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