per_cpu_nodestats =
7289                         alloc_percpu(struct per_cpu_nodestat);
7290 }
7291
7292 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
7293 {
7294         /*
7295          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
7296          * relies on the ability of the linker to provide the
7297          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
7298          */
7299         zone->per_cpu_pageset = &boot_pageset;
7300         zone->per_cpu_zonestats = &boot_zonestats;
7301         zone->pageset_high = BOOT_PAGESET_HIGH;
7302         zone->pageset_batch = BOOT_PAGESET_BATCH;
7303
7304         if (populated_zone(zone))
7305                 pr_debug("  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n", zone->name,
7306                          zone->present_pages, zone_batchsize(zone));
7307 }
7308
7309 void __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
7310                                         unsigned long zone_start_pfn,
7311                                         unsigned long size)
7312 {
7313         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
7314         int zone_idx = zone_idx(zone) + 1;
7315
7316         if (zone_idx > pgdat->nr_zones)
7317                 pgdat->nr_zones = zone_idx;
7318
7319         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
7320
7321         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
7322                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
7323                         pgdat->node_id,
7324                         (unsigned long)zone_idx(zone),
7325                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
7326
7327         zone_init_free_lists(zone);
7328         zone->initialized = 1;
7329 }
7330
7331 /**
7332  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
7333  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
7334  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
7335  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
7336  *
7337  * It returns the start and end page frame of a node based on information
7338  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
7339  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
7340  * PFNs will be 0.
7341  */
7342 void __init get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
7343                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
7344 {
7345         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
7346         int i;
7347
7348         *start_pfn = -1UL;
7349         *end_pfn = 0;
7350
7351         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
7352                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
7353                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
7354         }
7355
7356         if (*start_pfn == -1UL)
7357                 *start_pfn = 0;
7358 }
7359
7360 /*
7361  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
7362  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
7363  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
7364  */
7365 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
7366 {
7367         int zone_index;
7368         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
7369                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
7370                         continue;
7371
7372                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
7373                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
7374                         break;
7375         }
7376
7377         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
7378         movable_zone = zone_index;
7379 }
7380
7381 /*
7382  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
7383  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
7384  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
7385  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
7386  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
7387  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
7388  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
7389  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
7390  */
7391 static void __init adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
7392                                         unsigned long zone_type,
7393                                         unsigned long node_start_pfn,
7394                                         unsigned long node_end_pfn,
7395                                         unsigned long *zone_start_pfn,
7396                                         unsigned long *zone_end_pfn)
7397 {
7398         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
7399         if (zone_movable_pfn[nid]) {
7400                 /* Size ZONE_MOVABLE */
7401                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
7402                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
7403                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
7404                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
7405
7406                 /* Adjust for ZONE_MOVABLE starting within this range */
7407                 } else if (!mirrored_kernelcore &&
7408                         *zone_start_pfn < zone_movable_pfn[nid] &&
7409                         *zone_end_pfn > zone_movable_pfn[nid]) {
7410                         *zone_end_pfn = zone_movable_pfn[nid];
7411
7412                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
7413                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
7414                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
7415         }
7416 }
7417
7418 /*
7419  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
7420  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
7421  */
7422 static unsigned long __init zone_spanned_pages_in_node(int nid,
7423                                         unsigned long zone_type,
7424                                         unsigned long node_start_pfn,
7425                                         unsigned long node_end_pfn,
7426                                         unsigned long *zone_start_pfn,
7427                                         unsigned long *zone_end_pfn)
7428 {
7429         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
7430         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
7431         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
7432         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
7433                 return 0;
7434
7435         /* Get the start and end of the zone */
7436         *zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
7437         *zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
7438         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
7439                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
7440                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
7441
7442         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
7443         if (*zone_end_pfn < node_start_pfn || *zone_start_pfn > node_end_pfn)
7444                 return 0;
7445
7446         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
7447         *zone_end_pfn = min(*zone_end_pfn, node_end_pfn);
7448         *zone_start_pfn = max(*zone_start_pfn, node_start_pfn);
7449
7450         /* Return the spanned pages */
7451         return *zone_end_pfn - *zone_start_pfn;
7452 }
7453
7454 /*
7455  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
7456  * then all holes in the requested range will be accounted for.
7457  */
7458 unsigned long __init __absent_pages_in_range(int nid,
7459                                 unsigned long range_start_pfn,
7460                                 unsigned long range_end_pfn)
7461 {
7462         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
7463         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7464         int i;
7465
7466         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
7467                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
7468                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
7469                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
7470         }
7471         return nr_absent;
7472 }
7473
7474 /**
7475  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
7476  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
7477  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
7478  *
7479  * Return: the number of pages frames in memory holes within a range.
7480  */
7481 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
7482                                                         unsigned long end_pfn)
7483 {
7484         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
7485 }
7486
7487 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
7488 static unsigned long __init zone_absent_pages_in_node(int nid,
7489                                         unsigned long zone_type,
7490                                         unsigned long node_start_pfn,
7491                                         unsigned long node_end_pfn)
7492 {
7493         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
7494         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
7495         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
7496         unsigned long nr_absent;
7497
7498         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
7499         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
7500                 return 0;
7501
7502         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
7503         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
7504
7505         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
7506                         node_start_pfn, node_end_pfn,
7507                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
7508         nr_absent = __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
7509
7510         /*
7511          * ZONE_MOVABLE handling.
7512          * Treat pages to be ZONE_MOVABLE in ZONE_NORMAL as absent pages
7513          * and vice versa.
7514          */
7515         if (mirrored_kernelcore && zone_movable_pfn[nid]) {
7516                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
7517                 struct memblock_region *r;
7518
7519                 for_each_mem_region(r) {
7520                         start_pfn = clamp(memblock_region_memory_base_pfn(r),
7521                                           zone_start_pfn, zone_end_pfn);
7522                         end_pfn = clamp(memblock_region_memory_end_pfn(r),
7523                                         zone_start_pfn, zone_end_pfn);
7524
7525                         if (zone_type == ZONE_MOVABLE &&
7526                             memblock_is_mirror(r))
7527                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
7528
7529                         if (zone_type == ZONE_NORMAL &&
7530                             !memblock_is_mirror(r))
7531                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
7532                 }
7533         }
7534
7535         return nr_absent;
7536 }
7537
7538 static void __init calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
7539                                                 unsigned long node_start_pfn,
7540                                                 unsigned long node_end_pfn)
7541 {
7542         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
7543         enum zone_type i;
7544
7545         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7546                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
7547                 unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
7548                 unsigned long spanned, absent;
7549                 unsigned long size, real_size;
7550
7551                 spanned = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
7552                                                      node_start_pfn,
7553                                                      node_end_pfn,
7554                                                      &zone_start_pfn,
7555                                                      &zone_end_pfn);
7556                 absent = zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
7557                                                    node_start_pfn,
7558                                                    node_end_pfn);
7559
7560                 size = spanned;
7561                 real_size = size - absent;
7562
7563                 if (size)
7564                         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
7565                 else
7566                         zone->zone_start_pfn = 0;
7567                 zone->spanned_pages = size;
7568                 zone->present_pages = real_size;
7569 #if defined(CONFIG_MEMORY_HOTPLUG)
7570                 zone->present_early_pages = real_size;
7571 #endif
7572
7573                 totalpages += size;
7574                 realtotalpages += real_size;
7575         }
7576
7577         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
7578         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
7579         pr_debug("On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id, realtotalpages);
7580 }
7581
7582 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
7583 /*
7584  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
7585  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
7586  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
7587  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
7588  * bytes.
7589  */
7590 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
7591 {
7592         unsigned long usemapsize;
7593
7594         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
7595         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
7596         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
7597         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
7598         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
7599
7600         return usemapsize / 8;
7601 }
7602
7603 static void __ref setup_usemap(struct zone *zone)
7604 {
7605         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone->zone_start_pfn,
7606                                                zone->spanned_pages);
7607         zone->pageblock_flags = NULL;
7608         if (usemapsize) {
7609                 zone->pageblock_flags =
7610                         memblock_alloc_node(usemapsize, SMP_CACHE_BYTES,
7611                                             zone_to_nid(zone));
7612                 if (!zone->pageblock_flags)
7613                         panic("Failed to allocate %ld bytes for zone %s pageblock flags on node %d\n",
7614                               usemapsize, zone->name, zone_to_nid(zone));
7615         }
7616 }
7617 #else
7618 static inline void setup_usemap(struct zone *zone) {}
7619 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
7620
7621 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
7622
7623 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
7624 void __init set_pageblock_order(void)
7625 {
7626         unsigned int order = MAX_ORDER - 1;
7627
7628         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
7629         if (pageblock_order)
7630                 return;
7631
7632         /* Don't let pageblocks exceed the maximum allocation granularity. */
7633         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT && HUGETLB_PAGE_ORDER < order)
7634                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
7635
7636         /*
7637          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
7638          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
7639          * powerpc.
7640          */
7641         pageblock_order = order;
7642 }
7643 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
7644
7645 /*
7646  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
7647  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
7648  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
7649  * the kernel config
7650  */
7651 void __init set_pageblock_order(void)
7652 {
7653 }
7654
7655 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
7656
7657 static unsigned long __init calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
7658                                                 unsigned long present_pages)
7659 {
7660         unsigned long pages = spanned_pages;
7661
7662         /*
7663          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
7664          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
7665          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
7666          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
7667          * populated regions may not be naturally aligned on page boundary.
7668          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
7669          */
7670         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
7671             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
7672                 pages = present_pages;
7673
7674         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
7675 }
7676
7677 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
7678 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat)
7679 {
7680         struct deferred_split *ds_queue = &pgdat->deferred_split_queue;
7681
7682         spin_lock_init(&ds_queue->split_queue_lock);
7683         INIT_LIST_HEAD(&ds_queue->split_queue);
7684         ds_queue->split_queue_len = 0;
7685 }
7686 #else
7687 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat) {}
7688 #endif
7689
7690 #ifdef CONFIG_COMPACTION
7691 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat)
7692 {
7693         init_waitqueue_head(&pgdat->kcompactd_wait);
7694 }
7695 #else
7696 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat) {}
7697 #endif
7698
7699 static void __meminit pgdat_init_internals(struct pglist_data *pgdat)
7700 {
7701         int i;
7702
7703         pgdat_resize_init(pgdat);
7704         pgdat_kswapd_lock_init(pgdat);
7705
7706         pgdat_init_split_queue(pgdat);
7707         pgdat_init_kcompactd(pgdat);
7708
7709         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
7710         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
7711
7712         for (i = 0; i < NR_VMSCAN_THROTTLE; i++)
7713                 init_waitqueue_head(&pgdat->reclaim_wait[i]);
7714
7715         pgdat_page_ext_init(pgdat);
7716         lruvec_init(&pgdat->__lruvec);
7717 }
7718
7719 static void __meminit zone_init_internals(struct zone *zone, enum zone_type idx, int nid,
7720                                                         unsigned long remaining_pages)
7721 {
7722         atomic_long_set(&zone->managed_pages, remaining_pages);
7723         zone_set_nid(zone, nid);
7724         zone->name = zone_names[idx];
7725         zone->zone_pgdat = NODE_DATA(nid);
7726         spin_lock_init(&zone->lock);
7727         zone_seqlock_init(zone);
7728         zone_pcp_init(zone);
7729 }
7730
7731 /*
7732  * Set up the zone data structures
7733  * - init pgdat internals
7734  * - init all zones belonging to this node
7735  *
7736  * NOTE: this function is only called during memory hotplug
7737  */
7738 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
7739 void __ref free_area_init_core_hotplug(struct pglist_data *pgdat)
7740 {
7741         int nid = pgdat->node_id;
7742         enum zone_type z;
7743         int cpu;
7744
7745         pgdat_init_internals(pgdat);
7746
7747         if (pgdat->per_cpu_nodestats == &boot_nodestats)
7748                 pgdat->per_cpu_nodestats = alloc_percpu(struct per_cpu_nodestat);
7749
7750         /*
7751          * Reset the nr_zones, order and highest_zoneidx before reuse.
7752          * Note that kswapd will init kswapd_highest_zoneidx properly
7753          * when it starts in the near future.
7754          */
7755         pgdat->nr_zones = 0;
7756         pgdat->kswapd_order = 0;
7757         pgdat->kswapd_highest_zoneidx = 0;
7758         pgdat->node_start_pfn = 0;
7759         for_each_online_cpu(cpu) {
7760                 struct per_cpu_nodestat *p;
7761
7762                 p = per_cpu_ptr(pgdat->per_cpu_nodestats, cpu);
7763                 memset(p, 0, sizeof(*p));
7764         }
7765
7766         for (z = 0; z < MAX_NR_ZONES; z++)
7767                 zone_init_internals(&pgdat->node_zones[z], z, nid, 0);
7768 }
7769 #endif
7770
7771 /*
7772  * Set up the zone data structures:
7773  *   - mark all pages reserved
7774  *   - mark all memory queues empty
7775  *   - clear the memory bitmaps
7776  *
7777  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
7778  * NOTE: this function is only called during early init.
7779  */
7780 static void __init free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat)
7781 {
7782         enum zone_type j;
7783         int nid = pgdat->node_id;
7784
7785         pgdat_init_internals(pgdat);
7786         pgdat->per_cpu_nodestats = &boot_nodestats;
7787
7788         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
7789                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
7790                 unsigned long size, freesize, memmap_pages;
7791
7792                 size = zone->spanned_pages;
7793                 freesize = zone->present_pages;
7794
7795                 /*
7796                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
7797                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
7798                  * and per-cpu initialisations
7799                  */
7800                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, freesize);
7801                 if (!is_highmem_idx(j)) {
7802                         if (freesize >= memmap_pages) {
7803                                 freesize -= memmap_pages;
7804                                 if (memmap_pages)
7805                                         pr_debug("  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
7806                                                  zone_names[j], memmap_pages);
7807                         } else
7808                                 pr_warn("  %s zone: %lu memmap pages exceeds freesize %lu\n",
7809                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
7810                 }
7811
7812                 /* Account for reserved pages */
7813                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
7814                         freesize -= dma_reserve;
7815                         pr_debug("  %s zone: %lu pages reserved\n", zone_names[0], dma_reserve);
7816                 }
7817
7818                 if (!is_highmem_idx(j))
7819                         nr_kernel_pages += freesize;
7820                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
7821                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
7822                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
7823                 nr_all_pages += freesize;
7824
7825                 /*
7826                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
7827                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
7828                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
7829                  */
7830                 zone_init_internals(zone, j, nid, freesize);
7831
7832                 if (!size)
7833                         continue;
7834
7835                 set_pageblock_order();
7836                 setup_usemap(zone);
7837                 init_currently_empty_zone(zone, zone->zone_start_pfn, size);
7838         }
7839 }
7840
7841 #ifdef CONFIG_FLATMEM
7842 static void __init alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
7843 {
7844         unsigned long __maybe_unused start = 0;
7845         unsigned long __maybe_unused offset = 0;
7846
7847         /* Skip empty nodes */
7848         if (!pgdat->node_spanned_pages)
7849                 return;
7850
7851         start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
7852         offset = pgdat->node_start_pfn - start;
7853         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
7854         if (!pgdat->node_mem_map) {
7855                 unsigned long size, end;
7856                 struct page *map;
7857
7858                 /*
7859                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
7860                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
7861                  * for the buddy allocator to function correctly.
7862                  */
7863                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
7864                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
7865                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
7866                 map = memmap_alloc(size, SMP_CACHE_BYTES, MEMBLOCK_LOW_LIMIT,
7867                                    pgdat->node_id, false);
7868                 if (!map)
7869                         panic("Failed to allocate %ld bytes for node %d memory map\n",
7870                               size, pgdat->node_id);
7871                 pgdat->node_mem_map = map + offset;
7872         }
7873         pr_debug("%s: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
7874                                 __func__, pgdat->node_id, (unsigned long)pgdat,
7875                                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
7876 #ifndef CONFIG_NUMA
7877         /*
7878          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
7879          */
7880         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
7881                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
7882                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
7883                         mem_map -= offset;
7884         }
7885 #endif
7886 }
7887 #else
7888 static inline void alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat) { }
7889 #endif /* CONFIG_FLATMEM */
7890
7891 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
7892 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat)
7893 {
7894         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
7895 }
7896 #else
7897 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat) {}
7898 #endif
7899
7900 static void __init free_area_init_node(int nid)
7901 {
7902         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
7903         unsigned long start_pfn = 0;
7904         unsigned long end_pfn = 0;
7905
7906         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
7907         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->kswapd_highest_zoneidx);
7908
7909         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
7910
7911         pgdat->node_id = nid;
7912         pgdat->node_start_pfn = start_pfn;
7913         pgdat->per_cpu_nodestats = NULL;
7914
7915         if (start_pfn != end_pfn) {
7916                 pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
7917                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
7918                         end_pfn ? ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1 : 0);
7919         } else {
7920                 pr_info("Initmem setup node %d as memoryless\n", nid);
7921         }
7922
7923         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn);
7924
7925         alloc_node_mem_map(pgdat);
7926         pgdat_set_deferred_range(pgdat);
7927
7928         free_area_init_core(pgdat);
7929 }
7930
7931 static void __init free_area_init_memoryless_node(int nid)
7932 {
7933         free_area_init_node(nid);
7934 }
7935
7936 #if MAX_NUMNODES > 1
7937 /*
7938  * Figure out the number of possible node ids.
7939  */
7940 void __init setup_nr_node_ids(void)
7941 {
7942         unsigned int highest;
7943
7944         highest = find_last_bit(node_possible_map.bits, MAX_NUMNODES);
7945         nr_node_ids = highest + 1;
7946 }
7947 #endif
7948
7949 /**
7950  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
7951  *
7952  * This function should be called after node map is populated and sorted.
7953  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
7954  * all the nodes.
7955  *
7956  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
7957  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
7958  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
7959  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
7960  *
7961  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
7962  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
7963  * populated node map.
7964  *
7965  * Return: the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
7966  * requirement (single node).
7967  */
7968 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
7969 {
7970         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
7971         unsigned long start, end, mask;
7972         int last_nid = NUMA_NO_NODE;
7973         int i, nid;
7974
7975         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
7976                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
7977                         last_nid = nid;
7978                         last_end = end;
7979                         continue;
7980                 }
7981
7982                 /*
7983                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
7984                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
7985                  * too coarse to separate the current node from the last.
7986                  */
7987                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
7988                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
7989                         mask <<= 1;
7990
7991                 /* accumulate all internode masks */
7992                 accl_mask |= mask;
7993         }
7994
7995         /* convert mask to number of pages */
7996         return ~accl_mask + 1;
7997 }
7998
7999 /*
8000  * early_calculate_totalpages()
8001  * Sum pages in active regions for movable zone.
8002  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
8003  */
8004 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
8005 {
8006         unsigned long totalpages = 0;
8007         unsigned long start_pfn, end_pfn;
8008         int i, nid;
8009
8010         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
8011                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
8012
8013                 totalpages += pages;
8014                 if (pages)
8015                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
8016         }
8017         return totalpages;
8018 }
8019
8020 /*
8021  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
8022  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
8023  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
8024  * others
8025  */
8026 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
8027 {
8028         int i, nid;
8029         unsigned long usable_startpfn;
8030         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
8031         /* save the state before borrow the nodemask */
8032         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
8033         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
8034         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
8035         struct memblock_region *r;
8036
8037         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
8038         find_usable_zone_for_movable();
8039
8040         /*
8041          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
8042          * options.
8043          */
8044         if (movable_node_is_enabled()) {
8045                 for_each_mem_region(r) {
8046                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
8047                                 continue;
8048
8049                         nid = memblock_get_region_node(r);
8050
8051                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
8052                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
8053                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
8054                                 usable_startpfn;
8055                 }
8056
8057                 goto out2;
8058         }
8059
8060         /*
8061          * If kernelcore=mirror is specified, ignore movablecore option
8062          */
8063         if (mirrored_kernelcore) {
8064                 bool mem_below_4gb_not_mirrored = false;
8065
8066                 for_each_mem_region(r) {
8067                         if (memblock_is_mirror(r))
8068                                 continue;
8069
8070                         nid = memblock_get_region_node(r);
8071
8072                         usable_startpfn = memblock_region_memory_base_pfn(r);
8073
8074                         if (usable_startpfn < PHYS_PFN(SZ_4G)) {
8075                                 mem_below_4gb_not_mirrored = true;
8076                                 continue;
8077                         }
8078
8079                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
8080                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
8081                                 usable_startpfn;
8082                 }
8083
8084                 if (mem_below_4gb_not_mirrored)
8085                         pr_warn("This configuration results in unmirrored kernel memory.\n");
8086
8087                 goto out2;
8088         }
8089
8090         /*
8091          * If kernelcore=nn% or movablecore=nn% was specified, calculate the
8092          * amount of necessary memory.
8093          */
8094         if (required_kernelcore_percent)
8095                 required_kernelcore = (totalpages * 100 * required_kernelcore_percent) /
8096                                        10000UL;
8097         if (required_movablecore_percent)
8098                 required_movablecore = (totalpages * 100 * required_movablecore_percent) /
8099                                         10000UL;
8100
8101         /*
8102          * If movablecore= was specified, calculate what size of
8103          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
8104          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
8105          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
8106          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
8107          * what movablecore would have allowed.
8108          */
8109         if (required_movablecore) {
8110                 unsigned long corepages;
8111
8112                 /*
8113                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
8114                  * was requested by the user
8115                  */
8116                 required_movablecore =
8117                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
8118                 required_movablecore = min(totalpages, required_movablecore);
8119                 corepages = totalpages - required_movablecore;
8120
8121                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
8122         }
8123
8124         /*
8125          * If kernelcore was not specified or kernelcore size is larger
8126          * than totalpages, there is no ZONE_MOVABLE.
8127          */
8128         if (!required_kernelcore || required_kernelcore >= totalpages)
8129                 goto out;
8130
8131         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
8132         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
8133
8134 restart:
8135         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
8136         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
8137         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
8138                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
8139
8140                 /*
8141                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
8142                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
8143                  * amount of memory for the kernel
8144                  */
8145                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
8146                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
8147
8148                 /*
8149                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
8150                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
8151                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
8152                  */
8153                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
8154
8155                 /* Go through each range of PFNs within this node */
8156                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
8157                         unsigned long size_pages;
8158
8159                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
8160                         if (start_pfn >= end_pfn)
8161                                 continue;
8162
8163                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
8164                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
8165                                 unsigned long kernel_pages;
8166                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
8167                                                                 - start_pfn;
8168
8169                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
8170                                                         kernelcore_remaining);
8171                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
8172                                                         required_kernelcore);
8173
8174                                 /* Continue if range is now fully accounted */
8175                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
8176
8177                                         /*
8178                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
8179                                          * that if we have to rebalance
8180                                          * kernelcore across nodes, we will
8181                                          * not double account here
8182                                          */
8183                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
8184                                         continue;
8185                                 }
8186                                 start_pfn = usable_startpfn;
8187                         }
8188
8189                         /*
8190                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
8191                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
8192                          * number of pages used as kernelcore
8193                          */
8194                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
8195                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
8196                                 size_pages = kernelcore_remaining;
8197                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
8198
8199                         /*
8200                          * Some kernelcore has been met, update counts and
8201                          * break if the kernelcore for this node has been
8202                          * satisfied
8203                          */
8204                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
8205                                                                 size_pages);
8206                         kernelcore_remaining -= size_pages;
8207                         if (!kernelcore_remaining)
8208                                 break;
8209                 }
8210         }
8211
8212         /*
8213          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
8214          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
8215          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
8216          * satisfied
8217          */
8218         usable_nodes--;
8219         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
8220                 goto restart;
8221
8222 out2:
8223         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
8224         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++) {
8225                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
8226
8227                 zone_movable_pfn[nid] =
8228                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
8229
8230                 get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
8231                 if (zone_movable_pfn[nid] >= end_pfn)
8232                         zone_movable_pfn[nid] = 0;
8233         }
8234
8235 out:
8236         /* restore the node_state */
8237         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
8238 }
8239
8240 /* Any regular or high memory on that node ? */
8241 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
8242 {
8243         enum zone_type zone_type;
8244
8245         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
8246                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
8247                 if (populated_zone(zone)) {
8248                         if (IS_ENABLED(CONFIG_HIGHMEM))
8249                                 node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
8250                         if (zone_type <= ZONE_NORMAL)
8251                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
8252                         break;
8253                 }
8254         }
8255 }
8256
8257 /*
8258  * Some architectures, e.g. ARC may have ZONE_HIGHMEM below ZONE_NORMAL. For
8259  * such cases we allow max_zone_pfn sorted in the descending order
8260  */
8261 bool __weak arch_has_descending_max_zone_pfns(void)
8262 {
8263         return false;
8264 }
8265
8266 /**
8267  * free_area_init - Initialise all pg_data_t and zone data
8268  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
8269  *
8270  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
8271  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
8272  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
8273  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
8274  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
8275  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
8276  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
8277  * at arch_max_dma_pfn.
8278  */
8279 void __init free_area_init(unsigned long *max_zone_pfn)
8280 {
8281         unsigned long start_pfn, end_pfn;
8282         int i, nid, zone;
8283         bool descending;
8284
8285         /* Record where the zone boundaries are */
8286         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
8287                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
8288         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
8289                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
8290
8291         start_pfn = PHYS_PFN(memblock_start_of_DRAM());
8292         descending = arch_has_descending_max_zone_pfns();
8293
8294         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
8295                 if (descending)
8296                         zone = MAX_NR_ZONES - i - 1;
8297                 else
8298                         zone = i;
8299
8300                 if (zone == ZONE_MOVABLE)
8301                         continue;
8302
8303                 end_pfn = max(max_zone_pfn[zone], start_pfn);
8304                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone] = start_pfn;
8305                 arch_zone_highest_possible_pfn[zone] = end_pfn;
8306
8307                 start_pfn = end_pfn;
8308         }
8309
8310         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
8311         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
8312         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
8313
8314         /* Print out the zone ranges */
8315         pr_info("Zone ranges:\n");
8316         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
8317                 if (i == ZONE_MOVABLE)
8318                         continue;
8319                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
8320                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
8321                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
8322                         pr_cont("empty\n");
8323                 else
8324                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
8325                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
8326                                         << PAGE_SHIFT,
8327                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
8328                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
8329         }
8330
8331         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
8332         pr_info("Movable zone start for each node\n");
8333         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
8334                 if (zone_movable_pfn[i])
8335                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
8336                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
8337         }
8338
8339         /*
8340          * Print out the early node map, and initialize the
8341          * subsection-map relative to active online memory ranges to
8342          * enable future "sub-section" extensions of the memory map.
8343          */
8344         pr_info("Early memory node ranges\n");
8345         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
8346                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
8347                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
8348                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
8349                 subsection_map_init(start_pfn, end_pfn - start_pfn);
8350         }
8351
8352         /* Initialise every node */
8353         mminit_verify_pageflags_layout();
8354         setup_nr_node_ids();
8355         for_each_node(nid) {
8356                 pg_data_t *pgdat;
8357
8358                 if (!node_online(nid)) {
8359                         pr_info("Initializing node %d as memoryless\n", nid);
8360
8361                         /* Allocator not initialized yet */
8362                         pgdat = arch_alloc_nodedata(nid);
8363                         if (!pgdat) {
8364                                 pr_err("Cannot allocate %zuB for node %d.\n",
8365                                                 sizeof(*pgdat), nid);
8366                                 continue;
8367                         }
8368                         arch_refresh_nodedata(nid, pgdat);
8369                         free_area_init_memoryless_node(nid);
8370
8371                         /*
8372                          * We do not want to confuse userspace by sysfs
8373                          * files/directories for node without any memory
8374                          * attached to it, so this node is not marked as
8375                          * N_MEMORY and not marked online so that no sysfs
8376                          * hierarchy will be created via register_one_node for
8377                          * it. The pgdat will get fully initialized by
8378                          * hotadd_init_pgdat() when memory is hotplugged into
8379                          * this node.
8380                          */
8381                         continue;
8382                 }
8383
8384                 pgdat = NODE_DATA(nid);
8385                 free_area_init_node(nid);
8386
8387                 /* Any memory on that node */
8388                 if (pgdat->node_present_pages)
8389                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
8390                 check_for_memory(pgdat, nid);
8391         }
8392
8393         memmap_init();
8394 }
8395
8396 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core,
8397                                      unsigned long *percent)
8398 {
8399         unsigned long long coremem;
8400         char *endptr;
8401
8402         if (!p)
8403                 return -EINVAL;
8404
8405         /* Value may be a percentage of total memory, otherwise bytes */
8406         coremem = simple_strtoull(p, &endptr, 0);
8407         if (*endptr == '%') {
8408                 /* Paranoid check for percent values greater than 100 */
8409                 WARN_ON(coremem > 100);
8410
8411                 *percent = coremem;
8412         } else {
8413                 coremem = memparse(p, &p);
8414                 /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
8415                 WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
8416
8417                 *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
8418                 *percent = 0UL;
8419         }
8420         return 0;
8421 }
8422
8423 /*
8424  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
8425  * cannot be reclaimed or migrated.
8426  */
8427 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
8428 {
8429         /* parse kernelcore=mirror */
8430         if (parse_option_str(p, "mirror")) {
8431                 mirrored_kernelcore = true;
8432                 return 0;
8433         }
8434
8435         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore,
8436                                   &required_kernelcore_percent);
8437 }
8438
8439 /*
8440  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
8441  * can be reclaimed or migrated.
8442  */
8443 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
8444 {
8445         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore,
8446                                   &required_movablecore_percent);
8447 }
8448
8449 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
8450 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
8451
8452 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
8453 {
8454         atomic_long_add(count, &page_zone(page)->managed_pages);
8455         totalram_pages_add(count);
8456 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
8457         if (PageHighMem(page))
8458                 totalhigh_pages_add(count);
8459 #endif
8460 }
8461 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
8462
8463 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, const char *s)
8464 {
8465         void *pos;
8466         unsigned long pages = 0;
8467
8468         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
8469         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
8470         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
8471                 struct page *page = virt_to_page(pos);
8472                 void *direct_map_addr;
8473
8474                 /*
8475                  * 'direct_map_addr' might be different from 'pos'
8476                  * because some architectures' virt_to_page()
8477                  * work with aliases.  Getting the direct map
8478                  * address ensures that we get a _writeable_
8479                  * alias for the memset().
8480                  */
8481                 direct_map_addr = page_address(page);
8482                 /*
8483                  * Perform a kasan-unchecked memset() since this memory
8484                  * has not been initialized.
8485                  */
8486                 direct_map_addr = kasan_reset_tag(direct_map_addr);
8487                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
8488                         memset(direct_map_addr, poison, PAGE_SIZE);
8489
8490                 free_reserved_page(page);
8491         }
8492
8493         if (pages && s)
8494                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK\n", s, K(pages));
8495
8496         return pages;
8497 }
8498
8499 void __init mem_init_print_info(void)
8500 {
8501         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
8502         unsigned long init_code_size, init_data_size;
8503
8504         physpages = get_num_physpages();
8505         codesize = _etext - _stext;
8506         datasize = _edata - _sdata;
8507         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
8508         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
8509         init_data_size = __init_end - __init_begin;
8510         init_code_size = _einittext - _sinittext;
8511
8512         /*
8513          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
8514          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
8515          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
8516          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
8517          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
8518          */
8519 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
8520         do { \
8521                 if (&start[0] <= &pos[0] && &pos[0] < &end[0] && size > adj) \
8522                         size -= adj; \
8523         } while (0)
8524
8525         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
8526                      _sinittext, init_code_size);
8527         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
8528         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
8529         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
8530         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
8531
8532 #undef  adj_init_size
8533
8534         pr_info("Memory: %luK/%luK available (%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, %luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
8535 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
8536                 ", %luK highmem"
8537 #endif
8538                 ")\n",
8539                 K(nr_free_pages()), K(physpages),
8540                 codesize / SZ_1K, datasize / SZ_1K, rosize / SZ_1K,
8541                 (init_data_size + init_code_size) / SZ_1K, bss_size / SZ_1K,
8542                 K(physpages - totalram_pages() - totalcma_pages),
8543                 K(totalcma_pages)
8544 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
8545                 , K(totalhigh_pages())
8546 #endif
8547                 );
8548 }
8549
8550 /**
8551  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
8552  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
8553  *
8554  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by managed_pages.
8555  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
8556  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
8557  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
8558  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
8559  * smaller per-cpu batchsize.
8560  */
8561 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
8562 {
8563         dma_reserve = new_dma_reserve;
8564 }
8565
8566 static int page_alloc_cpu_dead(unsigned int cpu)
8567 {
8568         struct zone *zone;
8569
8570         lru_add_drain_cpu(cpu);
8571         mlock_page_drain_remote(cpu);
8572         drain_pages(cpu);
8573
8574         /*
8575          * Spill the event counters of the dead processor
8576          * into the current processors event counters.
8577          * This artificially elevates the count of the current
8578          * processor.
8579          */
8580         vm_events_fold_cpu(cpu);
8581
8582         /*
8583          * Zero the differential counters of the dead processor
8584          * so that the vm statistics are consistent.
8585          *
8586          * This is only okay since the processor is dead and cannot
8587          * race with what we are doing.
8588          */
8589         cpu_vm_stats_fold(cpu);
8590
8591         for_each_populated_zone(zone)
8592                 zone_pcp_update(zone, 0);
8593
8594         return 0;
8595 }
8596
8597 static int page_alloc_cpu_online(unsigned int cpu)
8598 {
8599         struct zone *zone;
8600
8601         for_each_populated_zone(zone)
8602                 zone_pcp_update(zone, 1);
8603         return 0;
8604 }
8605
8606 #ifdef CONFIG_NUMA
8607 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
8608
8609 static int __init set_hashdist(char *str)
8610 {
8611         if (!str)
8612                 return 0;
8613         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
8614         return 1;
8615 }
8616 __setup("hashdist=", set_hashdist);
8617 #endif
8618
8619 void __init page_alloc_init(void)
8620 {
8621         int ret;
8622
8623 #ifdef CONFIG_NUMA
8624         if (num_node_state(N_MEMORY) == 1)
8625                 hashdist = 0;
8626 #endif
8627
8628         ret = cpuhp_setup_state_nocalls(CPUHP_PAGE_ALLOC,
8629                                         "mm/page_alloc:pcp",
8630                                         page_alloc_cpu_online,
8631                                         page_alloc_cpu_dead);
8632         WARN_ON(ret < 0);
8633 }
8634
8635 /*
8636  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
8637  *      or min_free_kbytes changes.
8638  */
8639 static void calculate_totalreserve_pages(void)
8640 {
8641         struct pglist_data *pgdat;
8642         unsigned long reserve_pages = 0;
8643         enum zone_type i, j;
8644
8645         for_each_online_pgdat(pgdat) {
8646
8647                 pgdat->totalreserve_pages = 0;
8648
8649                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
8650                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
8651                         long max = 0;
8652                         unsigned long managed_pages = zone_managed_pages(zone);
8653
8654                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
8655                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
8656                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
8657                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
8658                         }
8659
8660                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
8661                         max += high_wmark_pages(zone);
8662
8663                         if (max > managed_pages)
8664                                 max = managed_pages;
8665
8666                         pgdat->totalreserve_pages += max;
8667
8668                         reserve_pages += max;
8669                 }
8670         }
8671         totalreserve_pages = reserve_pages;
8672 }
8673
8674 /*
8675  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
8676  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
8677  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
8678  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
8679  */
8680 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
8681 {
8682         struct pglist_data *pgdat;
8683         enum zone_type i, j;
8684
8685         for_each_online_pgdat(pgdat) {
8686                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES - 1; i++) {
8687                         struct zone *zone = &pgdat->node_zones[i];
8688                         int ratio = sysctl_lowmem_reserve_ratio[i];
8689                         bool clear = !ratio || !zone_managed_pages(zone);
8690                         unsigned long managed_pages = 0;
8691
8692                         for (j = i + 1; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
8693                                 struct zone *upper_zone = &pgdat->node_zones[j];
8694
8695                                 managed_pages += zone_managed_pages(upper_zone);
8696
8697                                 if (clear)
8698                                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
8699                                 else
8700                                         zone->lowmem_reserve[j] = managed_pages / ratio;
8701                         }
8702                 }
8703         }
8704
8705         /* update totalreserve_pages */
8706         calculate_totalreserve_pages();
8707 }
8708
8709 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
8710 {
8711         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
8712         unsigned long lowmem_pages = 0;
8713         struct zone *zone;
8714         unsigned long flags;
8715
8716         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
8717         for_each_zone(zone) {
8718                 if (!is_highmem(zone))
8719                         lowmem_pages += zone_managed_pages(zone);
8720         }
8721
8722         for_each_zone(zone) {
8723                 u64 tmp;
8724
8725                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8726                 tmp = (u64)pages_min * zone_managed_pages(zone);
8727                 do_div(tmp, lowmem_pages);
8728                 if (is_highmem(zone)) {
8729                         /*
8730                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
8731                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
8732                          * value here.
8733                          *
8734                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
8735                          * deltas control async page reclaim, and so should
8736                          * not be capped for highmem.
8737                          */
8738                         unsigned long min_pages;
8739
8740                         min_pages = zone_managed_pages(zone) / 1024;
8741                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
8742                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
8743                 } else {
8744                         /*
8745                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
8746                          * proportionate to the zone's size.
8747                          */
8748                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = tmp;
8749                 }
8750
8751                 /*
8752                  * Set the kswapd watermarks distance according to the
8753                  * scale factor in proportion to available memory, but
8754                  * ensure a minimum size on small systems.
8755                  */
8756                 tmp = max_t(u64, tmp >> 2,
8757                             mult_frac(zone_managed_pages(zone),
8758                                       watermark_scale_factor, 10000));
8759
8760                 zone->watermark_boost = 0;
8761                 zone->_watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + tmp;
8762                 zone->_watermark[WMARK_HIGH] = low_wmark_pages(zone) + tmp;
8763                 zone->_watermark[WMARK_PROMO] = high_wmark_pages(zone) + tmp;
8764
8765                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8766         }
8767
8768         /* update totalreserve_pages */
8769         calculate_totalreserve_pages();
8770 }
8771
8772 /**
8773  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
8774  * or when memory is hot-{added|removed}
8775  *
8776  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
8777  * correctly with respect to min_free_kbytes.
8778  */
8779 void setup_per_zone_wmarks(void)
8780 {
8781         struct zone *zone;
8782         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
8783
8784         spin_lock(&lock);
8785         __setup_per_zone_wmarks();
8786         spin_unlock(&lock);
8787
8788         /*
8789          * The watermark size have changed so update the pcpu batch
8790          * and high limits or the limits may be inappropriate.
8791          */
8792         for_each_zone(zone)
8793                 zone_pcp_update(zone, 0);
8794 }
8795
8796 /*
8797  * Initialise min_free_kbytes.
8798  *
8799  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
8800  * we want it large (256MB max).  But it is not linear, because network
8801  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
8802  *
8803  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
8804  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
8805  *
8806  * which yields
8807  *
8808  * 16MB:        512k
8809  * 32MB:        724k
8810  * 64MB:        1024k
8811  * 128MB:       1448k
8812  * 256MB:       2048k
8813  * 512MB:       2896k
8814  * 1024MB:      4096k
8815  * 2048MB:      5792k
8816  * 4096MB:      8192k
8817  * 8192MB:      11584k
8818  * 16384MB:     16384k
8819  */
8820 void calculate_min_free_kbytes(void)
8821 {
8822         unsigned long lowmem_kbytes;
8823         int new_min_free_kbytes;
8824
8825         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
8826         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
8827
8828         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes)
8829                 min_free_kbytes = clamp(new_min_free_kbytes, 128, 262144);
8830         else
8831                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
8832                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
8833
8834 }
8835
8836 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
8837 {
8838         calculate_min_free_kbytes();
8839         setup_per_zone_wmarks();
8840         refresh_zone_stat_thresholds();
8841         setup_per_zone_lowmem_reserve();
8842
8843 #ifdef CONFIG_NUMA
8844         setup_min_unmapped_ratio();
8845         setup_min_slab_ratio();
8846 #endif
8847
8848         khugepaged_min_free_kbytes_update();
8849
8850         return 0;
8851 }
8852 postcore_initcall(init_per_zone_wmark_min)
8853
8854 /*
8855  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
8856  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
8857  *      changes.
8858  */
8859 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8860                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8861 {
8862         int rc;
8863
8864         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8865         if (rc)
8866                 return rc;
8867
8868         if (write) {
8869                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
8870                 setup_per_zone_wmarks();
8871         }
8872         return 0;
8873 }
8874
8875 int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8876                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8877 {
8878         int rc;
8879
8880         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8881         if (rc)
8882                 return rc;
8883
8884         if (write)
8885                 setup_per_zone_wmarks();
8886
8887         return 0;
8888 }
8889
8890 #ifdef CONFIG_NUMA
8891 static void setup_min_unmapped_ratio(void)
8892 {
8893         pg_data_t *pgdat;
8894         struct zone *zone;
8895
8896         for_each_online_pgdat(pgdat)
8897                 pgdat->min_unmapped_pages = 0;
8898
8899         for_each_zone(zone)
8900                 zone->zone_pgdat->min_unmapped_pages += (zone_managed_pages(zone) *
8901                                                          sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
8902 }
8903
8904
8905 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8906                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8907 {
8908         int rc;
8909
8910         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8911         if (rc)
8912                 return rc;
8913
8914         setup_min_unmapped_ratio();
8915
8916         return 0;
8917 }
8918
8919 static void setup_min_slab_ratio(void)
8920 {
8921         pg_data_t *pgdat;
8922         struct zone *zone;
8923
8924         for_each_online_pgdat(pgdat)
8925                 pgdat->min_slab_pages = 0;
8926
8927         for_each_zone(zone)
8928                 zone->zone_pgdat->min_slab_pages += (zone_managed_pages(zone) *
8929                                                      sysctl_min_slab_ratio) / 100;
8930 }
8931
8932 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8933                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8934 {
8935         int rc;
8936
8937         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8938         if (rc)
8939                 return rc;
8940
8941         setup_min_slab_ratio();
8942
8943         return 0;
8944 }
8945 #endif
8946
8947 /*
8948  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
8949  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
8950  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
8951  *
8952  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
8953  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
8954  * if in function of the boot time zone sizes.
8955  */
8956 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8957                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8958 {
8959         int i;
8960
8961         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8962
8963         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
8964                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[i] < 1)
8965                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[i] = 0;
8966         }
8967
8968         setup_per_zone_lowmem_reserve();
8969         return 0;
8970 }
8971
8972 /*
8973  * percpu_pagelist_high_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
8974  * cpu. It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
8975  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
8976  */
8977 int percpu_pagelist_high_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table,
8978                 int write, void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8979 {
8980         struct zone *zone;
8981         int old_percpu_pagelist_high_fraction;
8982         int ret;
8983
8984         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
8985         old_percpu_pagelist_high_fraction = percpu_pagelist_high_fraction;
8986
8987         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8988         if (!write || ret < 0)
8989                 goto out;
8990
8991         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
8992         if (percpu_pagelist_high_fraction &&
8993             percpu_pagelist_high_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_HIGH_FRACTION) {
8994                 percpu_pagelist_high_fraction = old_percpu_pagelist_high_fraction;
8995                 ret = -EINVAL;
8996                 goto out;
8997         }
8998
8999         /* No change? */
9000         if (percpu_pagelist_high_fraction == old_percpu_pagelist_high_fraction)
9001                 goto out;
9002
9003         for_each_populated_zone(zone)
9004                 zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0);
9005 out:
9006         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
9007         return ret;
9008 }
9009
9010 #ifndef __HAVE_ARCH_RESERVED_KERNEL_PAGES
9011 /*
9012  * Returns the number of pages that arch has reserved but
9013  * is not known to alloc_large_system_hash().
9014  */
9015 static unsigned long __init arch_reserved_kernel_pages(void)
9016 {
9017         return 0;
9018 }
9019 #endif
9020
9021 /*
9022  * Adaptive scale is meant to reduce sizes of hash tables on large memory
9023  * machines. As memory size is increased the scale is also increased but at
9024  * slower pace.  Starting from ADAPT_SCALE_BASE (64G), every time memory
9025  * quadruples the scale is increased by one, which means the size of hash table
9026  * only doubles, instead of quadrupling as well.
9027  * Because 32-bit systems cannot have large physical memory, where this scaling
9028  * makes sense, it is disabled on such platforms.
9029  */
9030 #if __BITS_PER_LONG > 32
9031 #define ADAPT_SCALE_BASE        (64ul << 30)
9032 #define ADAPT_SCALE_SHIFT       2
9033 #define ADAPT_SCALE_NPAGES      (ADAPT_SCALE_BASE >> PAGE_SHIFT)
9034 #endif
9035
9036 /*
9037  * allocate a large system hash table from bootmem
9038  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
9039  *   quantity of entries
9040  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
9041  */
9042 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
9043                                      unsigned long bucketsize,
9044                                      unsigned long numentries,
9045                                      int scale,
9046                                      int flags,
9047                                      unsigned int *_hash_shift,
9048                                      unsigned int *_hash_mask,
9049                                      unsigned long low_limit,
9050                                      unsigned long high_limit)
9051 {
9052         unsigned long long max = high_limit;
9053         unsigned long log2qty, size;
9054         void *table;
9055         gfp_t gfp_flags;
9056         bool virt;
9057         bool huge;
9058
9059         /* allow the kernel cmdline to have a say */
9060         if (!numentries) {
9061                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
9062                 numentries = nr_kernel_pages;
9063                 numentries -= arch_reserved_kernel_pages();
9064
9065                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
9066                 if (PAGE_SIZE < SZ_1M)
9067                         numentries = round_up(numentries, SZ_1M / PAGE_SIZE);
9068
9069 #if __BITS_PER_LONG > 32
9070                 if (!high_limit) {
9071                         unsigned long adapt;
9072
9073                         for (adapt = ADAPT_SCALE_NPAGES; adapt < numentries;
9074                              adapt <<= ADAPT_SCALE_SHIFT)
9075                                 scale++;
9076                 }
9077 #endif
9078
9079                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
9080                 if (scale > PAGE_SHIFT)
9081                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
9082                 else
9083                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
9084
9085                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
9086                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
9087                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
9088                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
9089                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
9090                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
9091                                 BUG_ON(!numentries);
9092                         }
9093                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
9094                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
9095         }
9096         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
9097
9098         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
9099         if (max == 0) {
9100                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
9101                 do_div(max, bucketsize);
9102         }
9103         max = min(max, 0x80000000ULL);
9104
9105         if (numentries < low_limit)
9106                 numentries = low_limit;
9107         if (numentries > max)
9108                 numentries = max;
9109
9110         log2qty = ilog2(numentries);
9111
9112         gfp_flags = (flags & HASH_ZERO) ? GFP_ATOMIC | __GFP_ZERO : GFP_ATOMIC;
9113         do {
9114                 virt = false;
9115                 size = bucketsize << log2qty;
9116                 if (flags & HASH_EARLY) {
9117                         if (flags & HASH_ZERO)
9118                                 table = memblock_alloc(size, SMP_CACHE_BYTES);
9119                         else
9120                                 table = memblock_alloc_raw(size,
9121                                                            SMP_CACHE_BYTES);
9122                 } else if (get_order(size) >= MAX_ORDER || hashdist) {
9123                         table = vmalloc_huge(size, gfp_flags);
9124                         virt = true;
9125                         if (table)
9126                                 huge = is_vm_area_hugepages(table);
9127                 } else {
9128                         /*
9129                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
9130                          * some pages at the end of hash table which
9131                          * alloc_pages_exact() automatically does
9132                          */
9133                         table = alloc_pages_exact(size, gfp_flags);
9134                         kmemleak_alloc(table, size, 1, gfp_flags);
9135                 }
9136         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
9137
9138         if (!table)
9139                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
9140
9141         pr_info("%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes, %s)\n",
9142                 tablename, 1UL << log2qty, ilog2(size) - PAGE_SHIFT, size,
9143                 virt ? (huge ? "vmalloc hugepage" : "vmalloc") : "linear");
9144
9145         if (_hash_shift)
9146                 *_hash_shift = log2qty;
9147         if (_hash_mask)
9148                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
9149
9150         return table;
9151 }
9152
9153 #ifdef CONFIG_CONTIG_ALLOC
9154 #if defined(CONFIG_DYNAMIC_DEBUG) || \
9155         (defined(CONFIG_DYNAMIC_DEBUG_CORE) && defined(DYNAMIC_DEBUG_MODULE))
9156 /* Usage: See admin-guide/dynamic-debug-howto.rst */
9157 static void alloc_contig_dump_pages(struct list_head *page_list)
9158 {
9159         DEFINE_DYNAMIC_DEBUG_METADATA(descriptor, "migrate failure");
9160
9161         if (DYNAMIC_DEBUG_BRANCH(descriptor)) {
9162                 struct page *page;
9163
9164                 dump_stack();
9165                 list_for_each_entry(page, page_list, lru)
9166                         dump_page(page, "migration failure");
9167         }
9168 }
9169 #else
9170 static inline void alloc_contig_dump_pages(struct list_head *page_list)
9171 {
9172 }
9173 #endif
9174
9175 /* [start, end) must belong to a single zone. */
9176 int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
9177                                         unsigned long start, unsigned long end)
9178 {
9179         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
9180         unsigned int nr_reclaimed;
9181         unsigned long pfn = start;
9182         unsigned int tries = 0;
9183         int ret = 0;
9184         struct migration_target_control mtc = {
9185                 .nid = zone_to_nid(cc->zone),
9186                 .gfp_mask = GFP_USER | __GFP_MOVABLE | __GFP_RETRY_MAYFAIL,
9187         };
9188
9189         lru_cache_disable();
9190
9191         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
9192                 if (fatal_signal_pending(current)) {
9193                         ret = -EINTR;
9194                         break;
9195                 }
9196
9197                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
9198                         cc->nr_migratepages = 0;
9199                         ret = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
9200                         if (ret && ret != -EAGAIN)
9201                                 break;
9202                         pfn = cc->migrate_pfn;
9203                         tries = 0;
9204                 } else if (++tries == 5) {
9205                         ret = -EBUSY;
9206                         break;
9207                 }
9208
9209                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
9210                                                         &cc->migratepages);
9211                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
9212
9213                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migration_target,
9214                         NULL, (unsigned long)&mtc, cc->mode, MR_CONTIG_RANGE, NULL);
9215
9216                 /*
9217                  * On -ENOMEM, migrate_pages() bails out right away. It is pointless
9218                  * to retry again over this error, so do the same here.
9219                  */
9220                 if (ret == -ENOMEM)
9221                         break;
9222         }
9223
9224         lru_cache_enable();
9225         if (ret < 0) {
9226                 if (!(cc->gfp_mask & __GFP_NOWARN) && ret == -EBUSY)
9227                         alloc_contig_dump_pages(&cc->migratepages);
9228                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
9229                 return ret;
9230         }
9231         return 0;
9232 }
9233
9234 /**
9235  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
9236  * @start:      start PFN to allocate
9237  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
9238  * @migratetype:        migratetype of the underlying pageblocks (either
9239  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
9240  *                      in range must have the same migratetype and it must
9241  *                      be either of the two.
9242  * @gfp_mask:   GFP mask to use during compaction
9243  *
9244  * The PFN range does not have to be pageblock aligned. The PFN range must
9245  * belong to a single zone.
9246  *
9247  * The first thing this routine does is attempt to MIGRATE_ISOLATE all
9248  * pageblocks in the range.  Once isolated, the pageblocks should not
9249  * be modified by others.
9250  *
9251  * Return: zero on success or negative error code.  On success all
9252  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
9253  * need to be freed with free_contig_range().
9254  */
9255 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
9256                        unsigned migratetype, gfp_t gfp_mask)
9257 {
9258         unsigned long outer_start, outer_end;
9259         int order;
9260         int ret = 0;
9261
9262         struct compact_control cc = {
9263                 .nr_migratepages = 0,
9264                 .order = -1,
9265                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
9266                 .mode = MIGRATE_SYNC,
9267                 .ignore_skip_hint = true,
9268                 .no_set_skip_hint = true,
9269                 .gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask),
9270                 .alloc_contig = true,
9271         };
9272         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
9273
9274         /*
9275          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
9276          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
9277          * have different sizes, and due to the way page allocator
9278          * work, start_isolate_page_range() has special handlings for this.
9279          *
9280          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
9281          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
9282          * we are interested in). This will put all the pages in
9283          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
9284          *
9285          * When this is done, we take the pages in range from page
9286          * allocator removing them from the buddy system.  This way
9287          * page allocator will never consider using them.
9288          *
9289          * This lets us mark the pageblocks back as
9290          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
9291          * aligned range but not in the unaligned, original range are
9292          * put back to page allocator so that buddy can use them.
9293          */
9294
9295         ret = start_isolate_page_range(start, end, migratetype, 0, gfp_mask);
9296         if (ret)
9297                 goto done;
9298
9299         drain_all_pages(cc.zone);
9300
9301         /*
9302          * In case of -EBUSY, we'd like to know which page causes problem.
9303          * So, just fall through. test_pages_isolated() has a tracepoint
9304          * which will report the busy page.
9305          *
9306          * It is possible that busy pages could become available before
9307          * the call to test_pages_isolated, and the range will actually be
9308          * allocated.  So, if we fall through be sure to clear ret so that
9309          * -EBUSY is not accidentally used or returned to caller.
9310          */
9311         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
9312         if (ret && ret != -EBUSY)
9313                 goto done;
9314         ret = 0;
9315
9316         /*
9317          * Pages from [start, end) are within a pageblock_nr_pages
9318          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
9319          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
9320          * What we are going to do is to allocate all pages from
9321          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
9322          *
9323          * The only problem is that pages at the beginning and at the
9324          * end of interesting range may be not aligned with pages that
9325          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
9326          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
9327          * once this is done free the pages we are not interested in.
9328          *
9329          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
9330          * isolated thus they won't get removed from buddy.
9331          */
9332
9333         order = 0;
9334         outer_start = start;
9335         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
9336                 if (++order >= MAX_ORDER) {
9337                         outer_start = start;
9338                         break;
9339                 }
9340                 outer_start &= ~0UL << order;
9341         }
9342
9343         if (outer_start != start) {
9344                 order = buddy_order(pfn_to_page(outer_start));
9345
9346                 /*
9347                  * outer_start page could be small order buddy page and
9348                  * it doesn't include start page. Adjust outer_start
9349                  * in this case to report failed page properly
9350                  * on tracepoint in test_pages_isolated()
9351                  */
9352                 if (outer_start + (1UL << order) <= start)
9353                         outer_start = start;
9354         }
9355
9356         /* Make sure the range is really isolated. */
9357         if (test_pages_isolated(outer_start, end, 0)) {
9358                 ret = -EBUSY;
9359                 goto done;
9360         }
9361
9362         /* Grab isolated pages from freelists. */
9363         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
9364         if (!outer_end) {
9365                 ret = -EBUSY;
9366                 goto done;
9367         }
9368
9369         /* Free head and tail (if any) */
9370         if (start != outer_start)
9371                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
9372         if (end != outer_end)
9373                 free_contig_range(end, outer_end - end);
9374
9375 done:
9376         undo_isolate_page_range(start, end, migratetype);
9377         return ret;
9378 }
9379 EXPORT_SYMBOL(alloc_contig_range);
9380
9381 static int __alloc_contig_pages(unsigned long start_pfn,
9382                                 unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask)
9383 {
9384         unsigned long end_pfn = start_pfn + nr_pages;
9385
9386         return alloc_contig_range(start_pfn, end_pfn, MIGRATE_MOVABLE,
9387                                   gfp_mask);
9388 }
9389
9390 static bool pfn_range_valid_contig(struct zone *z, unsigned long start_pfn,
9391                                    unsigned long nr_pages)
9392 {
9393         unsigned long i, end_pfn = start_pfn + nr_pages;
9394         struct page *page;
9395
9396         for (i = start_pfn; i < end_pfn; i++) {
9397                 page = pfn_to_online_page(i);
9398                 if (!page)
9399                         return false;
9400
9401                 if (page_zone(page) != z)
9402                         return false;
9403
9404                 if (PageReserved(page))
9405                         return false;
9406         }
9407         return true;
9408 }
9409
9410 static bool zone_spans_last_pfn(const struct zone *zone,
9411                                 unsigned long start_pfn, unsigned long nr_pages)
9412 {
9413         unsigned long last_pfn = start_pfn + nr_pages - 1;
9414
9415         return zone_spans_pfn(zone, last_pfn);
9416 }
9417
9418 /**
9419  * alloc_contig_pages() -- tries to find and allocate contiguous range of pages
9420  * @nr_pages:   Number of contiguous pages to allocate
9421  * @gfp_mask:   GFP mask to limit search and used during compaction
9422  * @nid:        Target node
9423  * @nodemask:   Mask for other possible nodes
9424  *
9425  * This routine is a wrapper around alloc_contig_range(). It scans over zones
9426  * on an applicable zonelist to find a contiguous pfn range which can then be
9427  * tried for allocation with alloc_contig_range(). This routine is intended
9428  * for allocation requests which can not be fulfilled with the buddy allocator.
9429  *
9430  * The allocated memory is always aligned to a page boundary. If nr_pages is a
9431  * power of two, then allocated range is also guaranteed to be aligned to same
9432  * nr_pages (e.g. 1GB request would be aligned to 1GB).
9433  *
9434  * Allocated pages can be freed with free_contig_range() or by manually calling
9435  * __free_page() on each allocated page.
9436  *
9437  * Return: pointer to contiguous pages on success, or NULL if not successful.
9438  */
9439 struct page *alloc_contig_pages(unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask,
9440                                 int nid, nodemask_t *nodemask)
9441 {
9442         unsigned long ret, pfn, flags;
9443         struct zonelist *zonelist;
9444         struct zone *zone;
9445         struct zoneref *z;
9446
9447         zonelist = node_zonelist(nid, gfp_mask);
9448         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
9449                                         gfp_zone(gfp_mask), nodemask) {
9450                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9451
9452                 pfn = ALIGN(zone->zone_start_pfn, nr_pages);
9453                 while (zone_spans_last_pfn(zone, pfn, nr_pages)) {
9454                         if (pfn_range_valid_contig(zone, pfn, nr_pages)) {
9455                                 /*
9456                                  * We release the zone lock here because
9457                                  * alloc_contig_range() will also lock the zone
9458                                  * at some point. If there's an allocation
9459                                  * spinning on this lock, it may win the race
9460                                  * and cause alloc_contig_range() to fail...
9461                                  */
9462                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9463                                 ret = __alloc_contig_pages(pfn, nr_pages,
9464                                                         gfp_mask);
9465                                 if (!ret)
9466                                         return pfn_to_page(pfn);
9467                                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9468                         }
9469                         pfn += nr_pages;
9470                 }
9471                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9472         }
9473         return NULL;
9474 }
9475 #endif /* CONFIG_CONTIG_ALLOC */
9476
9477 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned long nr_pages)
9478 {
9479         unsigned long count = 0;
9480
9481         for (; nr_pages--; pfn++) {
9482                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
9483
9484                 count += page_count(page) != 1;
9485                 __free_page(page);
9486         }
9487         WARN(count != 0, "%lu pages are still in use!\n", count);
9488 }
9489 EXPORT_SYMBOL(free_contig_range);
9490
9491 /*
9492  * Effectively disable pcplists for the zone by setting the high limit to 0
9493  * and draining all cpus. A concurrent page freeing on another CPU that's about
9494  * to put the page on pcplist will either finish before the drain and the page
9495  * will be drained, or observe the new high limit and skip the pcplist.
9496  *
9497  * Must be paired with a call to zone_pcp_enable().
9498  */
9499 void zone_pcp_disable(struct zone *zone)
9500 {
9501         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
9502         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0, 1);
9503         __drain_all_pages(zone, true);
9504 }
9505
9506 void zone_pcp_enable(struct zone *zone)
9507 {
9508         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, zone->pageset_high, zone->pageset_batch);
9509         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
9510 }
9511
9512 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
9513 {
9514         int cpu;
9515         struct per_cpu_zonestat *pzstats;
9516
9517         if (zone->per_cpu_pageset != &boot_pageset) {
9518                 for_each_online_cpu(cpu) {
9519                         pzstats = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_zonestats, cpu);
9520                         drain_zonestat(zone, pzstats);
9521                 }
9522                 free_percpu(zone->per_cpu_pageset);
9523                 zone->per_cpu_pageset = &boot_pageset;
9524                 if (zone->per_cpu_zonestats != &boot_zonestats) {
9525                         free_percpu(zone->per_cpu_zonestats);
9526                         zone->per_cpu_zonestats = &boot_zonestats;
9527                 }
9528         }
9529 }
9530
9531 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
9532 /*
9533  * All pages in the range must be in a single zone, must not contain holes,
9534  * must span full sections, and must be isolated before calling this function.
9535  */
9536 void __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
9537 {
9538         unsigned long pfn = start_pfn;
9539         struct page *page;
9540         struct zone *zone;
9541         unsigned int order;
9542         unsigned long flags;
9543
9544         offline_mem_sections(pfn, end_pfn);
9545         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
9546         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9547         while (pfn < end_pfn) {
9548                 page = pfn_to_page(pfn);
9549                 /*
9550                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
9551                  * page_count() is not 0.
9552                  */
9553                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
9554                         pfn++;
9555                         continue;
9556                 }
9557                 /*
9558                  * At this point all remaining PageOffline() pages have a
9559                  * reference count of 0 and can simply be skipped.
9560                  */
9561                 if (PageOffline(page)) {
9562                         BUG_ON(page_count(page));
9563                         BUG_ON(PageBuddy(page));
9564                         pfn++;
9565                         continue;
9566                 }
9567
9568                 BUG_ON(page_count(page));
9569                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
9570                 order = buddy_order(page);
9571                 del_page_from_free_list(page, zone, order);
9572                 pfn += (1 << order);
9573         }
9574         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9575 }
9576 #endif
9577
9578 /*
9579  * This function returns a stable result only if called under zone lock.
9580  */
9581 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
9582 {
9583         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
9584         unsigned int order;
9585
9586         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
9587                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
9588
9589                 if (PageBuddy(page_head) &&
9590                     buddy_order_unsafe(page_head) >= order)
9591                         break;
9592         }
9593
9594         return order < MAX_ORDER;
9595 }
9596 EXPORT_SYMBOL(is_free_buddy_page);
9597
9598 #ifdef CONFIG_MEMORY_FAILURE
9599 /*
9600  * Break down a higher-order page in sub-pages, and keep our target out of
9601  * buddy allocator.
9602  */
9603 static void break_down_buddy_pages(struct zone *zone, struct page *page,
9604                                    struct page *target, int low, int high,
9605                                    int migratetype)
9606 {
9607         unsigned long size = 1 << high;
9608         struct page *current_buddy, *next_page;
9609
9610         while (high > low) {
9611                 high--;
9612                 size >>= 1;
9613
9614                 if (target >= &page[size]) {
9615                         next_page = page + size;
9616                         current_buddy = page;
9617                 } else {
9618                         next_page = page;
9619                         current_buddy = page + size;
9620                 }
9621
9622                 if (set_page_guard(zone, current_buddy, high, migratetype))
9623                         continue;
9624
9625                 if (current_buddy != target) {
9626                         add_to_free_list(current_buddy, zone, high, migratetype);
9627                         set_buddy_order(current_buddy, high);
9628                         page = next_page;
9629                 }
9630         }
9631 }
9632
9633 /*
9634  * Take a page that will be marked as poisoned off the buddy allocator.
9635  */
9636 bool take_page_off_buddy(struct page *page)
9637 {
9638         struct zone *zone = page_zone(page);
9639         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
9640         unsigned long flags;
9641         unsigned int order;
9642         bool ret = false;
9643
9644         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9645         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
9646                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
9647                 int page_order = buddy_order(page_head);
9648
9649                 if (PageBuddy(page_head) && page_order >= order) {
9650                         unsigned long pfn_head = page_to_pfn(page_head);
9651                         int migratetype = get_pfnblock_migratetype(page_head,
9652                                                                    pfn_head);
9653
9654                         del_page_from_free_list(page_head, zone, page_order);
9655                         break_down_buddy_pages(zone, page_head, page, 0,
9656                                                 page_order, migratetype);
9657                         SetPageHWPoisonTakenOff(page);
9658                         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
9659                                 __mod_zone_freepage_state(zone, -1, migratetype);
9660                         ret = true;
9661                         break;
9662                 }
9663                 if (page_count(page_head) > 0)
9664                         break;
9665         }
9666         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9667         return ret;
9668 }
9669
9670 /*
9671  * Cancel takeoff done by take_page_off_buddy().
9672  */
9673 bool put_page_back_buddy(struct page *page)
9674 {
9675         struct zone *zone = page_zone(page);
9676         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
9677         unsigned long flags;
9678         int migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
9679         bool ret = false;
9680
9681         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9682         if (put_page_testzero(page)) {
9683                 ClearPageHWPoisonTakenOff(page);
9684                 __free_one_page(page, pfn, zone, 0, migratetype, FPI_NONE);
9685                 if (TestClearPageHWPoison(page)) {
9686                         ret = true;
9687                 }
9688         }
9689         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9690
9691         return ret;
9692 }
9693 #endif
9694
9695 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
9696 bool has_managed_dma(void)
9697 {
9698         struct pglist_data *pgdat;
9699
9700         for_each_online_pgdat(pgdat) {
9701                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[ZONE_DMA];
9702
9703                 if (managed_zone(zone))
9704                         return true;
9705         }
9706         return false;
9707 }
9708 #endif /* CONFIG_ZONE_DMA */