mm: parallelize deferred_init_memmap()
[linux-2.6-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/migrate.h>
61 #include <linux/hugetlb.h>
62 #include <linux/sched/rt.h>
63 #include <linux/sched/mm.h>
64 #include <linux/page_owner.h>
65 #include <linux/kthread.h>
66 #include <linux/memcontrol.h>
67 #include <linux/ftrace.h>
68 #include <linux/lockdep.h>
69 #include <linux/nmi.h>
70 #include <linux/psi.h>
71 #include <linux/padata.h>
72
73 #include <asm/sections.h>
74 #include <asm/tlbflush.h>
75 #include <asm/div64.h>
76 #include "internal.h"
77 #include "shuffle.h"
78 #include "page_reporting.h"
79
80 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
81 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
82 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION    (8)
83
84 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
85 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
86 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
87 #endif
88
89 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(vm_numa_stat_key);
90
91 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
92 /*
93  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
94  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
95  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
96  * defined in <linux/topology.h>.
97  */
98 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
99 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
100 #endif
101
102 /* work_structs for global per-cpu drains */
103 struct pcpu_drain {
104         struct zone *zone;
105         struct work_struct work;
106 };
107 static DEFINE_MUTEX(pcpu_drain_mutex);
108 static DEFINE_PER_CPU(struct pcpu_drain, pcpu_drain);
109
110 #ifdef CONFIG_GCC_PLUGIN_LATENT_ENTROPY
111 volatile unsigned long latent_entropy __latent_entropy;
112 EXPORT_SYMBOL(latent_entropy);
113 #endif
114
115 /*
116  * Array of node states.
117  */
118 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
119         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
120         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
121 #ifndef CONFIG_NUMA
122         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
123 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
124         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
125 #endif
126         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
127         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
128 #endif  /* NUMA */
129 };
130 EXPORT_SYMBOL(node_states);
131
132 atomic_long_t _totalram_pages __read_mostly;
133 EXPORT_SYMBOL(_totalram_pages);
134 unsigned long totalreserve_pages __read_mostly;
135 unsigned long totalcma_pages __read_mostly;
136
137 int percpu_pagelist_fraction;
138 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
139 #ifdef CONFIG_INIT_ON_ALLOC_DEFAULT_ON
140 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(init_on_alloc);
141 #else
142 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(init_on_alloc);
143 #endif
144 EXPORT_SYMBOL(init_on_alloc);
145
146 #ifdef CONFIG_INIT_ON_FREE_DEFAULT_ON
147 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(init_on_free);
148 #else
149 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(init_on_free);
150 #endif
151 EXPORT_SYMBOL(init_on_free);
152
153 static int __init early_init_on_alloc(char *buf)
154 {
155         int ret;
156         bool bool_result;
157
158         if (!buf)
159                 return -EINVAL;
160         ret = kstrtobool(buf, &bool_result);
161         if (bool_result && page_poisoning_enabled())
162                 pr_info("mem auto-init: CONFIG_PAGE_POISONING is on, will take precedence over init_on_alloc\n");
163         if (bool_result)
164                 static_branch_enable(&init_on_alloc);
165         else
166                 static_branch_disable(&init_on_alloc);
167         return ret;
168 }
169 early_param("init_on_alloc", early_init_on_alloc);
170
171 static int __init early_init_on_free(char *buf)
172 {
173         int ret;
174         bool bool_result;
175
176         if (!buf)
177                 return -EINVAL;
178         ret = kstrtobool(buf, &bool_result);
179         if (bool_result && page_poisoning_enabled())
180                 pr_info("mem auto-init: CONFIG_PAGE_POISONING is on, will take precedence over init_on_free\n");
181         if (bool_result)
182                 static_branch_enable(&init_on_free);
183         else
184                 static_branch_disable(&init_on_free);
185         return ret;
186 }
187 early_param("init_on_free", early_init_on_free);
188
189 /*
190  * A cached value of the page's pageblock's migratetype, used when the page is
191  * put on a pcplist. Used to avoid the pageblock migratetype lookup when
192  * freeing from pcplists in most cases, at the cost of possibly becoming stale.
193  * Also the migratetype set in the page does not necessarily match the pcplist
194  * index, e.g. page might have MIGRATE_CMA set but be on a pcplist with any
195  * other index - this ensures that it will be put on the correct CMA freelist.
196  */
197 static inline int get_pcppage_migratetype(struct page *page)
198 {
199         return page->index;
200 }
201
202 static inline void set_pcppage_migratetype(struct page *page, int migratetype)
203 {
204         page->index = migratetype;
205 }
206
207 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
208 /*
209  * The following functions are used by the suspend/hibernate code to temporarily
210  * change gfp_allowed_mask in order to avoid using I/O during memory allocations
211  * while devices are suspended.  To avoid races with the suspend/hibernate code,
212  * they should always be called with system_transition_mutex held
213  * (gfp_allowed_mask also should only be modified with system_transition_mutex
214  * held, unless the suspend/hibernate code is guaranteed not to run in parallel
215  * with that modification).
216  */
217
218 static gfp_t saved_gfp_mask;
219
220 void pm_restore_gfp_mask(void)
221 {
222         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
223         if (saved_gfp_mask) {
224                 gfp_allowed_mask = saved_gfp_mask;
225                 saved_gfp_mask = 0;
226         }
227 }
228
229 void pm_restrict_gfp_mask(void)
230 {
231         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
232         WARN_ON(saved_gfp_mask);
233         saved_gfp_mask = gfp_allowed_mask;
234         gfp_allowed_mask &= ~(__GFP_IO | __GFP_FS);
235 }
236
237 bool pm_suspended_storage(void)
238 {
239         if ((gfp_allowed_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
240                 return false;
241         return true;
242 }
243 #endif /* CONFIG_PM_SLEEP */
244
245 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
246 unsigned int pageblock_order __read_mostly;
247 #endif
248
249 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order);
250
251 /*
252  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
253  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
254  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
255  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
256  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
257  *      HIGHMEM allocation will leave (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
258  *
259  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
260  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
261  */
262 int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES] = {
263 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
264         [ZONE_DMA] = 256,
265 #endif
266 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
267         [ZONE_DMA32] = 256,
268 #endif
269         [ZONE_NORMAL] = 32,
270 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
271         [ZONE_HIGHMEM] = 0,
272 #endif
273         [ZONE_MOVABLE] = 0,
274 };
275
276 static char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
277 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
278          "DMA",
279 #endif
280 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
281          "DMA32",
282 #endif
283          "Normal",
284 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
285          "HighMem",
286 #endif
287          "Movable",
288 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
289          "Device",
290 #endif
291 };
292
293 const char * const migratetype_names[MIGRATE_TYPES] = {
294         "Unmovable",
295         "Movable",
296         "Reclaimable",
297         "HighAtomic",
298 #ifdef CONFIG_CMA
299         "CMA",
300 #endif
301 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
302         "Isolate",
303 #endif
304 };
305
306 compound_page_dtor * const compound_page_dtors[NR_COMPOUND_DTORS] = {
307         [NULL_COMPOUND_DTOR] = NULL,
308         [COMPOUND_PAGE_DTOR] = free_compound_page,
309 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
310         [HUGETLB_PAGE_DTOR] = free_huge_page,
311 #endif
312 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
313         [TRANSHUGE_PAGE_DTOR] = free_transhuge_page,
314 #endif
315 };
316
317 int min_free_kbytes = 1024;
318 int user_min_free_kbytes = -1;
319 #ifdef CONFIG_DISCONTIGMEM
320 /*
321  * DiscontigMem defines memory ranges as separate pg_data_t even if the ranges
322  * are not on separate NUMA nodes. Functionally this works but with
323  * watermark_boost_factor, it can reclaim prematurely as the ranges can be
324  * quite small. By default, do not boost watermarks on discontigmem as in
325  * many cases very high-order allocations like THP are likely to be
326  * unsupported and the premature reclaim offsets the advantage of long-term
327  * fragmentation avoidance.
328  */
329 int watermark_boost_factor __read_mostly;
330 #else
331 int watermark_boost_factor __read_mostly = 15000;
332 #endif
333 int watermark_scale_factor = 10;
334
335 static unsigned long nr_kernel_pages __initdata;
336 static unsigned long nr_all_pages __initdata;
337 static unsigned long dma_reserve __initdata;
338
339 static unsigned long arch_zone_lowest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __initdata;
340 static unsigned long arch_zone_highest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __initdata;
341 static unsigned long required_kernelcore __initdata;
342 static unsigned long required_kernelcore_percent __initdata;
343 static unsigned long required_movablecore __initdata;
344 static unsigned long required_movablecore_percent __initdata;
345 static unsigned long zone_movable_pfn[MAX_NUMNODES] __initdata;
346 static bool mirrored_kernelcore __meminitdata;
347
348 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
349 int movable_zone;
350 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
351
352 #if MAX_NUMNODES > 1
353 unsigned int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
354 unsigned int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
355 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
356 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
357 #endif
358
359 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
360
361 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
362 /*
363  * During boot we initialize deferred pages on-demand, as needed, but once
364  * page_alloc_init_late() has finished, the deferred pages are all initialized,
365  * and we can permanently disable that path.
366  */
367 static DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(deferred_pages);
368
369 /*
370  * Calling kasan_free_pages() only after deferred memory initialization
371  * has completed. Poisoning pages during deferred memory init will greatly
372  * lengthen the process and cause problem in large memory systems as the
373  * deferred pages initialization is done with interrupt disabled.
374  *
375  * Assuming that there will be no reference to those newly initialized
376  * pages before they are ever allocated, this should have no effect on
377  * KASAN memory tracking as the poison will be properly inserted at page
378  * allocation time. The only corner case is when pages are allocated by
379  * on-demand allocation and then freed again before the deferred pages
380  * initialization is done, but this is not likely to happen.
381  */
382 static inline void kasan_free_nondeferred_pages(struct page *page, int order)
383 {
384         if (!static_branch_unlikely(&deferred_pages))
385                 kasan_free_pages(page, order);
386 }
387
388 /* Returns true if the struct page for the pfn is uninitialised */
389 static inline bool __meminit early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
390 {
391         int nid = early_pfn_to_nid(pfn);
392
393         if (node_online(nid) && pfn >= NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn)
394                 return true;
395
396         return false;
397 }
398
399 /*
400  * Returns true when the remaining initialisation should be deferred until
401  * later in the boot cycle when it can be parallelised.
402  */
403 static bool __meminit
404 defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
405 {
406         static unsigned long prev_end_pfn, nr_initialised;
407
408         /*
409          * prev_end_pfn static that contains the end of previous zone
410          * No need to protect because called very early in boot before smp_init.
411          */
412         if (prev_end_pfn != end_pfn) {
413                 prev_end_pfn = end_pfn;
414                 nr_initialised = 0;
415         }
416
417         /* Always populate low zones for address-constrained allocations */
418         if (end_pfn < pgdat_end_pfn(NODE_DATA(nid)))
419                 return false;
420
421         /*
422          * We start only with one section of pages, more pages are added as
423          * needed until the rest of deferred pages are initialized.
424          */
425         nr_initialised++;
426         if ((nr_initialised > PAGES_PER_SECTION) &&
427             (pfn & (PAGES_PER_SECTION - 1)) == 0) {
428                 NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn = pfn;
429                 return true;
430         }
431         return false;
432 }
433 #else
434 #define kasan_free_nondeferred_pages(p, o)      kasan_free_pages(p, o)
435
436 static inline bool early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
437 {
438         return false;
439 }
440
441 static inline bool defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
442 {
443         return false;
444 }
445 #endif
446
447 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
448 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(struct page *page,
449                                                         unsigned long pfn)
450 {
451 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
452         return section_to_usemap(__pfn_to_section(pfn));
453 #else
454         return page_zone(page)->pageblock_flags;
455 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
456 }
457
458 static inline int pfn_to_bitidx(struct page *page, unsigned long pfn)
459 {
460 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
461         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
462         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
463 #else
464         pfn = pfn - round_down(page_zone(page)->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
465         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
466 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
467 }
468
469 /**
470  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
471  * @page: The page within the block of interest
472  * @pfn: The target page frame number
473  * @end_bitidx: The last bit of interest to retrieve
474  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
475  *
476  * Return: pageblock_bits flags
477  */
478 static __always_inline unsigned long __get_pfnblock_flags_mask(struct page *page,
479                                         unsigned long pfn,
480                                         unsigned long end_bitidx,
481                                         unsigned long mask)
482 {
483         unsigned long *bitmap;
484         unsigned long bitidx, word_bitidx;
485         unsigned long word;
486
487         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
488         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
489         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
490         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
491
492         word = bitmap[word_bitidx];
493         bitidx += end_bitidx;
494         return (word >> (BITS_PER_LONG - bitidx - 1)) & mask;
495 }
496
497 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long pfn,
498                                         unsigned long end_bitidx,
499                                         unsigned long mask)
500 {
501         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, end_bitidx, mask);
502 }
503
504 static __always_inline int get_pfnblock_migratetype(struct page *page, unsigned long pfn)
505 {
506         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, PB_migrate_end, MIGRATETYPE_MASK);
507 }
508
509 /**
510  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
511  * @page: The page within the block of interest
512  * @flags: The flags to set
513  * @pfn: The target page frame number
514  * @end_bitidx: The last bit of interest
515  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
516  */
517 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
518                                         unsigned long pfn,
519                                         unsigned long end_bitidx,
520                                         unsigned long mask)
521 {
522         unsigned long *bitmap;
523         unsigned long bitidx, word_bitidx;
524         unsigned long old_word, word;
525
526         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
527         BUILD_BUG_ON(MIGRATE_TYPES > (1 << PB_migratetype_bits));
528
529         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
530         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
531         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
532         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
533
534         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(page_zone(page), pfn), page);
535
536         bitidx += end_bitidx;
537         mask <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
538         flags <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
539
540         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
541         for (;;) {
542                 old_word = cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], word, (word & ~mask) | flags);
543                 if (word == old_word)
544                         break;
545                 word = old_word;
546         }
547 }
548
549 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
550 {
551         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
552                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
553                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
554
555         set_pageblock_flags_group(page, (unsigned long)migratetype,
556                                         PB_migrate, PB_migrate_end);
557 }
558
559 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
560 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
561 {
562         int ret = 0;
563         unsigned seq;
564         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
565         unsigned long sp, start_pfn;
566
567         do {
568                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
569                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
570                 sp = zone->spanned_pages;
571                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
572                         ret = 1;
573         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
574
575         if (ret)
576                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
577                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
578                         start_pfn, start_pfn + sp);
579
580         return ret;
581 }
582
583 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
584 {
585         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page)))
586                 return 0;
587         if (zone != page_zone(page))
588                 return 0;
589
590         return 1;
591 }
592 /*
593  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
594  */
595 static int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
596 {
597         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
598                 return 1;
599         if (!page_is_consistent(zone, page))
600                 return 1;
601
602         return 0;
603 }
604 #else
605 static inline int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
606 {
607         return 0;
608 }
609 #endif
610
611 static void bad_page(struct page *page, const char *reason)
612 {
613         static unsigned long resume;
614         static unsigned long nr_shown;
615         static unsigned long nr_unshown;
616
617         /*
618          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
619          * or allow a steady drip of one report per second.
620          */
621         if (nr_shown == 60) {
622                 if (time_before(jiffies, resume)) {
623                         nr_unshown++;
624                         goto out;
625                 }
626                 if (nr_unshown) {
627                         pr_alert(
628                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
629                                 nr_unshown);
630                         nr_unshown = 0;
631                 }
632                 nr_shown = 0;
633         }
634         if (nr_shown++ == 0)
635                 resume = jiffies + 60 * HZ;
636
637         pr_alert("BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
638                 current->comm, page_to_pfn(page));
639         __dump_page(page, reason);
640         dump_page_owner(page);
641
642         print_modules();
643         dump_stack();
644 out:
645         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
646         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
647         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
648 }
649
650 /*
651  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
652  *
653  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page" and have PG_head set.
654  *
655  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages". PageTail() is encoded
656  * in bit 0 of page->compound_head. The rest of bits is pointer to head page.
657  *
658  * The first tail page's ->compound_dtor holds the offset in array of compound
659  * page destructors. See compound_page_dtors.
660  *
661  * The first tail page's ->compound_order holds the order of allocation.
662  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
663  */
664
665 void free_compound_page(struct page *page)
666 {
667         mem_cgroup_uncharge(page);
668         __free_pages_ok(page, compound_order(page));
669 }
670
671 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned int order)
672 {
673         int i;
674         int nr_pages = 1 << order;
675
676         set_compound_page_dtor(page, COMPOUND_PAGE_DTOR);
677         set_compound_order(page, order);
678         __SetPageHead(page);
679         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
680                 struct page *p = page + i;
681                 set_page_count(p, 0);
682                 p->mapping = TAIL_MAPPING;
683                 set_compound_head(p, page);
684         }
685         atomic_set(compound_mapcount_ptr(page), -1);
686         if (hpage_pincount_available(page))
687                 atomic_set(compound_pincount_ptr(page), 0);
688 }
689
690 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
691 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
692
693 bool _debug_pagealloc_enabled_early __read_mostly
694                         = IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC_ENABLE_DEFAULT);
695 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled_early);
696 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(_debug_pagealloc_enabled);
697 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled);
698
699 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(_debug_guardpage_enabled);
700
701 static int __init early_debug_pagealloc(char *buf)
702 {
703         return kstrtobool(buf, &_debug_pagealloc_enabled_early);
704 }
705 early_param("debug_pagealloc", early_debug_pagealloc);
706
707 void init_debug_pagealloc(void)
708 {
709         if (!debug_pagealloc_enabled())
710                 return;
711
712         static_branch_enable(&_debug_pagealloc_enabled);
713
714         if (!debug_guardpage_minorder())
715                 return;
716
717         static_branch_enable(&_debug_guardpage_enabled);
718 }
719
720 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
721 {
722         unsigned long res;
723
724         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
725                 pr_err("Bad debug_guardpage_minorder value\n");
726                 return 0;
727         }
728         _debug_guardpage_minorder = res;
729         pr_info("Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
730         return 0;
731 }
732 early_param("debug_guardpage_minorder", debug_guardpage_minorder_setup);
733
734 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
735                                 unsigned int order, int migratetype)
736 {
737         if (!debug_guardpage_enabled())
738                 return false;
739
740         if (order >= debug_guardpage_minorder())
741                 return false;
742
743         __SetPageGuard(page);
744         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
745         set_page_private(page, order);
746         /* Guard pages are not available for any usage */
747         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order), migratetype);
748
749         return true;
750 }
751
752 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
753                                 unsigned int order, int migratetype)
754 {
755         if (!debug_guardpage_enabled())
756                 return;
757
758         __ClearPageGuard(page);
759
760         set_page_private(page, 0);
761         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
762                 __mod_zone_freepage_state(zone, (1 << order), migratetype);
763 }
764 #else
765 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
766                         unsigned int order, int migratetype) { return false; }
767 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
768                                 unsigned int order, int migratetype) {}
769 #endif
770
771 static inline void set_page_order(struct page *page, unsigned int order)
772 {
773         set_page_private(page, order);
774         __SetPageBuddy(page);
775 }
776
777 /*
778  * This function checks whether a page is free && is the buddy
779  * we can coalesce a page and its buddy if
780  * (a) the buddy is not in a hole (check before calling!) &&
781  * (b) the buddy is in the buddy system &&
782  * (c) a page and its buddy have the same order &&
783  * (d) a page and its buddy are in the same zone.
784  *
785  * For recording whether a page is in the buddy system, we set PageBuddy.
786  * Setting, clearing, and testing PageBuddy is serialized by zone->lock.
787  *
788  * For recording page's order, we use page_private(page).
789  */
790 static inline bool page_is_buddy(struct page *page, struct page *buddy,
791                                                         unsigned int order)
792 {
793         if (!page_is_guard(buddy) && !PageBuddy(buddy))
794                 return false;
795
796         if (page_order(buddy) != order)
797                 return false;
798
799         /*
800          * zone check is done late to avoid uselessly calculating
801          * zone/node ids for pages that could never merge.
802          */
803         if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
804                 return false;
805
806         VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
807
808         return true;
809 }
810
811 #ifdef CONFIG_COMPACTION
812 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
813 {
814         struct capture_control *capc = current->capture_control;
815
816         return capc &&
817                 !(current->flags & PF_KTHREAD) &&
818                 !capc->page &&
819                 capc->cc->zone == zone &&
820                 capc->cc->direct_compaction ? capc : NULL;
821 }
822
823 static inline bool
824 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
825                    int order, int migratetype)
826 {
827         if (!capc || order != capc->cc->order)
828                 return false;
829
830         /* Do not accidentally pollute CMA or isolated regions*/
831         if (is_migrate_cma(migratetype) ||
832             is_migrate_isolate(migratetype))
833                 return false;
834
835         /*
836          * Do not let lower order allocations polluate a movable pageblock.
837          * This might let an unmovable request use a reclaimable pageblock
838          * and vice-versa but no more than normal fallback logic which can
839          * have trouble finding a high-order free page.
840          */
841         if (order < pageblock_order && migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
842                 return false;
843
844         capc->page = page;
845         return true;
846 }
847
848 #else
849 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
850 {
851         return NULL;
852 }
853
854 static inline bool
855 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
856                    int order, int migratetype)
857 {
858         return false;
859 }
860 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
861
862 /* Used for pages not on another list */
863 static inline void add_to_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
864                                     unsigned int order, int migratetype)
865 {
866         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
867
868         list_add(&page->lru, &area->free_list[migratetype]);
869         area->nr_free++;
870 }
871
872 /* Used for pages not on another list */
873 static inline void add_to_free_list_tail(struct page *page, struct zone *zone,
874                                          unsigned int order, int migratetype)
875 {
876         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
877
878         list_add_tail(&page->lru, &area->free_list[migratetype]);
879         area->nr_free++;
880 }
881
882 /* Used for pages which are on another list */
883 static inline void move_to_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
884                                      unsigned int order, int migratetype)
885 {
886         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
887
888         list_move(&page->lru, &area->free_list[migratetype]);
889 }
890
891 static inline void del_page_from_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
892                                            unsigned int order)
893 {
894         /* clear reported state and update reported page count */
895         if (page_reported(page))
896                 __ClearPageReported(page);
897
898         list_del(&page->lru);
899         __ClearPageBuddy(page);
900         set_page_private(page, 0);
901         zone->free_area[order].nr_free--;
902 }
903
904 /*
905  * If this is not the largest possible page, check if the buddy
906  * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
907  * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
908  * that is happening, add the free page to the tail of the list
909  * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
910  * as a higher order page
911  */
912 static inline bool
913 buddy_merge_likely(unsigned long pfn, unsigned long buddy_pfn,
914                    struct page *page, unsigned int order)
915 {
916         struct page *higher_page, *higher_buddy;
917         unsigned long combined_pfn;
918
919         if (order >= MAX_ORDER - 2)
920                 return false;
921
922         if (!pfn_valid_within(buddy_pfn))
923                 return false;
924
925         combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
926         higher_page = page + (combined_pfn - pfn);
927         buddy_pfn = __find_buddy_pfn(combined_pfn, order + 1);
928         higher_buddy = higher_page + (buddy_pfn - combined_pfn);
929
930         return pfn_valid_within(buddy_pfn) &&
931                page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1);
932 }
933
934 /*
935  * Freeing function for a buddy system allocator.
936  *
937  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
938  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
939  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
940  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
941  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
942  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
943  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
944  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
945  * parts of the VM system.
946  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
947  * free pages of length of (1 << order) and marked with PageBuddy.
948  * Page's order is recorded in page_private(page) field.
949  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
950  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
951  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
952  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
953  * triggers coalescing into a block of larger size.
954  *
955  * -- nyc
956  */
957
958 static inline void __free_one_page(struct page *page,
959                 unsigned long pfn,
960                 struct zone *zone, unsigned int order,
961                 int migratetype, bool report)
962 {
963         struct capture_control *capc = task_capc(zone);
964         unsigned long uninitialized_var(buddy_pfn);
965         unsigned long combined_pfn;
966         unsigned int max_order;
967         struct page *buddy;
968         bool to_tail;
969
970         max_order = min_t(unsigned int, MAX_ORDER, pageblock_order + 1);
971
972         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
973         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
974
975         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
976         if (likely(!is_migrate_isolate(migratetype)))
977                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
978
979         VM_BUG_ON_PAGE(pfn & ((1 << order) - 1), page);
980         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
981
982 continue_merging:
983         while (order < max_order - 1) {
984                 if (compaction_capture(capc, page, order, migratetype)) {
985                         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
986                                                                 migratetype);
987                         return;
988                 }
989                 buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
990                 buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
991
992                 if (!pfn_valid_within(buddy_pfn))
993                         goto done_merging;
994                 if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
995                         goto done_merging;
996                 /*
997                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
998                  * merge with it and move up one order.
999                  */
1000                 if (page_is_guard(buddy))
1001                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
1002                 else
1003                         del_page_from_free_list(buddy, zone, order);
1004                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
1005                 page = page + (combined_pfn - pfn);
1006                 pfn = combined_pfn;
1007                 order++;
1008         }
1009         if (max_order < MAX_ORDER) {
1010                 /* If we are here, it means order is >= pageblock_order.
1011                  * We want to prevent merge between freepages on isolate
1012                  * pageblock and normal pageblock. Without this, pageblock
1013                  * isolation could cause incorrect freepage or CMA accounting.
1014                  *
1015                  * We don't want to hit this code for the more frequent
1016                  * low-order merging.
1017                  */
1018                 if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone))) {
1019                         int buddy_mt;
1020
1021                         buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
1022                         buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
1023                         buddy_mt = get_pageblock_migratetype(buddy);
1024
1025                         if (migratetype != buddy_mt
1026                                         && (is_migrate_isolate(migratetype) ||
1027                                                 is_migrate_isolate(buddy_mt)))
1028                                 goto done_merging;
1029                 }
1030                 max_order++;
1031                 goto continue_merging;
1032         }
1033
1034 done_merging:
1035         set_page_order(page, order);
1036
1037         if (is_shuffle_order(order))
1038                 to_tail = shuffle_pick_tail();
1039         else
1040                 to_tail = buddy_merge_likely(pfn, buddy_pfn, page, order);
1041
1042         if (to_tail)
1043                 add_to_free_list_tail(page, zone, order, migratetype);
1044         else
1045                 add_to_free_list(page, zone, order, migratetype);
1046
1047         /* Notify page reporting subsystem of freed page */
1048         if (report)
1049                 page_reporting_notify_free(order);
1050 }
1051
1052 /*
1053  * A bad page could be due to a number of fields. Instead of multiple branches,
1054  * try and check multiple fields with one check. The caller must do a detailed
1055  * check if necessary.
1056  */
1057 static inline bool page_expected_state(struct page *page,
1058                                         unsigned long check_flags)
1059 {
1060         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1061                 return false;
1062
1063         if (unlikely((unsigned long)page->mapping |
1064                         page_ref_count(page) |
1065 #ifdef CONFIG_MEMCG
1066                         (unsigned long)page->mem_cgroup |
1067 #endif
1068                         (page->flags & check_flags)))
1069                 return false;
1070
1071         return true;
1072 }
1073
1074 static const char *page_bad_reason(struct page *page, unsigned long flags)
1075 {
1076         const char *bad_reason = NULL;
1077
1078         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1079                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1080         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1081                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1082         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
1083                 bad_reason = "nonzero _refcount";
1084         if (unlikely(page->flags & flags)) {
1085                 if (flags == PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)
1086                         bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag(s) set";
1087                 else
1088                         bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
1089         }
1090 #ifdef CONFIG_MEMCG
1091         if (unlikely(page->mem_cgroup))
1092                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
1093 #endif
1094         return bad_reason;
1095 }
1096
1097 static void check_free_page_bad(struct page *page)
1098 {
1099         bad_page(page,
1100                  page_bad_reason(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE));
1101 }
1102
1103 static inline int check_free_page(struct page *page)
1104 {
1105         if (likely(page_expected_state(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)))
1106                 return 0;
1107
1108         /* Something has gone sideways, find it */
1109         check_free_page_bad(page);
1110         return 1;
1111 }
1112
1113 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
1114 {
1115         int ret = 1;
1116
1117         /*
1118          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
1119          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
1120          */
1121         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
1122
1123         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM)) {
1124                 ret = 0;
1125                 goto out;
1126         }
1127         switch (page - head_page) {
1128         case 1:
1129                 /* the first tail page: ->mapping may be compound_mapcount() */
1130                 if (unlikely(compound_mapcount(page))) {
1131                         bad_page(page, "nonzero compound_mapcount");
1132                         goto out;
1133                 }
1134                 break;
1135         case 2:
1136                 /*
1137                  * the second tail page: ->mapping is
1138                  * deferred_list.next -- ignore value.
1139                  */
1140                 break;
1141         default:
1142                 if (page->mapping != TAIL_MAPPING) {
1143                         bad_page(page, "corrupted mapping in tail page");
1144                         goto out;
1145                 }
1146                 break;
1147         }
1148         if (unlikely(!PageTail(page))) {
1149                 bad_page(page, "PageTail not set");
1150                 goto out;
1151         }
1152         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
1153                 bad_page(page, "compound_head not consistent");
1154                 goto out;
1155         }
1156         ret = 0;
1157 out:
1158         page->mapping = NULL;
1159         clear_compound_head(page);
1160         return ret;
1161 }
1162
1163 static void kernel_init_free_pages(struct page *page, int numpages)
1164 {
1165         int i;
1166
1167         for (i = 0; i < numpages; i++)
1168                 clear_highpage(page + i);
1169 }
1170
1171 static __always_inline bool free_pages_prepare(struct page *page,
1172                                         unsigned int order, bool check_free)
1173 {
1174         int bad = 0;
1175
1176         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
1177
1178         trace_mm_page_free(page, order);
1179
1180         /*
1181          * Check tail pages before head page information is cleared to
1182          * avoid checking PageCompound for order-0 pages.
1183          */
1184         if (unlikely(order)) {
1185                 bool compound = PageCompound(page);
1186                 int i;
1187
1188                 VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
1189
1190                 if (compound)
1191                         ClearPageDoubleMap(page);
1192                 for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1193                         if (compound)
1194                                 bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
1195                         if (unlikely(check_free_page(page + i))) {
1196                                 bad++;
1197                                 continue;
1198                         }
1199                         (page + i)->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1200                 }
1201         }
1202         if (PageMappingFlags(page))
1203                 page->mapping = NULL;
1204         if (memcg_kmem_enabled() && PageKmemcg(page))
1205                 __memcg_kmem_uncharge_page(page, order);
1206         if (check_free)
1207                 bad += check_free_page(page);
1208         if (bad)
1209                 return false;
1210
1211         page_cpupid_reset_last(page);
1212         page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1213         reset_page_owner(page, order);
1214
1215         if (!PageHighMem(page)) {
1216                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1217                                            PAGE_SIZE << order);
1218                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1219                                            PAGE_SIZE << order);
1220         }
1221         if (want_init_on_free())
1222                 kernel_init_free_pages(page, 1 << order);
1223
1224         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 0);
1225         /*
1226          * arch_free_page() can make the page's contents inaccessible.  s390
1227          * does this.  So nothing which can access the page's contents should
1228          * happen after this.
1229          */
1230         arch_free_page(page, order);
1231
1232         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1233                 kernel_map_pages(page, 1 << order, 0);
1234
1235         kasan_free_nondeferred_pages(page, order);
1236
1237         return true;
1238 }
1239
1240 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1241 /*
1242  * With DEBUG_VM enabled, order-0 pages are checked immediately when being freed
1243  * to pcp lists. With debug_pagealloc also enabled, they are also rechecked when
1244  * moved from pcp lists to free lists.
1245  */
1246 static bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1247 {
1248         return free_pages_prepare(page, 0, true);
1249 }
1250
1251 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1252 {
1253         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1254                 return check_free_page(page);
1255         else
1256                 return false;
1257 }
1258 #else
1259 /*
1260  * With DEBUG_VM disabled, order-0 pages being freed are checked only when
1261  * moving from pcp lists to free list in order to reduce overhead. With
1262  * debug_pagealloc enabled, they are checked also immediately when being freed
1263  * to the pcp lists.
1264  */
1265 static bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1266 {
1267         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1268                 return free_pages_prepare(page, 0, true);
1269         else
1270                 return free_pages_prepare(page, 0, false);
1271 }
1272
1273 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1274 {
1275         return check_free_page(page);
1276 }
1277 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1278
1279 static inline void prefetch_buddy(struct page *page)
1280 {
1281         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1282         unsigned long buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, 0);
1283         struct page *buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
1284
1285         prefetch(buddy);
1286 }
1287
1288 /*
1289  * Frees a number of pages from the PCP lists
1290  * Assumes all pages on list are in same zone, and of same order.
1291  * count is the number of pages to free.
1292  *
1293  * If the zone was previously in an "all pages pinned" state then look to
1294  * see if this freeing clears that state.
1295  *
1296  * And clear the zone's pages_scanned counter, to hold off the "all pages are
1297  * pinned" detection logic.
1298  */
1299 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
1300                                         struct per_cpu_pages *pcp)
1301 {
1302         int migratetype = 0;
1303         int batch_free = 0;
1304         int prefetch_nr = 0;
1305         bool isolated_pageblocks;
1306         struct page *page, *tmp;
1307         LIST_HEAD(head);
1308
1309         while (count) {
1310                 struct list_head *list;
1311
1312                 /*
1313                  * Remove pages from lists in a round-robin fashion. A
1314                  * batch_free count is maintained that is incremented when an
1315                  * empty list is encountered.  This is so more pages are freed
1316                  * off fuller lists instead of spinning excessively around empty
1317                  * lists
1318                  */
1319                 do {
1320                         batch_free++;
1321                         if (++migratetype == MIGRATE_PCPTYPES)
1322                                 migratetype = 0;
1323                         list = &pcp->lists[migratetype];
1324                 } while (list_empty(list));
1325
1326                 /* This is the only non-empty list. Free them all. */
1327                 if (batch_free == MIGRATE_PCPTYPES)
1328                         batch_free = count;
1329
1330                 do {
1331                         page = list_last_entry(list, struct page, lru);
1332                         /* must delete to avoid corrupting pcp list */
1333                         list_del(&page->lru);
1334                         pcp->count--;
1335
1336                         if (bulkfree_pcp_prepare(page))
1337                                 continue;
1338
1339                         list_add_tail(&page->lru, &head);
1340
1341                         /*
1342                          * We are going to put the page back to the global
1343                          * pool, prefetch its buddy to speed up later access
1344                          * under zone->lock. It is believed the overhead of
1345                          * an additional test and calculating buddy_pfn here
1346                          * can be offset by reduced memory latency later. To
1347                          * avoid excessive prefetching due to large count, only
1348                          * prefetch buddy for the first pcp->batch nr of pages.
1349                          */
1350                         if (prefetch_nr++ < pcp->batch)
1351                                 prefetch_buddy(page);
1352                 } while (--count && --batch_free && !list_empty(list));
1353         }
1354
1355         spin_lock(&zone->lock);
1356         isolated_pageblocks = has_isolate_pageblock(zone);
1357
1358         /*
1359          * Use safe version since after __free_one_page(),
1360          * page->lru.next will not point to original list.
1361          */
1362         list_for_each_entry_safe(page, tmp, &head, lru) {
1363                 int mt = get_pcppage_migratetype(page);
1364                 /* MIGRATE_ISOLATE page should not go to pcplists */
1365                 VM_BUG_ON_PAGE(is_migrate_isolate(mt), page);
1366                 /* Pageblock could have been isolated meanwhile */
1367                 if (unlikely(isolated_pageblocks))
1368                         mt = get_pageblock_migratetype(page);
1369
1370                 __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, 0, mt, true);
1371                 trace_mm_page_pcpu_drain(page, 0, mt);
1372         }
1373         spin_unlock(&zone->lock);
1374 }
1375
1376 static void free_one_page(struct zone *zone,
1377                                 struct page *page, unsigned long pfn,
1378                                 unsigned int order,
1379                                 int migratetype)
1380 {
1381         spin_lock(&zone->lock);
1382         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1383                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1384                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1385         }
1386         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype, true);
1387         spin_unlock(&zone->lock);
1388 }
1389
1390 static void __meminit __init_single_page(struct page *page, unsigned long pfn,
1391                                 unsigned long zone, int nid)
1392 {
1393         mm_zero_struct_page(page);
1394         set_page_links(page, zone, nid, pfn);
1395         init_page_count(page);
1396         page_mapcount_reset(page);
1397         page_cpupid_reset_last(page);
1398         page_kasan_tag_reset(page);
1399
1400         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1401 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
1402         /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
1403         if (!is_highmem_idx(zone))
1404                 set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
1405 #endif
1406 }
1407
1408 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1409 static void __meminit init_reserved_page(unsigned long pfn)
1410 {
1411         pg_data_t *pgdat;
1412         int nid, zid;
1413
1414         if (!early_page_uninitialised(pfn))
1415                 return;
1416
1417         nid = early_pfn_to_nid(pfn);
1418         pgdat = NODE_DATA(nid);
1419
1420         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1421                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zid];
1422
1423                 if (pfn >= zone->zone_start_pfn && pfn < zone_end_pfn(zone))
1424                         break;
1425         }
1426         __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zid, nid);
1427 }
1428 #else
1429 static inline void init_reserved_page(unsigned long pfn)
1430 {
1431 }
1432 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1433
1434 /*
1435  * Initialised pages do not have PageReserved set. This function is
1436  * called for each range allocated by the bootmem allocator and
1437  * marks the pages PageReserved. The remaining valid pages are later
1438  * sent to the buddy page allocator.
1439  */
1440 void __meminit reserve_bootmem_region(phys_addr_t start, phys_addr_t end)
1441 {
1442         unsigned long start_pfn = PFN_DOWN(start);
1443         unsigned long end_pfn = PFN_UP(end);
1444
1445         for (; start_pfn < end_pfn; start_pfn++) {
1446                 if (pfn_valid(start_pfn)) {
1447                         struct page *page = pfn_to_page(start_pfn);
1448
1449                         init_reserved_page(start_pfn);
1450
1451                         /* Avoid false-positive PageTail() */
1452                         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1453
1454                         /*
1455                          * no need for atomic set_bit because the struct
1456                          * page is not visible yet so nobody should
1457                          * access it yet.
1458                          */
1459                         __SetPageReserved(page);
1460                 }
1461         }
1462 }
1463
1464 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order)
1465 {
1466         unsigned long flags;
1467         int migratetype;
1468         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1469
1470         if (!free_pages_prepare(page, order, true))
1471                 return;
1472
1473         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1474         local_irq_save(flags);
1475         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1476         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype);
1477         local_irq_restore(flags);
1478 }
1479
1480 void __free_pages_core(struct page *page, unsigned int order)
1481 {
1482         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1483         struct page *p = page;
1484         unsigned int loop;
1485
1486         prefetchw(p);
1487         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1488                 prefetchw(p + 1);
1489                 __ClearPageReserved(p);
1490                 set_page_count(p, 0);
1491         }
1492         __ClearPageReserved(p);
1493         set_page_count(p, 0);
1494
1495         atomic_long_add(nr_pages, &page_zone(page)->managed_pages);
1496         set_page_refcounted(page);
1497         __free_pages(page, order);
1498 }
1499
1500 #ifdef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
1501
1502 static struct mminit_pfnnid_cache early_pfnnid_cache __meminitdata;
1503
1504 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID
1505
1506 /*
1507  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
1508  */
1509 int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn,
1510                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1511 {
1512         unsigned long start_pfn, end_pfn;
1513         int nid;
1514
1515         if (state->last_start <= pfn && pfn < state->last_end)
1516                 return state->last_nid;
1517
1518         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
1519         if (nid != NUMA_NO_NODE) {
1520                 state->last_start = start_pfn;
1521                 state->last_end = end_pfn;
1522                 state->last_nid = nid;
1523         }
1524
1525         return nid;
1526 }
1527 #endif /* CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID */
1528
1529 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
1530 {
1531         static DEFINE_SPINLOCK(early_pfn_lock);
1532         int nid;
1533
1534         spin_lock(&early_pfn_lock);
1535         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1536         if (nid < 0)
1537                 nid = first_online_node;
1538         spin_unlock(&early_pfn_lock);
1539
1540         return nid;
1541 }
1542 #endif /* CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES */
1543
1544 void __init memblock_free_pages(struct page *page, unsigned long pfn,
1545                                                         unsigned int order)
1546 {
1547         if (early_page_uninitialised(pfn))
1548                 return;
1549         __free_pages_core(page, order);
1550 }
1551
1552 /*
1553  * Check that the whole (or subset of) a pageblock given by the interval of
1554  * [start_pfn, end_pfn) is valid and within the same zone, before scanning it
1555  * with the migration of free compaction scanner. The scanners then need to
1556  * use only pfn_valid_within() check for arches that allow holes within
1557  * pageblocks.
1558  *
1559  * Return struct page pointer of start_pfn, or NULL if checks were not passed.
1560  *
1561  * It's possible on some configurations to have a setup like node0 node1 node0
1562  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of pages do not
1563  * belong to a single zone. We assume that a border between node0 and node1
1564  * can occur within a single pageblock, but not a node0 node1 node0
1565  * interleaving within a single pageblock. It is therefore sufficient to check
1566  * the first and last page of a pageblock and avoid checking each individual
1567  * page in a pageblock.
1568  */
1569 struct page *__pageblock_pfn_to_page(unsigned long start_pfn,
1570                                      unsigned long end_pfn, struct zone *zone)
1571 {
1572         struct page *start_page;
1573         struct page *end_page;
1574
1575         /* end_pfn is one past the range we are checking */
1576         end_pfn--;
1577
1578         if (!pfn_valid(start_pfn) || !pfn_valid(end_pfn))
1579                 return NULL;
1580
1581         start_page = pfn_to_online_page(start_pfn);
1582         if (!start_page)
1583                 return NULL;
1584
1585         if (page_zone(start_page) != zone)
1586                 return NULL;
1587
1588         end_page = pfn_to_page(end_pfn);
1589
1590         /* This gives a shorter code than deriving page_zone(end_page) */
1591         if (page_zone_id(start_page) != page_zone_id(end_page))
1592                 return NULL;
1593
1594         return start_page;
1595 }
1596
1597 void set_zone_contiguous(struct zone *zone)
1598 {
1599         unsigned long block_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
1600         unsigned long block_end_pfn;
1601
1602         block_end_pfn = ALIGN(block_start_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
1603         for (; block_start_pfn < zone_end_pfn(zone);
1604                         block_start_pfn = block_end_pfn,
1605                          block_end_pfn += pageblock_nr_pages) {
1606
1607                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, zone_end_pfn(zone));
1608
1609                 if (!__pageblock_pfn_to_page(block_start_pfn,
1610                                              block_end_pfn, zone))
1611                         return;
1612                 cond_resched();
1613         }
1614
1615         /* We confirm that there is no hole */
1616         zone->contiguous = true;
1617 }
1618
1619 void clear_zone_contiguous(struct zone *zone)
1620 {
1621         zone->contiguous = false;
1622 }
1623
1624 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1625 static void __init deferred_free_range(unsigned long pfn,
1626                                        unsigned long nr_pages)
1627 {
1628         struct page *page;
1629         unsigned long i;
1630
1631         if (!nr_pages)
1632                 return;
1633
1634         page = pfn_to_page(pfn);
1635
1636         /* Free a large naturally-aligned chunk if possible */
1637         if (nr_pages == pageblock_nr_pages &&
1638             (pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0) {
1639                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1640                 __free_pages_core(page, pageblock_order);
1641                 return;
1642         }
1643
1644         for (i = 0; i < nr_pages; i++, page++, pfn++) {
1645                 if ((pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0)
1646                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1647                 __free_pages_core(page, 0);
1648         }
1649 }
1650
1651 /* Completion tracking for deferred_init_memmap() threads */
1652 static atomic_t pgdat_init_n_undone __initdata;
1653 static __initdata DECLARE_COMPLETION(pgdat_init_all_done_comp);
1654
1655 static inline void __init pgdat_init_report_one_done(void)
1656 {
1657         if (atomic_dec_and_test(&pgdat_init_n_undone))
1658                 complete(&pgdat_init_all_done_comp);
1659 }
1660
1661 /*
1662  * Returns true if page needs to be initialized or freed to buddy allocator.
1663  *
1664  * First we check if pfn is valid on architectures where it is possible to have
1665  * holes within pageblock_nr_pages. On systems where it is not possible, this
1666  * function is optimized out.
1667  *
1668  * Then, we check if a current large page is valid by only checking the validity
1669  * of the head pfn.
1670  */
1671 static inline bool __init deferred_pfn_valid(unsigned long pfn)
1672 {
1673         if (!pfn_valid_within(pfn))
1674                 return false;
1675         if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) && !pfn_valid(pfn))
1676                 return false;
1677         return true;
1678 }
1679
1680 /*
1681  * Free pages to buddy allocator. Try to free aligned pages in
1682  * pageblock_nr_pages sizes.
1683  */
1684 static void __init deferred_free_pages(unsigned long pfn,
1685                                        unsigned long end_pfn)
1686 {
1687         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1688         unsigned long nr_free = 0;
1689
1690         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1691                 if (!deferred_pfn_valid(pfn)) {
1692                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1693                         nr_free = 0;
1694                 } else if (!(pfn & nr_pgmask)) {
1695                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1696                         nr_free = 1;
1697                 } else {
1698                         nr_free++;
1699                 }
1700         }
1701         /* Free the last block of pages to allocator */
1702         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1703 }
1704
1705 /*
1706  * Initialize struct pages.  We minimize pfn page lookups and scheduler checks
1707  * by performing it only once every pageblock_nr_pages.
1708  * Return number of pages initialized.
1709  */
1710 static unsigned long  __init deferred_init_pages(struct zone *zone,
1711                                                  unsigned long pfn,
1712                                                  unsigned long end_pfn)
1713 {
1714         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1715         int nid = zone_to_nid(zone);
1716         unsigned long nr_pages = 0;
1717         int zid = zone_idx(zone);
1718         struct page *page = NULL;
1719
1720         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1721                 if (!deferred_pfn_valid(pfn)) {
1722                         page = NULL;
1723                         continue;
1724                 } else if (!page || !(pfn & nr_pgmask)) {
1725                         page = pfn_to_page(pfn);
1726                 } else {
1727                         page++;
1728                 }
1729                 __init_single_page(page, pfn, zid, nid);
1730                 nr_pages++;
1731         }
1732         return (nr_pages);
1733 }
1734
1735 /*
1736  * This function is meant to pre-load the iterator for the zone init.
1737  * Specifically it walks through the ranges until we are caught up to the
1738  * first_init_pfn value and exits there. If we never encounter the value we
1739  * return false indicating there are no valid ranges left.
1740  */
1741 static bool __init
1742 deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(u64 *i, struct zone *zone,
1743                                     unsigned long *spfn, unsigned long *epfn,
1744                                     unsigned long first_init_pfn)
1745 {
1746         u64 j;
1747
1748         /*
1749          * Start out by walking through the ranges in this zone that have
1750          * already been initialized. We don't need to do anything with them
1751          * so we just need to flush them out of the system.
1752          */
1753         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone(j, zone, spfn, epfn) {
1754                 if (*epfn <= first_init_pfn)
1755                         continue;
1756                 if (*spfn < first_init_pfn)
1757                         *spfn = first_init_pfn;
1758                 *i = j;
1759                 return true;
1760         }
1761
1762         return false;
1763 }
1764
1765 /*
1766  * Initialize and free pages. We do it in two loops: first we initialize
1767  * struct page, then free to buddy allocator, because while we are
1768  * freeing pages we can access pages that are ahead (computing buddy
1769  * page in __free_one_page()).
1770  *
1771  * In order to try and keep some memory in the cache we have the loop
1772  * broken along max page order boundaries. This way we will not cause
1773  * any issues with the buddy page computation.
1774  */
1775 static unsigned long __init
1776 deferred_init_maxorder(u64 *i, struct zone *zone, unsigned long *start_pfn,
1777                        unsigned long *end_pfn)
1778 {
1779         unsigned long mo_pfn = ALIGN(*start_pfn + 1, MAX_ORDER_NR_PAGES);
1780         unsigned long spfn = *start_pfn, epfn = *end_pfn;
1781         unsigned long nr_pages = 0;
1782         u64 j = *i;
1783
1784         /* First we loop through and initialize the page values */
1785         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone_from(j, zone, start_pfn, end_pfn) {
1786                 unsigned long t;
1787
1788                 if (mo_pfn <= *start_pfn)
1789                         break;
1790
1791                 t = min(mo_pfn, *end_pfn);
1792                 nr_pages += deferred_init_pages(zone, *start_pfn, t);
1793
1794                 if (mo_pfn < *end_pfn) {
1795                         *start_pfn = mo_pfn;
1796                         break;
1797                 }
1798         }
1799
1800         /* Reset values and now loop through freeing pages as needed */
1801         swap(j, *i);
1802
1803         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone_from(j, zone, &spfn, &epfn) {
1804                 unsigned long t;
1805
1806                 if (mo_pfn <= spfn)
1807                         break;
1808
1809                 t = min(mo_pfn, epfn);
1810                 deferred_free_pages(spfn, t);
1811
1812                 if (mo_pfn <= epfn)
1813                         break;
1814         }
1815
1816         return nr_pages;
1817 }
1818
1819 static void __init
1820 deferred_init_memmap_chunk(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn,
1821                            void *arg)
1822 {
1823         unsigned long spfn, epfn;
1824         struct zone *zone = arg;
1825         u64 i;
1826
1827         deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn, start_pfn);
1828
1829         /*
1830          * Initialize and free pages in MAX_ORDER sized increments so that we
1831          * can avoid introducing any issues with the buddy allocator.
1832          */
1833         while (spfn < end_pfn) {
1834                 deferred_init_maxorder(&i, zone, &spfn, &epfn);
1835                 cond_resched();
1836         }
1837 }
1838
1839 /* Initialise remaining memory on a node */
1840 static int __init deferred_init_memmap(void *data)
1841 {
1842         pg_data_t *pgdat = data;
1843         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
1844         unsigned long spfn = 0, epfn = 0;
1845         unsigned long first_init_pfn, flags;
1846         unsigned long start = jiffies;
1847         struct zone *zone;
1848         int zid, max_threads;
1849         u64 i;
1850
1851         /* Bind memory initialisation thread to a local node if possible */
1852         if (!cpumask_empty(cpumask))
1853                 set_cpus_allowed_ptr(current, cpumask);
1854
1855         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
1856         first_init_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1857         if (first_init_pfn == ULONG_MAX) {
1858                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1859                 pgdat_init_report_one_done();
1860                 return 0;
1861         }
1862
1863         /* Sanity check boundaries */
1864         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn < pgdat->node_start_pfn);
1865         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn > pgdat_end_pfn(pgdat));
1866         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
1867
1868         /*
1869          * Once we unlock here, the zone cannot be grown anymore, thus if an
1870          * interrupt thread must allocate this early in boot, zone must be
1871          * pre-grown prior to start of deferred page initialization.
1872          */
1873         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1874
1875         /* Only the highest zone is deferred so find it */
1876         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1877                 zone = pgdat->node_zones + zid;
1878                 if (first_init_pfn < zone_end_pfn(zone))
1879                         break;
1880         }
1881
1882         /* If the zone is empty somebody else may have cleared out the zone */
1883         if (!deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
1884                                                  first_init_pfn))
1885                 goto zone_empty;
1886
1887         /*
1888          * More CPUs always led to greater speedups on tested systems, up to
1889          * all the nodes' CPUs.  Use all since the system is otherwise idle now.
1890          */
1891         max_threads = max(cpumask_weight(cpumask), 1u);
1892
1893         while (spfn < epfn) {
1894                 unsigned long epfn_align = ALIGN(epfn, PAGES_PER_SECTION);
1895                 struct padata_mt_job job = {
1896                         .thread_fn   = deferred_init_memmap_chunk,
1897                         .fn_arg      = zone,
1898                         .start       = spfn,
1899                         .size        = epfn_align - spfn,
1900                         .align       = PAGES_PER_SECTION,
1901                         .min_chunk   = PAGES_PER_SECTION,
1902                         .max_threads = max_threads,
1903                 };
1904
1905                 padata_do_multithreaded(&job);
1906                 deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
1907                                                     epfn_align);
1908         }
1909 zone_empty:
1910         /* Sanity check that the next zone really is unpopulated */
1911         WARN_ON(++zid < MAX_NR_ZONES && populated_zone(++zone));
1912
1913         pr_info("node %d deferred pages initialised in %ums\n",
1914                 pgdat->node_id, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
1915
1916         pgdat_init_report_one_done();
1917         return 0;
1918 }
1919
1920 /*
1921  * If this zone has deferred pages, try to grow it by initializing enough
1922  * deferred pages to satisfy the allocation specified by order, rounded up to
1923  * the nearest PAGES_PER_SECTION boundary.  So we're adding memory in increments
1924  * of SECTION_SIZE bytes by initializing struct pages in increments of
1925  * PAGES_PER_SECTION * sizeof(struct page) bytes.
1926  *
1927  * Return true when zone was grown, otherwise return false. We return true even
1928  * when we grow less than requested, to let the caller decide if there are
1929  * enough pages to satisfy the allocation.
1930  *
1931  * Note: We use noinline because this function is needed only during boot, and
1932  * it is called from a __ref function _deferred_grow_zone. This way we are
1933  * making sure that it is not inlined into permanent text section.
1934  */
1935 static noinline bool __init
1936 deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
1937 {
1938         unsigned long nr_pages_needed = ALIGN(1 << order, PAGES_PER_SECTION);
1939         pg_data_t *pgdat = zone->zone_pgdat;
1940         unsigned long first_deferred_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1941         unsigned long spfn, epfn, flags;
1942         unsigned long nr_pages = 0;
1943         u64 i;
1944
1945         /* Only the last zone may have deferred pages */
1946         if (zone_end_pfn(zone) != pgdat_end_pfn(pgdat))
1947                 return false;
1948
1949         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
1950
1951         /*
1952          * If someone grew this zone while we were waiting for spinlock, return
1953          * true, as there might be enough pages already.
1954          */
1955         if (first_deferred_pfn != pgdat->first_deferred_pfn) {
1956                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1957                 return true;
1958         }
1959
1960         /* If the zone is empty somebody else may have cleared out the zone */
1961         if (!deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
1962                                                  first_deferred_pfn)) {
1963                 pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
1964                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1965                 /* Retry only once. */
1966                 return first_deferred_pfn != ULONG_MAX;
1967         }
1968
1969         /*
1970          * Initialize and free pages in MAX_ORDER sized increments so
1971          * that we can avoid introducing any issues with the buddy
1972          * allocator.
1973          */
1974         while (spfn < epfn) {
1975                 /* update our first deferred PFN for this section */
1976                 first_deferred_pfn = spfn;
1977
1978                 nr_pages += deferred_init_maxorder(&i, zone, &spfn, &epfn);
1979                 touch_nmi_watchdog();
1980
1981                 /* We should only stop along section boundaries */
1982                 if ((first_deferred_pfn ^ spfn) < PAGES_PER_SECTION)
1983                         continue;
1984
1985                 /* If our quota has been met we can stop here */
1986                 if (nr_pages >= nr_pages_needed)
1987                         break;
1988         }
1989
1990         pgdat->first_deferred_pfn = spfn;
1991         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1992
1993         return nr_pages > 0;
1994 }
1995
1996 /*
1997  * deferred_grow_zone() is __init, but it is called from
1998  * get_page_from_freelist() during early boot until deferred_pages permanently
1999  * disables this call. This is why we have refdata wrapper to avoid warning,
2000  * and to ensure that the function body gets unloaded.
2001  */
2002 static bool __ref
2003 _deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
2004 {
2005         return deferred_grow_zone(zone, order);
2006 }
2007
2008 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
2009
2010 void __init page_alloc_init_late(void)
2011 {
2012         struct zone *zone;
2013         int nid;
2014
2015 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
2016
2017         /* There will be num_node_state(N_MEMORY) threads */
2018         atomic_set(&pgdat_init_n_undone, num_node_state(N_MEMORY));
2019         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
2020                 kthread_run(deferred_init_memmap, NODE_DATA(nid), "pgdatinit%d", nid);
2021         }
2022
2023         /* Block until all are initialised */
2024         wait_for_completion(&pgdat_init_all_done_comp);
2025
2026         /*
2027          * The number of managed pages has changed due to the initialisation
2028          * so the pcpu batch and high limits needs to be updated or the limits
2029          * will be artificially small.
2030          */
2031         for_each_populated_zone(zone)
2032                 zone_pcp_update(zone);
2033
2034         /*
2035          * We initialized the rest of the deferred pages.  Permanently disable
2036          * on-demand struct page initialization.
2037          */
2038         static_branch_disable(&deferred_pages);
2039
2040         /* Reinit limits that are based on free pages after the kernel is up */
2041         files_maxfiles_init();
2042 #endif
2043
2044         /* Discard memblock private memory */
2045         memblock_discard();
2046
2047         for_each_node_state(nid, N_MEMORY)
2048                 shuffle_free_memory(NODE_DATA(nid));
2049
2050         for_each_populated_zone(zone)
2051                 set_zone_contiguous(zone);
2052 }
2053
2054 #ifdef CONFIG_CMA
2055 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
2056 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
2057 {
2058         unsigned i = pageblock_nr_pages;
2059         struct page *p = page;
2060
2061         do {
2062                 __ClearPageReserved(p);
2063                 set_page_count(p, 0);
2064         } while (++p, --i);
2065
2066         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
2067
2068         if (pageblock_order >= MAX_ORDER) {
2069                 i = pageblock_nr_pages;
2070                 p = page;
2071                 do {
2072                         set_page_refcounted(p);
2073                         __free_pages(p, MAX_ORDER - 1);
2074                         p += MAX_ORDER_NR_PAGES;
2075                 } while (i -= MAX_ORDER_NR_PAGES);
2076         } else {
2077                 set_page_refcounted(page);
2078                 __free_pages(page, pageblock_order);
2079         }
2080
2081         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
2082 }
2083 #endif
2084
2085 /*
2086  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
2087  * Please do not alter this order without good reasons and regression
2088  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
2089  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
2090  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
2091  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
2092  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
2093  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
2094  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
2095  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
2096  *
2097  * -- nyc
2098  */
2099 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
2100         int low, int high, int migratetype)
2101 {
2102         unsigned long size = 1 << high;
2103
2104         while (high > low) {
2105                 high--;
2106                 size >>= 1;
2107                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
2108
2109                 /*
2110                  * Mark as guard pages (or page), that will allow to
2111                  * merge back to allocator when buddy will be freed.
2112                  * Corresponding page table entries will not be touched,
2113                  * pages will stay not present in virtual address space
2114                  */
2115                 if (set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype))
2116                         continue;
2117
2118                 add_to_free_list(&page[size], zone, high, migratetype);
2119                 set_page_order(&page[size], high);
2120         }
2121 }
2122
2123 static void check_new_page_bad(struct page *page)
2124 {
2125         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
2126                 /* Don't complain about hwpoisoned pages */
2127                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
2128                 return;
2129         }
2130
2131         bad_page(page,
2132                  page_bad_reason(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP));
2133 }
2134
2135 /*
2136  * This page is about to be returned from the page allocator
2137  */
2138 static inline int check_new_page(struct page *page)
2139 {
2140         if (likely(page_expected_state(page,
2141                                 PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP|__PG_HWPOISON)))
2142                 return 0;
2143
2144         check_new_page_bad(page);
2145         return 1;
2146 }
2147
2148 static inline bool free_pages_prezeroed(void)
2149 {
2150         return (IS_ENABLED(CONFIG_PAGE_POISONING_ZERO) &&
2151                 page_poisoning_enabled()) || want_init_on_free();
2152 }
2153
2154 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
2155 /*
2156  * With DEBUG_VM enabled, order-0 pages are checked for expected state when
2157  * being allocated from pcp lists. With debug_pagealloc also enabled, they are
2158  * also checked when pcp lists are refilled from the free lists.
2159  */
2160 static inline bool check_pcp_refill(struct page *page)
2161 {
2162         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2163                 return check_new_page(page);
2164         else
2165                 return false;
2166 }
2167
2168 static inline bool check_new_pcp(struct page *page)
2169 {
2170         return check_new_page(page);
2171 }
2172 #else
2173 /*
2174  * With DEBUG_VM disabled, free order-0 pages are checked for expected state
2175  * when pcp lists are being refilled from the free lists. With debug_pagealloc
2176  * enabled, they are also checked when being allocated from the pcp lists.
2177  */
2178 static inline bool check_pcp_refill(struct page *page)
2179 {
2180         return check_new_page(page);
2181 }
2182 static inline bool check_new_pcp(struct page *page)
2183 {
2184         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2185                 return check_new_page(page);
2186         else
2187                 return false;
2188 }
2189 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
2190
2191 static bool check_new_pages(struct page *page, unsigned int order)
2192 {
2193         int i;
2194         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
2195                 struct page *p = page + i;
2196
2197                 if (unlikely(check_new_page(p)))
2198                         return true;
2199         }
2200
2201         return false;
2202 }
2203
2204 inline void post_alloc_hook(struct page *page, unsigned int order,
2205                                 gfp_t gfp_flags)
2206 {
2207         set_page_private(page, 0);
2208         set_page_refcounted(page);
2209
2210         arch_alloc_page(page, order);
2211         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2212                 kernel_map_pages(page, 1 << order, 1);
2213         kasan_alloc_pages(page, order);
2214         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 1);
2215         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
2216 }
2217
2218 static void prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
2219                                                         unsigned int alloc_flags)
2220 {
2221         post_alloc_hook(page, order, gfp_flags);
2222
2223         if (!free_pages_prezeroed() && want_init_on_alloc(gfp_flags))
2224                 kernel_init_free_pages(page, 1 << order);
2225
2226         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
2227                 prep_compound_page(page, order);
2228
2229         /*
2230          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
2231          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
2232          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
2233          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
2234          */
2235         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
2236                 set_page_pfmemalloc(page);
2237         else
2238                 clear_page_pfmemalloc(page);
2239 }
2240
2241 /*
2242  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
2243  * the smallest available page from the freelists
2244  */
2245 static __always_inline
2246 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
2247                                                 int migratetype)
2248 {
2249         unsigned int current_order;
2250         struct free_area *area;
2251         struct page *page;
2252
2253         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
2254         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
2255                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2256                 page = get_page_from_free_area(area, migratetype);
2257                 if (!page)
2258                         continue;
2259                 del_page_from_free_list(page, zone, current_order);
2260                 expand(zone, page, order, current_order, migratetype);
2261                 set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2262                 return page;
2263         }
2264
2265         return NULL;
2266 }
2267
2268
2269 /*
2270  * This array describes the order lists are fallen back to when
2271  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
2272  */
2273 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][4] = {
2274         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2275         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_TYPES },
2276         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2277 #ifdef CONFIG_CMA
2278         [MIGRATE_CMA]         = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
2279 #endif
2280 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
2281         [MIGRATE_ISOLATE]     = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
2282 #endif
2283 };
2284
2285 #ifdef CONFIG_CMA
2286 static __always_inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2287                                         unsigned int order)
2288 {
2289         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
2290 }
2291 #else
2292 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2293                                         unsigned int order) { return NULL; }
2294 #endif
2295
2296 /*
2297  * Move the free pages in a range to the free lists of the requested type.
2298  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
2299  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
2300  */
2301 static int move_freepages(struct zone *zone,
2302                           struct page *start_page, struct page *end_page,
2303                           int migratetype, int *num_movable)
2304 {
2305         struct page *page;
2306         unsigned int order;
2307         int pages_moved = 0;
2308
2309         for (page = start_page; page <= end_page;) {
2310                 if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page))) {
2311                         page++;
2312                         continue;
2313                 }
2314
2315                 if (!PageBuddy(page)) {
2316                         /*
2317                          * We assume that pages that could be isolated for
2318                          * migration are movable. But we don't actually try
2319                          * isolating, as that would be expensive.
2320                          */
2321                         if (num_movable &&
2322                                         (PageLRU(page) || __PageMovable(page)))
2323                                 (*num_movable)++;
2324
2325                         page++;
2326                         continue;
2327                 }
2328
2329                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
2330                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
2331                 VM_BUG_ON_PAGE(page_zone(page) != zone, page);
2332
2333                 order = page_order(page);
2334                 move_to_free_list(page, zone, order, migratetype);
2335                 page += 1 << order;
2336                 pages_moved += 1 << order;
2337         }
2338
2339         return pages_moved;
2340 }
2341
2342 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
2343                                 int migratetype, int *num_movable)
2344 {
2345         unsigned long start_pfn, end_pfn;
2346         struct page *start_page, *end_page;
2347
2348         if (num_movable)
2349                 *num_movable = 0;
2350
2351         start_pfn = page_to_pfn(page);
2352         start_pfn = start_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
2353         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
2354         end_page = start_page + pageblock_nr_pages - 1;
2355         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
2356
2357         /* Do not cross zone boundaries */
2358         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
2359                 start_page = page;
2360         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
2361                 return 0;
2362
2363         return move_freepages(zone, start_page, end_page, migratetype,
2364                                                                 num_movable);
2365 }
2366
2367 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
2368                                         int start_order, int migratetype)
2369 {
2370         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
2371
2372         while (nr_pageblocks--) {
2373                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
2374                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
2375         }
2376 }
2377
2378 /*
2379  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
2380  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
2381  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
2382  *
2383  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
2384  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
2385  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
2386  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
2387  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
2388  * pageblocks.
2389  */
2390 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
2391 {
2392         /*
2393          * Leaving this order check is intended, although there is
2394          * relaxed order check in next check. The reason is that
2395          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
2396          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
2397          * so could be changed anytime.
2398          */
2399         if (order >= pageblock_order)
2400                 return true;
2401
2402         if (order >= pageblock_order / 2 ||
2403                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
2404                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
2405                 page_group_by_mobility_disabled)
2406                 return true;
2407
2408         return false;
2409 }
2410
2411 static inline void boost_watermark(struct zone *zone)
2412 {
2413         unsigned long max_boost;
2414
2415         if (!watermark_boost_factor)
2416                 return;
2417         /*
2418          * Don't bother in zones that are unlikely to produce results.
2419          * On small machines, including kdump capture kernels running
2420          * in a small area, boosting the watermark can cause an out of
2421          * memory situation immediately.
2422          */
2423         if ((pageblock_nr_pages * 4) > zone_managed_pages(zone))
2424                 return;
2425
2426         max_boost = mult_frac(zone->_watermark[WMARK_HIGH],
2427                         watermark_boost_factor, 10000);
2428
2429         /*
2430          * high watermark may be uninitialised if fragmentation occurs
2431          * very early in boot so do not boost. We do not fall
2432          * through and boost by pageblock_nr_pages as failing
2433          * allocations that early means that reclaim is not going
2434          * to help and it may even be impossible to reclaim the
2435          * boosted watermark resulting in a hang.
2436          */
2437         if (!max_boost)
2438                 return;
2439
2440         max_boost = max(pageblock_nr_pages, max_boost);
2441
2442         zone->watermark_boost = min(zone->watermark_boost + pageblock_nr_pages,
2443                 max_boost);
2444 }
2445
2446 /*
2447  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
2448  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
2449  * pageblock to our migratetype and determine how many already-allocated pages
2450  * are there in the pageblock with a compatible migratetype. If at least half
2451  * of pages are free or compatible, we can change migratetype of the pageblock
2452  * itself, so pages freed in the future will be put on the correct free list.
2453  */
2454 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
2455                 unsigned int alloc_flags, int start_type, bool whole_block)
2456 {
2457         unsigned int current_order = page_order(page);
2458         int free_pages, movable_pages, alike_pages;
2459         int old_block_type;
2460
2461         old_block_type = get_pageblock_migratetype(page);
2462
2463         /*
2464          * This can happen due to races and we want to prevent broken
2465          * highatomic accounting.
2466          */
2467         if (is_migrate_highatomic(old_block_type))
2468                 goto single_page;
2469
2470         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
2471         if (current_order >= pageblock_order) {
2472                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
2473                 goto single_page;
2474         }
2475
2476         /*
2477          * Boost watermarks to increase reclaim pressure to reduce the
2478          * likelihood of future fallbacks. Wake kswapd now as the node
2479          * may be balanced overall and kswapd will not wake naturally.
2480          */
2481         boost_watermark(zone);
2482         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
2483                 set_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
2484
2485         /* We are not allowed to try stealing from the whole block */
2486         if (!whole_block)
2487                 goto single_page;
2488
2489         free_pages = move_freepages_block(zone, page, start_type,
2490                                                 &movable_pages);
2491         /*
2492          * Determine how many pages are compatible with our allocation.
2493          * For movable allocation, it's the number of movable pages which
2494          * we just obtained. For other types it's a bit more tricky.
2495          */
2496         if (start_type == MIGRATE_MOVABLE) {
2497                 alike_pages = movable_pages;
2498         } else {
2499                 /*
2500                  * If we are falling back a RECLAIMABLE or UNMOVABLE allocation
2501                  * to MOVABLE pageblock, consider all non-movable pages as
2502                  * compatible. If it's UNMOVABLE falling back to RECLAIMABLE or
2503                  * vice versa, be conservative since we can't distinguish the
2504                  * exact migratetype of non-movable pages.
2505                  */
2506                 if (old_block_type == MIGRATE_MOVABLE)
2507                         alike_pages = pageblock_nr_pages
2508                                                 - (free_pages + movable_pages);
2509                 else
2510                         alike_pages = 0;
2511         }
2512
2513         /* moving whole block can fail due to zone boundary conditions */
2514         if (!free_pages)
2515                 goto single_page;
2516
2517         /*
2518          * If a sufficient number of pages in the block are either free or of
2519          * comparable migratability as our allocation, claim the whole block.
2520          */
2521         if (free_pages + alike_pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
2522                         page_group_by_mobility_disabled)
2523                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
2524
2525         return;
2526
2527 single_page:
2528         move_to_free_list(page, zone, current_order, start_type);
2529 }
2530
2531 /*
2532  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
2533  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
2534  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
2535  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
2536  */
2537 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
2538                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
2539 {
2540         int i;
2541         int fallback_mt;
2542
2543         if (area->nr_free == 0)
2544                 return -1;
2545
2546         *can_steal = false;
2547         for (i = 0;; i++) {
2548                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
2549                 if (fallback_mt == MIGRATE_TYPES)
2550                         break;
2551
2552                 if (free_area_empty(area, fallback_mt))
2553                         continue;
2554
2555                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
2556                         *can_steal = true;
2557
2558                 if (!only_stealable)
2559                         return fallback_mt;
2560
2561                 if (*can_steal)
2562                         return fallback_mt;
2563         }
2564
2565         return -1;
2566 }
2567
2568 /*
2569  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
2570  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
2571  */
2572 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone,
2573                                 unsigned int alloc_order)
2574 {
2575         int mt;
2576         unsigned long max_managed, flags;
2577
2578         /*
2579          * Limit the number reserved to 1 pageblock or roughly 1% of a zone.
2580          * Check is race-prone but harmless.
2581          */
2582         max_managed = (zone_managed_pages(zone) / 100) + pageblock_nr_pages;
2583         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2584                 return;
2585
2586         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2587
2588         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
2589         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2590                 goto out_unlock;
2591
2592         /* Yoink! */
2593         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2594         if (!is_migrate_highatomic(mt) && !is_migrate_isolate(mt)
2595             && !is_migrate_cma(mt)) {
2596                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
2597                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2598                 move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_HIGHATOMIC, NULL);
2599         }
2600
2601 out_unlock:
2602         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2603 }
2604
2605 /*
2606  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
2607  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
2608  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
2609  * to recover from than an OOM.
2610  *
2611  * If @force is true, try to unreserve a pageblock even though highatomic
2612  * pageblock is exhausted.
2613  */
2614 static bool unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac,
2615                                                 bool force)
2616 {
2617         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2618         unsigned long flags;
2619         struct zoneref *z;
2620         struct zone *zone;
2621         struct page *page;
2622         int order;
2623         bool ret;
2624
2625         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->highest_zoneidx,
2626                                                                 ac->nodemask) {
2627                 /*
2628                  * Preserve at least one pageblock unless memory pressure
2629                  * is really high.
2630                  */
2631                 if (!force && zone->nr_reserved_highatomic <=
2632                                         pageblock_nr_pages)
2633                         continue;
2634
2635                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2636                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
2637                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
2638
2639                         page = get_page_from_free_area(area, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2640                         if (!page)
2641                                 continue;
2642
2643                         /*
2644                          * In page freeing path, migratetype change is racy so
2645                          * we can counter several free pages in a pageblock
2646                          * in this loop althoug we changed the pageblock type
2647                          * from highatomic to ac->migratetype. So we should
2648                          * adjust the count once.
2649                          */
2650                         if (is_migrate_highatomic_page(page)) {
2651                                 /*
2652                                  * It should never happen but changes to
2653                                  * locking could inadvertently allow a per-cpu
2654                                  * drain to add pages to MIGRATE_HIGHATOMIC
2655                                  * while unreserving so be safe and watch for
2656                                  * underflows.
2657                                  */
2658                                 zone->nr_reserved_highatomic -= min(
2659                                                 pageblock_nr_pages,
2660                                                 zone->nr_reserved_highatomic);
2661                         }
2662
2663                         /*
2664                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
2665                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
2666                          * is doing the work and needs the pages. More
2667                          * importantly, if the block was always converted to
2668                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
2669                          * of pageblocks that cannot be completely freed
2670                          * may increase.
2671                          */
2672                         set_pageblock_migratetype(page, ac->migratetype);
2673                         ret = move_freepages_block(zone, page, ac->migratetype,
2674                                                                         NULL);
2675                         if (ret) {
2676                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2677                                 return ret;
2678                         }
2679                 }
2680                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2681         }
2682
2683         return false;
2684 }
2685
2686 /*
2687  * Try finding a free buddy page on the fallback list and put it on the free
2688  * list of requested migratetype, possibly along with other pages from the same
2689  * block, depending on fragmentation avoidance heuristics. Returns true if
2690  * fallback was found so that __rmqueue_smallest() can grab it.
2691  *
2692  * The use of signed ints for order and current_order is a deliberate
2693  * deviation from the rest of this file, to make the for loop
2694  * condition simpler.
2695  */
2696 static __always_inline bool
2697 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, int order, int start_migratetype,
2698                                                 unsigned int alloc_flags)
2699 {
2700         struct free_area *area;
2701         int current_order;
2702         int min_order = order;
2703         struct page *page;
2704         int fallback_mt;
2705         bool can_steal;
2706
2707         /*
2708          * Do not steal pages from freelists belonging to other pageblocks
2709          * i.e. orders < pageblock_order. If there are no local zones free,
2710          * the zonelists will be reiterated without ALLOC_NOFRAGMENT.
2711          */
2712         if (alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT)
2713                 min_order = pageblock_order;
2714
2715         /*
2716          * Find the largest available free page in the other list. This roughly
2717          * approximates finding the pageblock with the most free pages, which
2718          * would be too costly to do exactly.
2719          */
2720         for (current_order = MAX_ORDER - 1; current_order >= min_order;
2721                                 --current_order) {
2722                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2723                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2724                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2725                 if (fallback_mt == -1)
2726                         continue;
2727
2728                 /*
2729                  * We cannot steal all free pages from the pageblock and the
2730                  * requested migratetype is movable. In that case it's better to
2731                  * steal and split the smallest available page instead of the
2732                  * largest available page, because even if the next movable
2733                  * allocation falls back into a different pageblock than this
2734                  * one, it won't cause permanent fragmentation.
2735                  */
2736                 if (!can_steal && start_migratetype == MIGRATE_MOVABLE
2737                                         && current_order > order)
2738                         goto find_smallest;
2739
2740                 goto do_steal;
2741         }
2742
2743         return false;
2744
2745 find_smallest:
2746         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER;
2747                                                         current_order++) {
2748                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2749                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2750                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2751                 if (fallback_mt != -1)
2752                         break;
2753         }
2754
2755         /*
2756          * This should not happen - we already found a suitable fallback
2757          * when looking for the largest page.
2758          */
2759         VM_BUG_ON(current_order == MAX_ORDER);
2760
2761 do_steal:
2762         page = get_page_from_free_area(area, fallback_mt);
2763
2764         steal_suitable_fallback(zone, page, alloc_flags, start_migratetype,
2765                                                                 can_steal);
2766
2767         trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
2768                 start_migratetype, fallback_mt);
2769
2770         return true;
2771
2772 }
2773
2774 /*
2775  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
2776  * Call me with the zone->lock already held.
2777  */
2778 static __always_inline struct page *
2779 __rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order, int migratetype,
2780                                                 unsigned int alloc_flags)
2781 {
2782         struct page *page;
2783
2784 #ifdef CONFIG_CMA
2785         /*
2786          * Balance movable allocations between regular and CMA areas by
2787          * allocating from CMA when over half of the zone's free memory
2788          * is in the CMA area.
2789          */
2790         if (migratetype == MIGRATE_MOVABLE &&
2791             zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES) >
2792             zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES) / 2) {
2793                 page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2794                 if (page)
2795                         return page;
2796         }
2797 #endif
2798 retry:
2799         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
2800         if (unlikely(!page)) {
2801                 if (migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
2802                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2803
2804                 if (!page && __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype,
2805                                                                 alloc_flags))
2806                         goto retry;
2807         }
2808
2809         trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
2810         return page;
2811 }
2812
2813 /*
2814  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
2815  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
2816  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
2817  */
2818 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
2819                         unsigned long count, struct list_head *list,
2820                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
2821 {
2822         int i, alloced = 0;
2823
2824         spin_lock(&zone->lock);
2825         for (i = 0; i < count; ++i) {
2826                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype,
2827                                                                 alloc_flags);
2828                 if (unlikely(page == NULL))
2829                         break;
2830
2831                 if (unlikely(check_pcp_refill(page)))
2832                         continue;
2833
2834                 /*
2835                  * Split buddy pages returned by expand() are received here in
2836                  * physical page order. The page is added to the tail of
2837                  * caller's list. From the callers perspective, the linked list
2838                  * is ordered by page number under some conditions. This is
2839                  * useful for IO devices that can forward direction from the
2840                  * head, thus also in the physical page order. This is useful
2841                  * for IO devices that can merge IO requests if the physical
2842                  * pages are ordered properly.
2843                  */
2844                 list_add_tail(&page->lru, list);
2845                 alloced++;
2846                 if (is_migrate_cma(get_pcppage_migratetype(page)))
2847                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
2848                                               -(1 << order));
2849         }
2850
2851         /*
2852          * i pages were removed from the buddy list even if some leak due
2853          * to check_pcp_refill failing so adjust NR_FREE_PAGES based
2854          * on i. Do not confuse with 'alloced' which is the number of
2855          * pages added to the pcp list.
2856          */
2857         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
2858         spin_unlock(&zone->lock);
2859         return alloced;
2860 }
2861
2862 #ifdef CONFIG_NUMA
2863 /*
2864  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
2865  * currently executing processor on remote nodes after they have
2866  * expired.
2867  *
2868  * Note that this function must be called with the thread pinned to
2869  * a single processor.
2870  */
2871 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
2872 {
2873         unsigned long flags;
2874         int to_drain, batch;
2875
2876         local_irq_save(flags);
2877         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2878         to_drain = min(pcp->count, batch);
2879         if (to_drain > 0)
2880                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp);
2881         local_irq_restore(flags);
2882 }
2883 #endif
2884
2885 /*
2886  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
2887  *
2888  * The processor must either be the current processor and the
2889  * thread pinned to the current processor or a processor that
2890  * is not online.
2891  */
2892 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
2893 {
2894         unsigned long flags;
2895         struct per_cpu_pageset *pset;
2896         struct per_cpu_pages *pcp;
2897
2898         local_irq_save(flags);
2899         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2900
2901         pcp = &pset->pcp;
2902         if (pcp->count)
2903                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp);
2904         local_irq_restore(flags);
2905 }
2906
2907 /*
2908  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
2909  *
2910  * The processor must either be the current processor and the
2911  * thread pinned to the current processor or a processor that
2912  * is not online.
2913  */
2914 static void drain_pages(unsigned int cpu)
2915 {
2916         struct zone *zone;
2917
2918         for_each_populated_zone(zone) {
2919                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2920         }
2921 }
2922
2923 /*
2924  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
2925  *
2926  * The CPU has to be pinned. When zone parameter is non-NULL, spill just
2927  * the single zone's pages.
2928  */
2929 void drain_local_pages(struct zone *zone)
2930 {
2931         int cpu = smp_processor_id();
2932
2933         if (zone)
2934                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2935         else
2936                 drain_pages(cpu);
2937 }
2938
2939 static void drain_local_pages_wq(struct work_struct *work)
2940 {
2941         struct pcpu_drain *drain;
2942
2943         drain = container_of(work, struct pcpu_drain, work);
2944
2945         /*
2946          * drain_all_pages doesn't use proper cpu hotplug protection so
2947          * we can race with cpu offline when the WQ can move this from
2948          * a cpu pinned worker to an unbound one. We can operate on a different
2949          * cpu which is allright but we also have to make sure to not move to
2950          * a different one.
2951          */
2952         preempt_disable();
2953         drain_local_pages(drain->zone);
2954         preempt_enable();
2955 }
2956
2957 /*
2958  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
2959  *
2960  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
2961  *
2962  * Note that this can be extremely slow as the draining happens in a workqueue.
2963  */
2964 void drain_all_pages(struct zone *zone)
2965 {
2966         int cpu;
2967
2968         /*
2969          * Allocate in the BSS so we wont require allocation in
2970          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
2971          */
2972         static cpumask_t cpus_with_pcps;
2973
2974         /*
2975          * Make sure nobody triggers this path before mm_percpu_wq is fully
2976          * initialized.
2977          */
2978         if (WARN_ON_ONCE(!mm_percpu_wq))
2979                 return;
2980
2981         /*
2982          * Do not drain if one is already in progress unless it's specific to
2983          * a zone. Such callers are primarily CMA and memory hotplug and need
2984          * the drain to be complete when the call returns.
2985          */
2986         if (unlikely(!mutex_trylock(&pcpu_drain_mutex))) {
2987                 if (!zone)
2988                         return;
2989                 mutex_lock(&pcpu_drain_mutex);
2990         }
2991
2992         /*
2993          * We don't care about racing with CPU hotplug event
2994          * as offline notification will cause the notified
2995          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
2996          * disables preemption as part of its processing
2997          */
2998         for_each_online_cpu(cpu) {
2999                 struct per_cpu_pageset *pcp;
3000                 struct zone *z;
3001                 bool has_pcps = false;
3002
3003                 if (zone) {
3004                         pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
3005                         if (pcp->pcp.count)
3006                                 has_pcps = true;
3007                 } else {
3008                         for_each_populated_zone(z) {
3009                                 pcp = per_cpu_ptr(z->pageset, cpu);
3010                                 if (pcp->pcp.count) {
3011                                         has_pcps = true;
3012                                         break;
3013                                 }
3014                         }
3015                 }
3016
3017                 if (has_pcps)
3018                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
3019                 else
3020                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
3021         }
3022
3023         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps) {
3024                 struct pcpu_drain *drain = per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu);
3025
3026                 drain->zone = zone;
3027                 INIT_WORK(&drain->work, drain_local_pages_wq);
3028                 queue_work_on(cpu, mm_percpu_wq, &drain->work);
3029         }
3030         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps)
3031                 flush_work(&per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu)->work);
3032
3033         mutex_unlock(&pcpu_drain_mutex);
3034 }
3035
3036 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
3037
3038 /*
3039  * Touch the watchdog for every WD_PAGE_COUNT pages.
3040  */
3041 #define WD_PAGE_COUNT   (128*1024)
3042
3043 void mark_free_pages(struct zone *zone)
3044 {
3045         unsigned long pfn, max_zone_pfn, page_count = WD_PAGE_COUNT;
3046         unsigned long flags;
3047         unsigned int order, t;
3048         struct page *page;
3049
3050         if (zone_is_empty(zone))
3051                 return;
3052
3053         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3054
3055         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
3056         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
3057                 if (pfn_valid(pfn)) {
3058                         page = pfn_to_page(pfn);
3059
3060                         if (!--page_count) {
3061                                 touch_nmi_watchdog();
3062                                 page_count = WD_PAGE_COUNT;
3063                         }
3064
3065                         if (page_zone(page) != zone)
3066                                 continue;
3067
3068                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
3069                                 swsusp_unset_page_free(page);
3070                 }
3071
3072         for_each_migratetype_order(order, t) {
3073                 list_for_each_entry(page,
3074                                 &zone->free_area[order].free_list[t], lru) {
3075                         unsigned long i;
3076
3077                         pfn = page_to_pfn(page);
3078                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++) {
3079                                 if (!--page_count) {
3080                                         touch_nmi_watchdog();
3081                                         page_count = WD_PAGE_COUNT;
3082                                 }
3083                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
3084                         }
3085                 }
3086         }
3087         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3088 }
3089 #endif /* CONFIG_PM */
3090
3091 static bool free_unref_page_prepare(struct page *page, unsigned long pfn)
3092 {
3093         int migratetype;
3094
3095         if (!free_pcp_prepare(page))
3096                 return false;
3097
3098         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
3099         set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
3100         return true;
3101 }
3102
3103 static void free_unref_page_commit(struct page *page, unsigned long pfn)
3104 {
3105         struct zone *zone = page_zone(page);
3106         struct per_cpu_pages *pcp;
3107         int migratetype;
3108
3109         migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
3110         __count_vm_event(PGFREE);
3111
3112         /*
3113          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
3114          * Free ISOLATE pages back to the allocator because they are being
3115          * offlined but treat HIGHATOMIC as movable pages so we can get those
3116          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
3117          * excessively into the page allocator
3118          */
3119         if (migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES) {
3120                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
3121                         free_one_page(zone, page, pfn, 0, migratetype);
3122                         return;
3123                 }
3124                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
3125         }
3126
3127         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
3128         list_add(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
3129         pcp->count++;
3130         if (pcp->count >= pcp->high) {
3131                 unsigned long batch = READ_ONCE(pcp->batch);
3132                 free_pcppages_bulk(zone, batch, pcp);
3133         }
3134 }
3135
3136 /*
3137  * Free a 0-order page
3138  */
3139 void free_unref_page(struct page *page)
3140 {
3141         unsigned long flags;
3142         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
3143
3144         if (!free_unref_page_prepare(page, pfn))
3145                 return;
3146
3147         local_irq_save(flags);
3148         free_unref_page_commit(page, pfn);
3149         local_irq_restore(flags);
3150 }
3151
3152 /*
3153  * Free a list of 0-order pages
3154  */
3155 void free_unref_page_list(struct list_head *list)
3156 {
3157         struct page *page, *next;
3158         unsigned long flags, pfn;
3159         int batch_count = 0;
3160
3161         /* Prepare pages for freeing */
3162         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
3163                 pfn = page_to_pfn(page);
3164                 if (!free_unref_page_prepare(page, pfn))
3165                         list_del(&page->lru);
3166                 set_page_private(page, pfn);
3167         }
3168
3169         local_irq_save(flags);
3170         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
3171                 unsigned long pfn = page_private(page);
3172
3173                 set_page_private(page, 0);
3174                 trace_mm_page_free_batched(page);
3175                 free_unref_page_commit(page, pfn);
3176
3177                 /*
3178                  * Guard against excessive IRQ disabled times when we get
3179                  * a large list of pages to free.
3180                  */
3181                 if (++batch_count == SWAP_CLUSTER_MAX) {
3182                         local_irq_restore(flags);
3183                         batch_count = 0;
3184                         local_irq_save(flags);
3185                 }
3186         }
3187         local_irq_restore(flags);
3188 }
3189
3190 /*
3191  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
3192  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
3193  * Each sub-page must be freed individually.
3194  *
3195  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
3196  * Please consult with lkml before using this in your driver.
3197  */
3198 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
3199 {
3200         int i;
3201
3202         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
3203         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
3204
3205         for (i = 1; i < (1 << order); i++)
3206                 set_page_refcounted(page + i);
3207         split_page_owner(page, order);
3208 }
3209 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
3210
3211 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
3212 {
3213         unsigned long watermark;
3214         struct zone *zone;
3215         int mt;
3216
3217         BUG_ON(!PageBuddy(page));
3218
3219         zone = page_zone(page);
3220         mt = get_pageblock_migratetype(page);
3221
3222         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
3223                 /*
3224                  * Obey watermarks as if the page was being allocated. We can
3225                  * emulate a high-order watermark check with a raised order-0
3226                  * watermark, because we already know our high-order page
3227                  * exists.
3228                  */
3229                 watermark = zone->_watermark[WMARK_MIN] + (1UL << order);
3230                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, ALLOC_CMA))
3231                         return 0;
3232
3233                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
3234         }
3235
3236         /* Remove page from free list */
3237
3238         del_page_from_free_list(page, zone, order);
3239
3240         /*
3241          * Set the pageblock if the isolated page is at least half of a
3242          * pageblock
3243          */
3244         if (order >= pageblock_order - 1) {
3245                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
3246                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
3247                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
3248                         if (!is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt)
3249                             && !is_migrate_highatomic(mt))
3250                                 set_pageblock_migratetype(page,
3251                                                           MIGRATE_MOVABLE);
3252                 }
3253         }
3254
3255
3256         return 1UL << order;
3257 }
3258
3259 /**
3260  * __putback_isolated_page - Return a now-isolated page back where we got it
3261  * @page: Page that was isolated
3262  * @order: Order of the isolated page
3263  * @mt: The page's pageblock's migratetype
3264  *
3265  * This function is meant to return a page pulled from the free lists via
3266  * __isolate_free_page back to the free lists they were pulled from.
3267  */
3268 void __putback_isolated_page(struct page *page, unsigned int order, int mt)
3269 {
3270         struct zone *zone = page_zone(page);
3271
3272         /* zone lock should be held when this function is called */
3273         lockdep_assert_held(&zone->lock);
3274
3275         /* Return isolated page to tail of freelist. */
3276         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, order, mt, false);
3277 }
3278
3279 /*
3280  * Update NUMA hit/miss statistics
3281  *
3282  * Must be called with interrupts disabled.
3283  */
3284 static inline void zone_statistics(struct zone *preferred_zone, struct zone *z)
3285 {
3286 #ifdef CONFIG_NUMA
3287         enum numa_stat_item local_stat = NUMA_LOCAL;
3288
3289         /* skip numa counters update if numa stats is disabled */
3290         if (!static_branch_likely(&vm_numa_stat_key))
3291                 return;
3292
3293         if (zone_to_nid(z) != numa_node_id())
3294                 local_stat = NUMA_OTHER;
3295
3296         if (zone_to_nid(z) == zone_to_nid(preferred_zone))
3297                 __inc_numa_state(z, NUMA_HIT);
3298         else {
3299                 __inc_numa_state(z, NUMA_MISS);
3300                 __inc_numa_state(preferred_zone, NUMA_FOREIGN);
3301         }
3302         __inc_numa_state(z, local_stat);
3303 #endif
3304 }
3305
3306 /* Remove page from the per-cpu list, caller must protect the list */
3307 static struct page *__rmqueue_pcplist(struct zone *zone, int migratetype,
3308                         unsigned int alloc_flags,
3309                         struct per_cpu_pages *pcp,
3310                         struct list_head *list)
3311 {
3312         struct page *page;
3313
3314         do {
3315                 if (list_empty(list)) {
3316                         pcp->count += rmqueue_bulk(zone, 0,
3317                                         pcp->batch, list,
3318                                         migratetype, alloc_flags);
3319                         if (unlikely(list_empty(list)))
3320                                 return NULL;
3321                 }
3322
3323                 page = list_first_entry(list, struct page, lru);
3324                 list_del(&page->lru);
3325                 pcp->count--;
3326         } while (check_new_pcp(page));
3327
3328         return page;
3329 }
3330
3331 /* Lock and remove page from the per-cpu list */
3332 static struct page *rmqueue_pcplist(struct zone *preferred_zone,
3333                         struct zone *zone, gfp_t gfp_flags,
3334                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
3335 {
3336         struct per_cpu_pages *pcp;
3337         struct list_head *list;
3338         struct page *page;
3339         unsigned long flags;
3340
3341         local_irq_save(flags);
3342         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
3343         list = &pcp->lists[migratetype];
3344         page = __rmqueue_pcplist(zone,  migratetype, alloc_flags, pcp, list);
3345         if (page) {
3346                 __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1);
3347                 zone_statistics(preferred_zone, zone);
3348         }
3349         local_irq_restore(flags);
3350         return page;
3351 }
3352
3353 /*
3354  * Allocate a page from the given zone. Use pcplists for order-0 allocations.
3355  */
3356 static inline
3357 struct page *rmqueue(struct zone *preferred_zone,
3358                         struct zone *zone, unsigned int order,
3359                         gfp_t gfp_flags, unsigned int alloc_flags,
3360                         int migratetype)
3361 {
3362         unsigned long flags;
3363         struct page *page;
3364
3365         if (likely(order == 0)) {
3366                 page = rmqueue_pcplist(preferred_zone, zone, gfp_flags,
3367                                         migratetype, alloc_flags);
3368                 goto out;
3369         }
3370
3371         /*
3372          * We most definitely don't want callers attempting to
3373          * allocate greater than order-1 page units with __GFP_NOFAIL.
3374          */
3375         WARN_ON_ONCE((gfp_flags & __GFP_NOFAIL) && (order > 1));
3376         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3377
3378         do {
3379                 page = NULL;
3380                 if (alloc_flags & ALLOC_HARDER) {
3381                         page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
3382                         if (page)
3383                                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
3384                 }
3385                 if (!page)
3386                         page = __rmqueue(zone, order, migratetype, alloc_flags);
3387         } while (page && check_new_pages(page, order));
3388         spin_unlock(&zone->lock);
3389         if (!page)
3390                 goto failed;
3391         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
3392                                   get_pcppage_migratetype(page));
3393
3394         __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
3395         zone_statistics(preferred_zone, zone);
3396         local_irq_restore(flags);
3397
3398 out:
3399         /* Separate test+clear to avoid unnecessary atomics */
3400         if (test_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags)) {
3401                 clear_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
3402                 wakeup_kswapd(zone, 0, 0, zone_idx(zone));
3403         }
3404
3405         VM_BUG_ON_PAGE(page && bad_range(zone, page), page);
3406         return page;
3407
3408 failed:
3409         local_irq_restore(flags);
3410         return NULL;
3411 }
3412
3413 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
3414
3415 static struct {
3416         struct fault_attr attr;
3417
3418         bool ignore_gfp_highmem;
3419         bool ignore_gfp_reclaim;
3420         u32 min_order;
3421 } fail_page_alloc = {
3422         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
3423         .ignore_gfp_reclaim = true,
3424         .ignore_gfp_highmem = true,
3425         .min_order = 1,
3426 };
3427
3428 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
3429 {
3430         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
3431 }
3432 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
3433
3434 static bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3435 {
3436         if (order < fail_page_alloc.min_order)
3437                 return false;
3438         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3439                 return false;
3440         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
3441                 return false;
3442         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim &&
3443                         (gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3444                 return false;
3445
3446         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
3447 }
3448
3449 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
3450
3451 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
3452 {
3453         umode_t mode = S_IFREG | 0600;
3454         struct dentry *dir;
3455
3456         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
3457                                         &fail_page_alloc.attr);
3458
3459         debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
3460                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim);
3461         debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
3462                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem);
3463         debugfs_create_u32("min-order", mode, dir, &fail_page_alloc.min_order);
3464
3465         return 0;
3466 }
3467
3468 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
3469
3470 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
3471
3472 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3473
3474 static inline bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3475 {
3476         return false;
3477 }
3478
3479 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3480
3481 static noinline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3482 {
3483         return __should_fail_alloc_page(gfp_mask, order);
3484 }
3485 ALLOW_ERROR_INJECTION(should_fail_alloc_page, TRUE);
3486
3487 /*
3488  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
3489  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
3490  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
3491  * to check in the allocation paths if no pages are free.
3492  */
3493 bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3494                          int highest_zoneidx, unsigned int alloc_flags,
3495                          long free_pages)
3496 {
3497         long min = mark;
3498         int o;
3499         const bool alloc_harder = (alloc_flags & (ALLOC_HARDER|ALLOC_OOM));
3500
3501         /* free_pages may go negative - that's OK */
3502         free_pages -= (1 << order) - 1;
3503
3504         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
3505                 min -= min / 2;
3506
3507         /*
3508          * If the caller does not have rights to ALLOC_HARDER then subtract
3509          * the high-atomic reserves. This will over-estimate the size of the
3510          * atomic reserve but it avoids a search.
3511          */
3512         if (likely(!alloc_harder)) {
3513                 free_pages -= z->nr_reserved_highatomic;
3514         } else {
3515                 /*
3516                  * OOM victims can try even harder than normal ALLOC_HARDER
3517                  * users on the grounds that it's definitely going to be in
3518                  * the exit path shortly and free memory. Any allocation it
3519                  * makes during the free path will be small and short-lived.
3520                  */
3521                 if (alloc_flags & ALLOC_OOM)
3522                         min -= min / 2;
3523                 else
3524                         min -= min / 4;
3525         }
3526
3527
3528 #ifdef CONFIG_CMA
3529         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
3530         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
3531                 free_pages -= zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
3532 #endif
3533
3534         /*
3535          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
3536          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
3537          * even if a suitable page happened to be free.
3538          */
3539         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[highest_zoneidx])
3540                 return false;
3541
3542         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
3543         if (!order)
3544                 return true;
3545
3546         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
3547         for (o = order; o < MAX_ORDER; o++) {
3548                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
3549                 int mt;
3550
3551                 if (!area->nr_free)
3552                         continue;
3553
3554                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
3555                         if (!free_area_empty(area, mt))
3556                                 return true;
3557                 }
3558
3559 #ifdef CONFIG_CMA
3560                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
3561                     !free_area_empty(area, MIGRATE_CMA)) {
3562                         return true;
3563                 }
3564 #endif
3565                 if (alloc_harder && !free_area_empty(area, MIGRATE_HIGHATOMIC))
3566                         return true;
3567         }
3568         return false;
3569 }
3570
3571 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3572                       int highest_zoneidx, unsigned int alloc_flags)
3573 {
3574         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, alloc_flags,
3575                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
3576 }
3577
3578 static inline bool zone_watermark_fast(struct zone *z, unsigned int order,
3579                                 unsigned long mark, int highest_zoneidx,
3580                                 unsigned int alloc_flags)
3581 {
3582         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3583         long cma_pages = 0;
3584
3585 #ifdef CONFIG_CMA
3586         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
3587         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
3588                 cma_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
3589 #endif
3590
3591         /*
3592          * Fast check for order-0 only. If this fails then the reserves
3593          * need to be calculated. There is a corner case where the check
3594          * passes but only the high-order atomic reserve are free. If
3595          * the caller is !atomic then it'll uselessly search the free
3596          * list. That corner case is then slower but it is harmless.
3597          */
3598         if (!order && (free_pages - cma_pages) >
3599                                 mark + z->lowmem_reserve[highest_zoneidx])
3600                 return true;
3601
3602         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, alloc_flags,
3603                                         free_pages);
3604 }
3605
3606 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
3607                         unsigned long mark, int highest_zoneidx)
3608 {
3609         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3610
3611         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
3612                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
3613
3614         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, 0,
3615                                                                 free_pages);
3616 }
3617
3618 #ifdef CONFIG_NUMA
3619 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3620 {
3621         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <=
3622                                 node_reclaim_distance;
3623 }
3624 #else   /* CONFIG_NUMA */
3625 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3626 {
3627         return true;
3628 }
3629 #endif  /* CONFIG_NUMA */
3630
3631 /*
3632  * The restriction on ZONE_DMA32 as being a suitable zone to use to avoid
3633  * fragmentation is subtle. If the preferred zone was HIGHMEM then
3634  * premature use of a lower zone may cause lowmem pressure problems that
3635  * are worse than fragmentation. If the next zone is ZONE_DMA then it is
3636  * probably too small. It only makes sense to spread allocations to avoid
3637  * fragmentation between the Normal and DMA32 zones.
3638  */
3639 static inline unsigned int
3640 alloc_flags_nofragment(struct zone *zone, gfp_t gfp_mask)
3641 {
3642         unsigned int alloc_flags;
3643
3644         /*
3645          * __GFP_KSWAPD_RECLAIM is assumed to be the same as ALLOC_KSWAPD
3646          * to save a branch.
3647          */
3648         alloc_flags = (__force int) (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM);
3649
3650 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
3651         if (!zone)
3652                 return alloc_flags;
3653
3654         if (zone_idx(zone) != ZONE_NORMAL)
3655                 return alloc_flags;
3656
3657         /*
3658          * If ZONE_DMA32 exists, assume it is the one after ZONE_NORMAL and
3659          * the pointer is within zone->zone_pgdat->node_zones[]. Also assume
3660          * on UMA that if Normal is populated then so is DMA32.
3661          */
3662         BUILD_BUG_ON(ZONE_NORMAL - ZONE_DMA32 != 1);
3663         if (nr_online_nodes > 1 && !populated_zone(--zone))
3664                 return alloc_flags;
3665
3666         alloc_flags |= ALLOC_NOFRAGMENT;
3667 #endif /* CONFIG_ZONE_DMA32 */
3668         return alloc_flags;
3669 }
3670
3671 /*
3672  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
3673  * a page.
3674  */
3675 static struct page *
3676 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
3677                                                 const struct alloc_context *ac)
3678 {
3679         struct zoneref *z;
3680         struct zone *zone;
3681         struct pglist_data *last_pgdat_dirty_limit = NULL;
3682         bool no_fallback;
3683
3684 retry:
3685         /*
3686          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
3687          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
3688          */
3689         no_fallback = alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT;
3690         z = ac->preferred_zoneref;
3691         for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
3692                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask) {
3693                 struct page *page;
3694                 unsigned long mark;
3695
3696                 if (cpusets_enabled() &&
3697                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
3698                         !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
3699                                 continue;
3700                 /*
3701                  * When allocating a page cache page for writing, we
3702                  * want to get it from a node that is within its dirty
3703                  * limit, such that no single node holds more than its
3704                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
3705                  * The dirty limits take into account the node's
3706                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
3707                  * should be able to balance it without having to
3708                  * write pages from its LRU list.
3709                  *
3710                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
3711                  * exceed the per-node dirty limit in the slowpath
3712                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
3713                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
3714                  * nodes are together not big enough to reach the
3715                  * global limit.  The proper fix for these situations
3716                  * will require awareness of nodes in the
3717                  * dirty-throttling and the flusher threads.
3718                  */
3719                 if (ac->spread_dirty_pages) {
3720                         if (last_pgdat_dirty_limit == zone->zone_pgdat)
3721                                 continue;
3722
3723                         if (!node_dirty_ok(zone->zone_pgdat)) {
3724                                 last_pgdat_dirty_limit = zone->zone_pgdat;
3725                                 continue;
3726                         }
3727                 }
3728
3729                 if (no_fallback && nr_online_nodes > 1 &&
3730                     zone != ac->preferred_zoneref->zone) {
3731                         int local_nid;
3732
3733                         /*
3734                          * If moving to a remote node, retry but allow
3735                          * fragmenting fallbacks. Locality is more important
3736                          * than fragmentation avoidance.
3737                          */
3738                         local_nid = zone_to_nid(ac->preferred_zoneref->zone);
3739                         if (zone_to_nid(zone) != local_nid) {
3740                                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
3741                                 goto retry;
3742                         }
3743                 }
3744
3745                 mark = wmark_pages(zone, alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK);
3746                 if (!zone_watermark_fast(zone, order, mark,
3747                                        ac->highest_zoneidx, alloc_flags)) {
3748                         int ret;
3749
3750 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
3751                         /*
3752                          * Watermark failed for this zone, but see if we can
3753                          * grow this zone if it contains deferred pages.
3754                          */
3755                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
3756                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
3757                                         goto try_this_zone;
3758                         }
3759 #endif
3760                         /* Checked here to keep the fast path fast */
3761                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
3762                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
3763                                 goto try_this_zone;
3764
3765                         if (node_reclaim_mode == 0 ||
3766                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zoneref->zone, zone))
3767                                 continue;
3768
3769                         ret = node_reclaim(zone->zone_pgdat, gfp_mask, order);
3770                         switch (ret) {
3771                         case NODE_RECLAIM_NOSCAN:
3772                                 /* did not scan */
3773                                 continue;
3774                         case NODE_RECLAIM_FULL:
3775                                 /* scanned but unreclaimable */
3776                                 continue;
3777                         default:
3778                                 /* did we reclaim enough */
3779                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
3780                                         ac->highest_zoneidx, alloc_flags))
3781                                         goto try_this_zone;
3782
3783                                 continue;
3784                         }
3785                 }
3786
3787 try_this_zone:
3788                 page = rmqueue(ac->preferred_zoneref->zone, zone, order,
3789                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
3790                 if (page) {
3791                         prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
3792
3793                         /*
3794                          * If this is a high-order atomic allocation then check
3795                          * if the pageblock should be reserved for the future
3796                          */
3797                         if (unlikely(order && (alloc_flags & ALLOC_HARDER)))
3798                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone, order);
3799
3800                         return page;
3801                 } else {
3802 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
3803                         /* Try again if zone has deferred pages */
3804                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
3805                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
3806                                         goto try_this_zone;
3807                         }
3808 #endif
3809                 }
3810         }
3811
3812         /*
3813          * It's possible on a UMA machine to get through all zones that are
3814          * fragmented. If avoiding fragmentation, reset and try again.
3815          */
3816         if (no_fallback) {
3817                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
3818                 goto retry;
3819         }
3820
3821         return NULL;
3822 }
3823
3824 static void warn_alloc_show_mem(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
3825 {
3826         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3827
3828         /*
3829          * This documents exceptions given to allocations in certain
3830          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
3831          * of allowed nodes.
3832          */
3833         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3834                 if (tsk_is_oom_victim(current) ||
3835                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
3836                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3837         if (in_interrupt() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3838                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3839
3840         show_mem(filter, nodemask);
3841 }
3842
3843 void warn_alloc(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask, const char *fmt, ...)
3844 {
3845         struct va_format vaf;
3846         va_list args;
3847         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs, 10*HZ, 1);
3848
3849         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) || !__ratelimit(&nopage_rs))
3850                 return;
3851
3852         va_start(args, fmt);
3853         vaf.fmt = fmt;
3854         vaf.va = &args;
3855         pr_warn("%s: %pV, mode:%#x(%pGg), nodemask=%*pbl",
3856                         current->comm, &vaf, gfp_mask, &gfp_mask,
3857                         nodemask_pr_args(nodemask));
3858         va_end(args);
3859
3860         cpuset_print_current_mems_allowed();
3861         pr_cont("\n");
3862         dump_stack();
3863         warn_alloc_show_mem(gfp_mask, nodemask);
3864 }
3865
3866 static inline struct page *
3867 __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3868                               unsigned int alloc_flags,
3869                               const struct alloc_context *ac)
3870 {
3871         struct page *page;
3872
3873         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3874                         alloc_flags|ALLOC_CPUSET, ac);
3875         /*
3876          * fallback to ignore cpuset restriction if our nodes
3877          * are depleted
3878          */
3879         if (!page)
3880                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3881                                 alloc_flags, ac);
3882
3883         return page;
3884 }
3885
3886 static inline struct page *
3887 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3888         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
3889 {
3890         struct oom_control oc = {
3891                 .zonelist = ac->zonelist,
3892                 .nodemask = ac->nodemask,
3893                 .memcg = NULL,
3894                 .gfp_mask = gfp_mask,
3895                 .order = order,
3896         };
3897         struct page *page;
3898
3899         *did_some_progress = 0;
3900
3901         /*
3902          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
3903          * making progress for us.
3904          */
3905         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
3906                 *did_some_progress = 1;
3907                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
3908                 return NULL;
3909         }
3910
3911         /*
3912          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
3913          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
3914          * we're still under heavy pressure. But make sure that this reclaim
3915          * attempt shall not depend on __GFP_DIRECT_RECLAIM && !__GFP_NORETRY
3916          * allocation which will never fail due to oom_lock already held.
3917          */
3918         page = get_page_from_freelist((gfp_mask | __GFP_HARDWALL) &
3919                                       ~__GFP_DIRECT_RECLAIM, order,
3920                                       ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
3921         if (page)
3922                 goto out;
3923
3924         /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
3925         if (current->flags & PF_DUMPCORE)
3926                 goto out;
3927         /* The OOM killer will not help higher order allocs */
3928         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3929                 goto out;
3930         /*
3931          * We have already exhausted all our reclaim opportunities without any
3932          * success so it is time to admit defeat. We will skip the OOM killer
3933          * because it is very likely that the caller has a more reasonable
3934          * fallback than shooting a random task.
3935          */
3936         if (gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL)
3937                 goto out;
3938         /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
3939         if (ac->highest_zoneidx < ZONE_NORMAL)
3940                 goto out;
3941         if (pm_suspended_storage())
3942                 goto out;
3943         /*
3944          * XXX: GFP_NOFS allocations should rather fail than rely on
3945          * other request to make a forward progress.
3946          * We are in an unfortunate situation where out_of_memory cannot
3947          * do much for this context but let's try it to at least get
3948          * access to memory reserved if the current task is killed (see
3949          * out_of_memory). Once filesystems are ready to handle allocation
3950          * failures more gracefully we should just bail out here.
3951          */
3952
3953         /* The OOM killer may not free memory on a specific node */
3954         if (gfp_mask & __GFP_THISNODE)
3955                 goto out;
3956
3957         /* Exhausted what can be done so it's blame time */
3958         if (out_of_memory(&oc) || WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
3959                 *did_some_progress = 1;
3960
3961                 /*
3962                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
3963                  * reserves
3964                  */
3965                 if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3966                         page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order,
3967                                         ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3968         }
3969 out:
3970         mutex_unlock(&oom_lock);
3971         return page;
3972 }
3973
3974 /*
3975  * Maximum number of compaction retries wit a progress before OOM
3976  * killer is consider as the only way to move forward.
3977  */
3978 #define MAX_COMPACT_RETRIES 16
3979
3980 #ifdef CONFIG_COMPACTION
3981 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
3982 static struct page *
3983 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3984                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3985                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
3986 {
3987         struct page *page = NULL;
3988         unsigned long pflags;
3989         unsigned int noreclaim_flag;
3990
3991         if (!order)
3992                 return NULL;
3993
3994         psi_memstall_enter(&pflags);
3995         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
3996
3997         *compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3998                                                                 prio, &page);
3999
4000         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4001         psi_memstall_leave(&pflags);
4002
4003         /*
4004          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
4005          * count a compaction stall
4006          */
4007         count_vm_event(COMPACTSTALL);
4008
4009         /* Prep a captured page if available */
4010         if (page)
4011                 prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
4012
4013         /* Try get a page from the freelist if available */
4014         if (!page)
4015                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4016
4017         if (page) {
4018                 struct zone *zone = page_zone(page);
4019
4020                 zone->compact_blockskip_flush = false;
4021                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
4022                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
4023                 return page;
4024         }
4025
4026         /*
4027          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
4028          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
4029          */
4030         count_vm_event(COMPACTFAIL);
4031
4032         cond_resched();
4033
4034         return NULL;
4035 }
4036
4037 static inline bool
4038 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, int order, int alloc_flags,
4039                      enum compact_result compact_result,
4040                      enum compact_priority *compact_priority,
4041                      int *compaction_retries)
4042 {
4043         int max_retries = MAX_COMPACT_RETRIES;
4044         int min_priority;
4045         bool ret = false;
4046         int retries = *compaction_retries;
4047         enum compact_priority priority = *compact_priority;
4048
4049         if (!order)
4050                 return false;
4051
4052         if (compaction_made_progress(compact_result))
4053                 (*compaction_retries)++;
4054
4055         /*
4056          * compaction considers all the zone as desperately out of memory
4057          * so it doesn't really make much sense to retry except when the
4058          * failure could be caused by insufficient priority
4059          */
4060         if (compaction_failed(compact_result))
4061                 goto check_priority;
4062
4063         /*
4064          * compaction was skipped because there are not enough order-0 pages
4065          * to work with, so we retry only if it looks like reclaim can help.
4066          */
4067         if (compaction_needs_reclaim(compact_result)) {
4068                 ret = compaction_zonelist_suitable(ac, order, alloc_flags);
4069                 goto out;
4070         }
4071
4072         /*
4073          * make sure the compaction wasn't deferred or didn't bail out early
4074          * due to locks contention before we declare that we should give up.
4075          * But the next retry should use a higher priority if allowed, so
4076          * we don't just keep bailing out endlessly.
4077          */
4078         if (compaction_withdrawn(compact_result)) {
4079                 goto check_priority;
4080         }
4081
4082         /*
4083          * !costly requests are much more important than __GFP_RETRY_MAYFAIL
4084          * costly ones because they are de facto nofail and invoke OOM
4085          * killer to move on while costly can fail and users are ready
4086          * to cope with that. 1/4 retries is rather arbitrary but we
4087          * would need much more detailed feedback from compaction to
4088          * make a better decision.
4089          */
4090         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4091                 max_retries /= 4;
4092         if (*compaction_retries <= max_retries) {
4093                 ret = true;
4094                 goto out;
4095         }
4096
4097         /*
4098          * Make sure there are attempts at the highest priority if we exhausted
4099          * all retries or failed at the lower priorities.
4100          */
4101 check_priority:
4102         min_priority = (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) ?
4103                         MIN_COMPACT_COSTLY_PRIORITY : MIN_COMPACT_PRIORITY;
4104
4105         if (*compact_priority > min_priority) {
4106                 (*compact_priority)--;
4107                 *compaction_retries = 0;
4108                 ret = true;
4109         }
4110 out:
4111         trace_compact_retry(order, priority, compact_result, retries, max_retries, ret);
4112         return ret;
4113 }
4114 #else
4115 static inline struct page *
4116 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4117                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4118                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
4119 {
4120         *compact_result = COMPACT_SKIPPED;
4121         return NULL;
4122 }
4123
4124 static inline bool
4125 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, unsigned int order, int alloc_flags,
4126                      enum compact_result compact_result,
4127                      enum compact_priority *compact_priority,
4128                      int *compaction_retries)
4129 {
4130         struct zone *zone;
4131         struct zoneref *z;
4132
4133         if (!order || order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4134                 return false;
4135
4136         /*
4137          * There are setups with compaction disabled which would prefer to loop
4138          * inside the allocator rather than hit the oom killer prematurely.
4139          * Let's give them a good hope and keep retrying while the order-0
4140          * watermarks are OK.
4141          */
4142         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
4143                                 ac->highest_zoneidx, ac->nodemask) {
4144                 if (zone_watermark_ok(zone, 0, min_wmark_pages(zone),
4145                                         ac->highest_zoneidx, alloc_flags))
4146                         return true;
4147         }
4148         return false;
4149 }
4150 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
4151
4152 #ifdef CONFIG_LOCKDEP
4153 static struct lockdep_map __fs_reclaim_map =
4154         STATIC_LOCKDEP_MAP_INIT("fs_reclaim", &__fs_reclaim_map);
4155
4156 static bool __need_fs_reclaim(gfp_t gfp_mask)
4157 {
4158         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4159
4160         /* no reclaim without waiting on it */
4161         if (!(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
4162                 return false;
4163
4164         /* this guy won't enter reclaim */
4165         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4166                 return false;
4167
4168         /* We're only interested __GFP_FS allocations for now */
4169         if (!(gfp_mask & __GFP_FS))
4170                 return false;
4171
4172         if (gfp_mask & __GFP_NOLOCKDEP)
4173                 return false;
4174
4175         return true;
4176 }
4177
4178 void __fs_reclaim_acquire(void)
4179 {
4180         lock_map_acquire(&__fs_reclaim_map);
4181 }
4182
4183 void __fs_reclaim_release(void)
4184 {
4185         lock_map_release(&__fs_reclaim_map);
4186 }
4187
4188 void fs_reclaim_acquire(gfp_t gfp_mask)
4189 {
4190         if (__need_fs_reclaim(gfp_mask))
4191                 __fs_reclaim_acquire();
4192 }
4193 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_acquire);
4194
4195 void fs_reclaim_release(gfp_t gfp_mask)
4196 {
4197         if (__need_fs_reclaim(gfp_mask))
4198                 __fs_reclaim_release();
4199 }
4200 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_release);
4201 #endif
4202
4203 /* Perform direct synchronous page reclaim */
4204 static int
4205 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4206                                         const struct alloc_context *ac)
4207 {
4208         int progress;
4209         unsigned int noreclaim_flag;
4210         unsigned long pflags;
4211
4212         cond_resched();
4213
4214         /* We now go into synchronous reclaim */
4215         cpuset_memory_pressure_bump();
4216         psi_memstall_enter(&pflags);
4217         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
4218         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4219
4220         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
4221                                                                 ac->nodemask);
4222
4223         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4224         fs_reclaim_release(gfp_mask);
4225         psi_memstall_leave(&pflags);
4226
4227         cond_resched();
4228
4229         return progress;
4230 }
4231
4232 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
4233 static inline struct page *
4234 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4235                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4236                 unsigned long *did_some_progress)
4237 {
4238         struct page *page = NULL;
4239         bool drained = false;
4240
4241         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
4242         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
4243                 return NULL;
4244
4245 retry:
4246         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4247
4248         /*
4249          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
4250          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
4251          * Shrink them them and try again
4252          */
4253         if (!page && !drained) {
4254                 unreserve_highatomic_pageblock(ac, false);
4255                 drain_all_pages(NULL);
4256                 drained = true;
4257                 goto retry;
4258         }
4259
4260         return page;
4261 }
4262
4263 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, gfp_t gfp_mask,
4264                              const struct alloc_context *ac)
4265 {
4266         struct zoneref *z;
4267         struct zone *zone;
4268         pg_data_t *last_pgdat = NULL;
4269         enum zone_type highest_zoneidx = ac->highest_zoneidx;
4270
4271         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, highest_zoneidx,
4272                                         ac->nodemask) {
4273                 if (last_pgdat != zone->zone_pgdat)
4274                         wakeup_kswapd(zone, gfp_mask, order, highest_zoneidx);
4275                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
4276         }
4277 }
4278
4279 static inline unsigned int
4280 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4281 {
4282         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
4283
4284         /*
4285          * __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH
4286          * and __GFP_KSWAPD_RECLAIM is assumed to be the same as ALLOC_KSWAPD
4287          * to save two branches.
4288          */
4289         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
4290         BUILD_BUG_ON(__GFP_KSWAPD_RECLAIM != (__force gfp_t) ALLOC_KSWAPD);
4291
4292         /*
4293          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
4294          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
4295          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
4296          * set both ALLOC_HARDER (__GFP_ATOMIC) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
4297          */
4298         alloc_flags |= (__force int)
4299                 (gfp_mask & (__GFP_HIGH | __GFP_KSWAPD_RECLAIM));
4300
4301         if (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) {
4302                 /*
4303                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
4304                  * if it can't schedule.
4305                  */
4306                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4307                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
4308                 /*
4309                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
4310                  * comment for __cpuset_node_allowed().
4311                  */
4312                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
4313         } else if (unlikely(rt_task(current)) && !in_interrupt())
4314                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
4315
4316 #ifdef CONFIG_CMA
4317         if (gfp_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
4318                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
4319 #endif
4320         return alloc_flags;
4321 }
4322
4323 static bool oom_reserves_allowed(struct task_struct *tsk)
4324 {
4325         if (!tsk_is_oom_victim(tsk))
4326                 return false;
4327
4328         /*
4329          * !MMU doesn't have oom reaper so give access to memory reserves
4330          * only to the thread with TIF_MEMDIE set
4331          */
4332         if (!IS_ENABLED(CONFIG_MMU) && !test_thread_flag(TIF_MEMDIE))
4333                 return false;
4334
4335         return true;
4336 }
4337
4338 /*
4339  * Distinguish requests which really need access to full memory
4340  * reserves from oom victims which can live with a portion of it
4341  */
4342 static inline int __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4343 {
4344         if (unlikely(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4345                 return 0;
4346         if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
4347                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4348         if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
4349                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4350         if (!in_interrupt()) {
4351                 if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4352                         return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4353                 else if (oom_reserves_allowed(current))
4354                         return ALLOC_OOM;
4355         }
4356
4357         return 0;
4358 }
4359
4360 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
4361 {
4362         return !!__gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4363 }
4364
4365 /*
4366  * Checks whether it makes sense to retry the reclaim to make a forward progress
4367  * for the given allocation request.
4368  *
4369  * We give up when we either have tried MAX_RECLAIM_RETRIES in a row
4370  * without success, or when we couldn't even meet the watermark if we
4371  * reclaimed all remaining pages on the LRU lists.
4372  *
4373  * Returns true if a retry is viable or false to enter the oom path.
4374  */
4375 static inline bool
4376 should_reclaim_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned order,
4377                      struct alloc_context *ac, int alloc_flags,
4378                      bool did_some_progress, int *no_progress_loops)
4379 {
4380         struct zone *zone;
4381         struct zoneref *z;
4382         bool ret = false;
4383
4384         /*
4385          * Costly allocations might have made a progress but this doesn't mean
4386          * their order will become available due to high fragmentation so
4387          * always increment the no progress counter for them
4388          */
4389         if (did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4390                 *no_progress_loops = 0;
4391         else
4392                 (*no_progress_loops)++;
4393
4394         /*
4395          * Make sure we converge to OOM if we cannot make any progress
4396          * several times in the row.
4397          */
4398         if (*no_progress_loops > MAX_RECLAIM_RETRIES) {
4399                 /* Before OOM, exhaust highatomic_reserve */
4400                 return unreserve_highatomic_pageblock(ac, true);
4401         }
4402
4403         /*
4404          * Keep reclaiming pages while there is a chance this will lead
4405          * somewhere.  If none of the target zones can satisfy our allocation
4406          * request even if all reclaimable pages are considered then we are
4407          * screwed and have to go OOM.
4408          */
4409         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
4410                                 ac->highest_zoneidx, ac->nodemask) {
4411                 unsigned long available;
4412                 unsigned long reclaimable;
4413                 unsigned long min_wmark = min_wmark_pages(zone);
4414                 bool wmark;
4415
4416                 available = reclaimable = zone_reclaimable_pages(zone);
4417                 available += zone_page_state_snapshot(zone, NR_FREE_PAGES);
4418
4419                 /*
4420                  * Would the allocation succeed if we reclaimed all
4421                  * reclaimable pages?
4422                  */
4423                 wmark = __zone_watermark_ok(zone, order, min_wmark,
4424                                 ac->highest_zoneidx, alloc_flags, available);
4425                 trace_reclaim_retry_zone(z, order, reclaimable,
4426                                 available, min_wmark, *no_progress_loops, wmark);
4427                 if (wmark) {
4428                         /*
4429                          * If we didn't make any progress and have a lot of
4430                          * dirty + writeback pages then we should wait for
4431                          * an IO to complete to slow down the reclaim and
4432                          * prevent from pre mature OOM
4433                          */
4434                         if (!did_some_progress) {
4435                                 unsigned long write_pending;
4436
4437                                 write_pending = zone_page_state_snapshot(zone,
4438                                                         NR_ZONE_WRITE_PENDING);
4439
4440                                 if (2 * write_pending > reclaimable) {
4441                                         congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
4442                                         return true;
4443                                 }
4444                         }
4445
4446                         ret = true;
4447                         goto out;
4448                 }
4449         }
4450
4451 out:
4452         /*
4453          * Memory allocation/reclaim might be called from a WQ context and the
4454          * current implementation of the WQ concurrency control doesn't
4455          * recognize that a particular WQ is congested if the worker thread is
4456          * looping without ever sleeping. Therefore we have to do a short sleep
4457          * here rather than calling cond_resched().
4458          */
4459         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
4460                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
4461         else
4462                 cond_resched();
4463         return ret;
4464 }
4465
4466 static inline bool
4467 check_retry_cpuset(int cpuset_mems_cookie, struct alloc_context *ac)
4468 {
4469         /*
4470          * It's possible that cpuset's mems_allowed and the nodemask from
4471          * mempolicy don't intersect. This should be normally dealt with by
4472          * policy_nodemask(), but it's possible to race with cpuset update in
4473          * such a way the check therein was true, and then it became false
4474          * before we got our cpuset_mems_cookie here.
4475          * This assumes that for all allocations, ac->nodemask can come only
4476          * from MPOL_BIND mempolicy (whose documented semantics is to be ignored
4477          * when it does not intersect with the cpuset restrictions) or the
4478          * caller can deal with a violated nodemask.
4479          */
4480         if (cpusets_enabled() && ac->nodemask &&
4481                         !cpuset_nodemask_valid_mems_allowed(ac->nodemask)) {
4482                 ac->nodemask = NULL;
4483                 return true;
4484         }
4485
4486         /*
4487          * When updating a task's mems_allowed or mempolicy nodemask, it is
4488          * possible to race with parallel threads in such a way that our
4489          * allocation can fail while the mask is being updated. If we are about
4490          * to fail, check if the cpuset changed during allocation and if so,
4491          * retry.
4492          */
4493         if (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))
4494                 return true;
4495
4496         return false;
4497 }
4498
4499 static inline struct page *
4500 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4501                                                 struct alloc_context *ac)
4502 {
4503         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
4504         const bool costly_order = order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER;
4505         struct page *page = NULL;
4506         unsigned int alloc_flags;
4507         unsigned long did_some_progress;
4508         enum compact_priority compact_priority;
4509         enum compact_result compact_result;
4510         int compaction_retries;
4511         int no_progress_loops;
4512         unsigned int cpuset_mems_cookie;
4513         int reserve_flags;
4514
4515         /*
4516          * We also sanity check to catch abuse of atomic reserves being used by
4517          * callers that are not in atomic context.
4518          */
4519         if (WARN_ON_ONCE((gfp_mask & (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)) ==
4520                                 (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)))
4521                 gfp_mask &= ~__GFP_ATOMIC;
4522
4523 retry_cpuset:
4524         compaction_retries = 0;
4525         no_progress_loops = 0;
4526         compact_priority = DEF_COMPACT_PRIORITY;
4527         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
4528
4529         /*
4530          * The fast path uses conservative alloc_flags to succeed only until
4531          * kswapd needs to be woken up, and to avoid the cost of setting up
4532          * alloc_flags precisely. So we do that now.
4533          */
4534         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
4535
4536         /*
4537          * We need to recalculate the starting point for the zonelist iterator
4538          * because we might have used different nodemask in the fast path, or
4539          * there was a cpuset modification and we are retrying - otherwise we
4540          * could end up iterating over non-eligible zones endlessly.
4541          */
4542         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4543                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
4544         if (!ac->preferred_zoneref->zone)
4545                 goto nopage;
4546
4547         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4548                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4549
4550         /*
4551          * The adjusted alloc_flags might result in immediate success, so try
4552          * that first
4553          */
4554         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4555         if (page)
4556                 goto got_pg;
4557
4558         /*
4559          * For costly allocations, try direct compaction first, as it's likely
4560          * that we have enough base pages and don't need to reclaim. For non-
4561          * movable high-order allocations, do that as well, as compaction will
4562          * try prevent permanent fragmentation by migrating from blocks of the
4563          * same migratetype.
4564          * Don't try this for allocations that are allowed to ignore
4565          * watermarks, as the ALLOC_NO_WATERMARKS attempt didn't yet happen.
4566          */
4567         if (can_direct_reclaim &&
4568                         (costly_order ||
4569                            (order > 0 && ac->migratetype != MIGRATE_MOVABLE))
4570                         && !gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_mask)) {
4571                 page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order,
4572                                                 alloc_flags, ac,
4573                                                 INIT_COMPACT_PRIORITY,
4574                                                 &compact_result);
4575                 if (page)
4576                         goto got_pg;
4577
4578                 /*
4579                  * Checks for costly allocations with __GFP_NORETRY, which
4580                  * includes some THP page fault allocations
4581                  */
4582                 if (costly_order && (gfp_mask & __GFP_NORETRY)) {
4583                         /*
4584                          * If allocating entire pageblock(s) and compaction
4585                          * failed because all zones are below low watermarks
4586                          * or is prohibited because it recently failed at this
4587                          * order, fail immediately unless the allocator has
4588                          * requested compaction and reclaim retry.
4589                          *
4590                          * Reclaim is
4591                          *  - potentially very expensive because zones are far
4592                          *    below their low watermarks or this is part of very
4593                          *    bursty high order allocations,
4594                          *  - not guaranteed to help because isolate_freepages()
4595                          *    may not iterate over freed pages as part of its
4596                          *    linear scan, and
4597                          *  - unlikely to make entire pageblocks free on its
4598                          *    own.
4599                          */
4600                         if (compact_result == COMPACT_SKIPPED ||
4601                             compact_result == COMPACT_DEFERRED)
4602                                 goto nopage;
4603
4604                         /*
4605                          * Looks like reclaim/compaction is worth trying, but
4606                          * sync compaction could be very expensive, so keep
4607                          * using async compaction.
4608                          */
4609                         compact_priority = INIT_COMPACT_PRIORITY;
4610                 }
4611         }
4612
4613 retry:
4614         /* Ensure kswapd doesn't accidentally go to sleep as long as we loop */
4615         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4616                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4617
4618         reserve_flags = __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4619         if (reserve_flags)
4620                 alloc_flags = reserve_flags;
4621
4622         /*
4623          * Reset the nodemask and zonelist iterators if memory policies can be
4624          * ignored. These allocations are high priority and system rather than
4625          * user oriented.
4626          */
4627         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) || reserve_flags) {
4628                 ac->nodemask = NULL;
4629                 ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4630                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
4631         }
4632
4633         /* Attempt with potentially adjusted zonelist and alloc_flags */
4634         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4635         if (page)
4636                 goto got_pg;
4637
4638         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
4639         if (!can_direct_reclaim)
4640                 goto nopage;
4641
4642         /* Avoid recursion of direct reclaim */
4643         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4644                 goto nopage;
4645
4646         /* Try direct reclaim and then allocating */
4647         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4648                                                         &did_some_progress);
4649         if (page)
4650                 goto got_pg;
4651
4652         /* Try direct compaction and then allocating */
4653         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4654                                         compact_priority, &compact_result);
4655         if (page)
4656                 goto got_pg;
4657
4658         /* Do not loop if specifically requested */
4659         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
4660                 goto nopage;
4661
4662         /*
4663          * Do not retry costly high order allocations unless they are
4664          * __GFP_RETRY_MAYFAIL
4665          */
4666         if (costly_order && !(gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL))
4667                 goto nopage;
4668
4669         if (should_reclaim_retry(gfp_mask, order, ac, alloc_flags,
4670                                  did_some_progress > 0, &no_progress_loops))
4671                 goto retry;
4672
4673         /*
4674          * It doesn't make any sense to retry for the compaction if the order-0
4675          * reclaim is not able to make any progress because the current
4676          * implementation of the compaction depends on the sufficient amount
4677          * of free memory (see __compaction_suitable)
4678          */
4679         if (did_some_progress > 0 &&
4680                         should_compact_retry(ac, order, alloc_flags,
4681                                 compact_result, &compact_priority,
4682                                 &compaction_retries))
4683                 goto retry;
4684
4685
4686         /* Deal with possible cpuset update races before we start OOM killing */
4687         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
4688                 goto retry_cpuset;
4689
4690         /* Reclaim has failed us, start killing things */
4691         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
4692         if (page)
4693                 goto got_pg;
4694
4695         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
4696         if (tsk_is_oom_victim(current) &&
4697             (alloc_flags == ALLOC_OOM ||
4698              (gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC)))
4699                 goto nopage;
4700
4701         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
4702         if (did_some_progress) {
4703                 no_progress_loops = 0;
4704                 goto retry;
4705         }
4706
4707 nopage:
4708         /* Deal with possible cpuset update races before we fail */
4709         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
4710                 goto retry_cpuset;
4711
4712         /*
4713          * Make sure that __GFP_NOFAIL request doesn't leak out and make sure
4714          * we always retry
4715          */
4716         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL) {
4717                 /*
4718                  * All existing users of the __GFP_NOFAIL are blockable, so warn
4719                  * of any new users that actually require GFP_NOWAIT
4720                  */
4721                 if (WARN_ON_ONCE(!can_direct_reclaim))
4722                         goto fail;
4723
4724                 /*
4725                  * PF_MEMALLOC request from this context is rather bizarre
4726                  * because we cannot reclaim anything and only can loop waiting
4727                  * for somebody to do a work for us
4728                  */
4729                 WARN_ON_ONCE(current->flags & PF_MEMALLOC);
4730
4731                 /*
4732                  * non failing costly orders are a hard requirement which we
4733                  * are not prepared for much so let's warn about these users
4734                  * so that we can identify them and convert them to something
4735                  * else.
4736                  */
4737                 WARN_ON_ONCE(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
4738
4739                 /*
4740                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
4741                  * reserves but do not use ALLOC_NO_WATERMARKS because this
4742                  * could deplete whole memory reserves which would just make
4743                  * the situation worse
4744                  */
4745                 page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order, ALLOC_HARDER, ac);
4746                 if (page)
4747                         goto got_pg;
4748
4749                 cond_resched();
4750                 goto retry;
4751         }
4752 fail:
4753         warn_alloc(gfp_mask, ac->nodemask,
4754                         "page allocation failure: order:%u", order);
4755 got_pg:
4756         return page;
4757 }
4758
4759 static inline bool prepare_alloc_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4760                 int preferred_nid, nodemask_t *nodemask,
4761                 struct alloc_context *ac, gfp_t *alloc_mask,
4762                 unsigned int *alloc_flags)
4763 {
4764         ac->highest_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
4765         ac->zonelist = node_zonelist(preferred_nid, gfp_mask);
4766         ac->nodemask = nodemask;
4767         ac->migratetype = gfp_migratetype(gfp_mask);
4768
4769         if (cpusets_enabled()) {
4770                 *alloc_mask |= __GFP_HARDWALL;
4771                 if (!ac->nodemask)
4772                         ac->nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
4773                 else
4774                         *alloc_flags |= ALLOC_CPUSET;
4775         }
4776
4777         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
4778         fs_reclaim_release(gfp_mask);
4779
4780         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM);
4781
4782         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
4783                 return false;
4784
4785         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA) && ac->migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
4786                 *alloc_flags |= ALLOC_CMA;
4787
4788         return true;
4789 }
4790
4791 /* Determine whether to spread dirty pages and what the first usable zone */
4792 static inline void finalise_ac(gfp_t gfp_mask, struct alloc_context *ac)
4793 {
4794         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
4795         ac->spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
4796
4797         /*
4798          * The preferred zone is used for statistics but crucially it is
4799          * also used as the starting point for the zonelist iterator. It
4800          * may get reset for allocations that ignore memory policies.
4801          */
4802         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4803                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
4804 }
4805
4806 /*
4807  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
4808  */
4809 struct page *
4810 __alloc_pages_nodemask(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int preferred_nid,
4811                                                         nodemask_t *nodemask)
4812 {
4813         struct page *page;
4814         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
4815         gfp_t alloc_mask; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
4816         struct alloc_context ac = { };
4817
4818         /*
4819          * There are several places where we assume that the order value is sane
4820          * so bail out early if the request is out of bound.
4821          */
4822         if (unlikely(order >= MAX_ORDER)) {
4823                 WARN_ON_ONCE(!(gfp_mask & __GFP_NOWARN));
4824                 return NULL;
4825         }
4826
4827         gfp_mask &= gfp_allowed_mask;
4828         alloc_mask = gfp_mask;
4829         if (!prepare_alloc_pages(gfp_mask, order, preferred_nid, nodemask, &ac, &alloc_mask, &alloc_flags))
4830                 return NULL;
4831
4832         finalise_ac(gfp_mask, &ac);
4833
4834         /*
4835          * Forbid the first pass from falling back to types that fragment
4836          * memory until all local zones are considered.
4837          */
4838         alloc_flags |= alloc_flags_nofragment(ac.preferred_zoneref->zone, gfp_mask);
4839
4840         /* First allocation attempt */
4841         page = get_page_from_freelist(alloc_mask, order, alloc_flags, &ac);
4842         if (likely(page))
4843                 goto out;
4844
4845         /*
4846          * Apply scoped allocation constraints. This is mainly about GFP_NOFS
4847          * resp. GFP_NOIO which has to be inherited for all allocation requests
4848          * from a particular context which has been marked by
4849          * memalloc_no{fs,io}_{save,restore}.
4850          */
4851         alloc_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4852         ac.spread_dirty_pages = false;
4853
4854         /*
4855          * Restore the original nodemask if it was potentially replaced with
4856          * &cpuset_current_mems_allowed to optimize the fast-path attempt.
4857          */
4858         ac.nodemask = nodemask;
4859
4860         page = __alloc_pages_slowpath(alloc_mask, order, &ac);
4861
4862 out:
4863         if (memcg_kmem_enabled() && (gfp_mask & __GFP_ACCOUNT) && page &&
4864             unlikely(__memcg_kmem_charge_page(page, gfp_mask, order) != 0)) {
4865                 __free_pages(page, order);
4866                 page = NULL;
4867         }
4868
4869         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_mask, ac.migratetype);
4870
4871         return page;
4872 }
4873 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages_nodemask);
4874
4875 /*
4876  * Common helper functions. Never use with __GFP_HIGHMEM because the returned
4877  * address cannot represent highmem pages. Use alloc_pages and then kmap if
4878  * you need to access high mem.
4879  */
4880 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
4881 {
4882         struct page *page;
4883
4884         page = alloc_pages(gfp_mask & ~__GFP_HIGHMEM, order);
4885         if (!page)
4886                 return 0;
4887         return (unsigned long) page_address(page);
4888 }
4889 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
4890
4891 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
4892 {
4893         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
4894 }
4895 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
4896
4897 static inline void free_the_page(struct page *page, unsigned int order)
4898 {
4899         if (order == 0)         /* Via pcp? */
4900                 free_unref_page(page);
4901         else
4902                 __free_pages_ok(page, order);
4903 }
4904
4905 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
4906 {
4907         if (put_page_testzero(page))
4908                 free_the_page(page, order);
4909 }
4910 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
4911
4912 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
4913 {
4914         if (addr != 0) {
4915                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
4916                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
4917         }
4918 }
4919
4920 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
4921
4922 /*
4923  * Page Fragment:
4924  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
4925  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
4926  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
4927  *
4928  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
4929  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
4930  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
4931  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
4932  */
4933 static struct page *__page_frag_cache_refill(struct page_frag_cache *nc,
4934                                              gfp_t gfp_mask)
4935 {
4936         struct page *page = NULL;
4937         gfp_t gfp = gfp_mask;
4938
4939 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4940         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
4941                     __GFP_NOMEMALLOC;
4942         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
4943                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
4944         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
4945 #endif
4946         if (unlikely(!page))
4947                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
4948
4949         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
4950
4951         return page;
4952 }
4953
4954 void __page_frag_cache_drain(struct page *page, unsigned int count)
4955 {
4956         VM_BUG_ON_PAGE(page_ref_count(page) == 0, page);
4957
4958         if (page_ref_sub_and_test(page, count))
4959                 free_the_page(page, compound_order(page));
4960 }
4961 EXPORT_SYMBOL(__page_frag_cache_drain);
4962
4963 void *page_frag_alloc(struct page_frag_cache *nc,
4964                       unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask)
4965 {
4966         unsigned int size = PAGE_SIZE;
4967         struct page *page;
4968         int offset;
4969
4970         if (unlikely(!nc->va)) {
4971 refill:
4972                 page = __page_frag_cache_refill(nc, gfp_mask);
4973                 if (!page)
4974                         return NULL;
4975
4976 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4977                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
4978                 size = nc->size;
4979 #endif
4980                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
4981                  * This would break get_page_unless_zero() users.
4982                  */
4983                 page_ref_add(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE);
4984
4985                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
4986                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
4987                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
4988                 nc->offset = size;
4989         }
4990
4991         offset = nc->offset - fragsz;
4992         if (unlikely(offset < 0)) {
4993                 page = virt_to_page(nc->va);
4994
4995                 if (!page_ref_sub_and_test(page, nc->pagecnt_bias))
4996                         goto refill;
4997
4998 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4999                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
5000                 size = nc->size;
5001 #endif
5002                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
5003                 set_page_count(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1);
5004
5005                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
5006                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
5007                 offset = size - fragsz;
5008         }
5009
5010         nc->pagecnt_bias--;
5011         nc->offset = offset;
5012
5013         return nc->va + offset;
5014 }
5015 EXPORT_SYMBOL(page_frag_alloc);
5016
5017 /*
5018  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
5019  */
5020 void page_frag_free(void *addr)
5021 {
5022         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
5023
5024         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
5025                 free_the_page(page, compound_order(page));
5026 }
5027 EXPORT_SYMBOL(page_frag_free);
5028
5029 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
5030                 size_t size)
5031 {
5032         if (addr) {
5033                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
5034                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
5035
5036                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
5037                 while (used < alloc_end) {
5038                         free_page(used);
5039                         used += PAGE_SIZE;
5040                 }
5041         }
5042         return (void *)addr;
5043 }
5044
5045 /**
5046  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
5047  * @size: the number of bytes to allocate
5048  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
5049  *
5050  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
5051  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
5052  * allocate memory in power-of-two pages.
5053  *
5054  * This function is also limited by MAX_ORDER.
5055  *
5056  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
5057  *
5058  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
5059  */
5060 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
5061 {
5062         unsigned int order = get_order(size);
5063         unsigned long addr;
5064
5065         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_COMP))
5066                 gfp_mask &= ~__GFP_COMP;
5067
5068         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
5069         return make_alloc_exact(addr, order, size);
5070 }
5071 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
5072
5073 /**
5074  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
5075  *                         pages on a node.
5076  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
5077  * @size: the number of bytes to allocate
5078  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
5079  *
5080  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
5081  * back.
5082  *
5083  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
5084  */
5085 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
5086 {
5087         unsigned int order = get_order(size);
5088         struct page *p;
5089
5090         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_COMP))
5091                 gfp_mask &= ~__GFP_COMP;
5092
5093         p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
5094         if (!p)
5095                 return NULL;
5096         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
5097 }
5098
5099 /**
5100  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
5101  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
5102  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
5103  *
5104  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
5105  */
5106 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
5107 {
5108         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
5109         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
5110
5111         while (addr < end) {
5112                 free_page(addr);
5113                 addr += PAGE_SIZE;
5114         }
5115 }
5116 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
5117
5118 /**
5119  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
5120  * @offset: The zone index of the highest zone
5121  *
5122  * nr_free_zone_pages() counts the number of pages which are beyond the
5123  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
5124  * zone, the number of pages is calculated as:
5125  *
5126  *     nr_free_zone_pages = managed_pages - high_pages
5127  *
5128  * Return: number of pages beyond high watermark.
5129  */
5130 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
5131 {
5132         struct zoneref *z;
5133         struct zone *zone;
5134
5135         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
5136         unsigned long sum = 0;
5137
5138         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
5139
5140         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
5141                 unsigned long size = zone_managed_pages(zone);
5142                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
5143                 if (size > high)
5144                         sum += size - high;
5145         }
5146
5147         return sum;
5148 }
5149
5150 /**
5151  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
5152  *
5153  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
5154  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
5155  *
5156  * Return: number of pages beyond high watermark within ZONE_DMA and
5157  * ZONE_NORMAL.
5158  */
5159 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
5160 {
5161         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
5162 }
5163 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
5164
5165 /**
5166  * nr_free_pagecache_pages - count number of pages beyond high watermark
5167  *
5168  * nr_free_pagecache_pages() counts the number of pages which are beyond the
5169  * high watermark within all zones.
5170  *
5171  * Return: number of pages beyond high watermark within all zones.
5172  */
5173 unsigned long nr_free_pagecache_pages(void)
5174 {
5175         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
5176 }
5177
5178 static inline void show_node(struct zone *zone)
5179 {
5180         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
5181                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
5182 }
5183
5184 long si_mem_available(void)
5185 {
5186         long available;
5187         unsigned long pagecache;
5188         unsigned long wmark_low = 0;
5189         unsigned long pages[NR_LRU_LISTS];
5190         unsigned long reclaimable;
5191         struct zone *zone;
5192         int lru;
5193
5194         for (lru = LRU_BASE; lru < NR_LRU_LISTS; lru++)
5195                 pages[lru] = global_node_page_state(NR_LRU_BASE + lru);
5196
5197         for_each_zone(zone)
5198                 wmark_low += low_wmark_pages(zone);
5199
5200         /*
5201          * Estimate the amount of memory available for userspace allocations,
5202          * without causing swapping.
5203          */
5204         available = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES) - totalreserve_pages;
5205
5206         /*
5207          * Not all the page cache can be freed, otherwise the system will
5208          * start swapping. Assume at least half of the page cache, or the
5209          * low watermark worth of cache, needs to stay.
5210          */
5211         pagecache = pages[LRU_ACTIVE_FILE] + pages[LRU_INACTIVE_FILE];
5212         pagecache -= min(pagecache / 2, wmark_low);
5213         available += pagecache;
5214
5215         /*
5216          * Part of the reclaimable slab and other kernel memory consists of
5217          * items that are in use, and cannot be freed. Cap this estimate at the
5218          * low watermark.
5219          */
5220         reclaimable = global_node_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE) +
5221                         global_node_page_state(NR_KERNEL_MISC_RECLAIMABLE);
5222         available += reclaimable - min(reclaimable / 2, wmark_low);
5223
5224         if (available < 0)
5225                 available = 0;
5226         return available;
5227 }
5228 EXPORT_SYMBOL_GPL(si_mem_available);
5229
5230 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
5231 {
5232         val->totalram = totalram_pages();
5233         val->sharedram = global_node_page_state(NR_SHMEM);
5234         val->freeram = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES);
5235         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
5236         val->totalhigh = totalhigh_pages();
5237         val->freehigh = nr_free_highpages();
5238         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
5239 }
5240
5241 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
5242
5243 #ifdef CONFIG_NUMA
5244 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
5245 {
5246         int zone_type;          /* needs to be signed */
5247         unsigned long managed_pages = 0;
5248         unsigned long managed_highpages = 0;
5249         unsigned long free_highpages = 0;
5250         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5251
5252         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
5253                 managed_pages += zone_managed_pages(&pgdat->node_zones[zone_type]);
5254         val->totalram = managed_pages;
5255         val->sharedram = node_page_state(pgdat, NR_SHMEM);
5256         val->freeram = sum_zone_node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
5257 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
5258         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++) {
5259                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
5260
5261                 if (is_highmem(zone)) {
5262                         managed_highpages += zone_managed_pages(zone);
5263                         free_highpages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
5264                 }
5265         }
5266         val->totalhigh = managed_highpages;
5267         val->freehigh = free_highpages;
5268 #else
5269         val->totalhigh = managed_highpages;
5270         val->freehigh = free_highpages;
5271 #endif
5272         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
5273 }
5274 #endif
5275
5276 /*
5277  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
5278  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
5279  */
5280 static bool show_mem_node_skip(unsigned int flags, int nid, nodemask_t *nodemask)
5281 {
5282         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
5283                 return false;
5284
5285         /*
5286          * no node mask - aka implicit memory numa policy. Do not bother with
5287          * the synchronization - read_mems_allowed_begin - because we do not
5288          * have to be precise here.
5289          */
5290         if (!nodemask)
5291                 nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
5292
5293         return !node_isset(nid, *nodemask);
5294 }
5295
5296 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
5297
5298 static void show_migration_types(unsigned char type)
5299 {
5300         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
5301                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
5302                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
5303                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
5304                 [MIGRATE_HIGHATOMIC]    = 'H',
5305 #ifdef CONFIG_CMA
5306                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
5307 #endif
5308 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
5309                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
5310 #endif
5311         };
5312         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
5313         char *p = tmp;
5314         int i;
5315
5316         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
5317                 if (type & (1 << i))
5318                         *p++ = types[i];
5319         }
5320
5321         *p = '\0';
5322         printk(KERN_CONT "(%s) ", tmp);
5323 }
5324
5325 /*
5326  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
5327  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
5328  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
5329  *
5330  * Bits in @filter:
5331  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
5332  *   cpuset.
5333  */
5334 void show_free_areas(unsigned int filter, nodemask_t *nodemask)
5335 {
5336         unsigned long free_pcp = 0;
5337         int cpu;
5338         struct zone *zone;
5339         pg_data_t *pgdat;
5340
5341         for_each_populated_zone(zone) {
5342                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5343                         continue;
5344
5345                 for_each_online_cpu(cpu)
5346                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
5347         }
5348
5349         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
5350                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
5351                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu\n"
5352                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
5353                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
5354                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
5355                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
5356                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
5357                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
5358                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
5359                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
5360                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
5361                 global_node_page_state(NR_UNEVICTABLE),
5362                 global_node_page_state(NR_FILE_DIRTY),
5363                 global_node_page_state(NR_WRITEBACK),
5364                 global_node_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE),
5365                 global_node_page_state(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE),
5366                 global_node_page_state(NR_FILE_MAPPED),
5367                 global_node_page_state(NR_SHMEM),
5368                 global_zone_page_state(NR_PAGETABLE),
5369                 global_zone_page_state(NR_BOUNCE),
5370                 global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES),
5371                 free_pcp,
5372                 global_zone_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
5373
5374         for_each_online_pgdat(pgdat) {
5375                 if (show_mem_node_skip(filter, pgdat->node_id, nodemask))
5376                         continue;
5377
5378                 printk("Node %d"
5379                         " active_anon:%lukB"
5380                         " inactive_anon:%lukB"
5381                         " active_file:%lukB"
5382                         " inactive_file:%lukB"
5383                         " unevictable:%lukB"
5384                         " isolated(anon):%lukB"
5385                         " isolated(file):%lukB"
5386                         " mapped:%lukB"
5387                         " dirty:%lukB"
5388                         " writeback:%lukB"
5389                         " shmem:%lukB"
5390 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5391                         " shmem_thp: %lukB"
5392                         " shmem_pmdmapped: %lukB"
5393                         " anon_thp: %lukB"
5394 #endif
5395                         " writeback_tmp:%lukB"
5396                         " all_unreclaimable? %s"
5397                         "\n",
5398                         pgdat->node_id,
5399                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_ANON)),
5400                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON)),
5401                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE)),
5402                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE)),
5403                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNEVICTABLE)),
5404                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON)),
5405                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_FILE)),
5406                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_MAPPED)),
5407                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_DIRTY)),
5408                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK)),
5409                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM)),
5410 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5411                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
5412                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_PMDMAPPED)
5413                                         * HPAGE_PMD_NR),
5414                         K(node_page_state(pgdat, NR_ANON_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
5415 #endif
5416                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK_TEMP)),
5417                         pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES ?
5418                                 "yes" : "no");
5419         }
5420
5421         for_each_populated_zone(zone) {
5422                 int i;
5423
5424                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5425                         continue;
5426
5427                 free_pcp = 0;
5428                 for_each_online_cpu(cpu)
5429                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
5430
5431                 show_node(zone);
5432                 printk(KERN_CONT
5433                         "%s"
5434                         " free:%lukB"
5435                         " min:%lukB"
5436                         " low:%lukB"
5437                         " high:%lukB"
5438                         " reserved_highatomic:%luKB"
5439                         " active_anon:%lukB"
5440                         " inactive_anon:%lukB"
5441                         " active_file:%lukB"
5442                         " inactive_file:%lukB"
5443                         " unevictable:%lukB"
5444                         " writepending:%lukB"
5445                         " present:%lukB"
5446                         " managed:%lukB"
5447                         " mlocked:%lukB"
5448                         " kernel_stack:%lukB"
5449 #ifdef CONFIG_SHADOW_CALL_STACK
5450                         " shadow_call_stack:%lukB"
5451 #endif
5452                         " pagetables:%lukB"
5453                         " bounce:%lukB"
5454                         " free_pcp:%lukB"
5455                         " local_pcp:%ukB"
5456                         " free_cma:%lukB"
5457                         "\n",
5458                         zone->name,
5459                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
5460                         K(min_wmark_pages(zone)),
5461                         K(low_wmark_pages(zone)),
5462                         K(high_wmark_pages(zone)),
5463                         K(zone->nr_reserved_highatomic),
5464                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_ANON)),
5465                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_ANON)),
5466                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_FILE)),
5467                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_FILE)),
5468                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_UNEVICTABLE)),
5469                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_WRITE_PENDING)),
5470                         K(zone->present_pages),
5471                         K(zone_managed_pages(zone)),
5472                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
5473                         zone_page_state(zone, NR_KERNEL_STACK_KB),
5474 #ifdef CONFIG_SHADOW_CALL_STACK
5475                         zone_page_state(zone, NR_KERNEL_SCS_KB),
5476 #endif
5477                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGETABLE)),
5478                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
5479                         K(free_pcp),
5480                         K(this_cpu_read(zone->pageset->pcp.count)),
5481                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)));
5482                 printk("lowmem_reserve[]:");
5483                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
5484                         printk(KERN_CONT " %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
5485                 printk(KERN_CONT "\n");
5486         }
5487
5488         for_each_populated_zone(zone) {
5489                 unsigned int order;
5490                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, total = 0;
5491                 unsigned char types[MAX_ORDER];
5492
5493                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5494                         continue;
5495                 show_node(zone);
5496                 printk(KERN_CONT "%s: ", zone->name);
5497
5498                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
5499                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
5500                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
5501                         int type;
5502
5503                         nr[order] = area->nr_free;
5504                         total += nr[order] << order;
5505
5506                         types[order] = 0;
5507                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
5508                                 if (!free_area_empty(area, type))
5509                                         types[order] |= 1 << type;
5510                         }
5511                 }
5512                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
5513                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
5514                         printk(KERN_CONT "%lu*%lukB ",
5515                                nr[order], K(1UL) << order);
5516                         if (nr[order])
5517                                 show_migration_types(types[order]);
5518                 }
5519                 printk(KERN_CONT "= %lukB\n", K(total));
5520         }
5521
5522         hugetlb_show_meminfo();
5523
5524         printk("%ld total pagecache pages\n", global_node_page_state(NR_FILE_PAGES));
5525
5526         show_swap_cache_info();
5527 }
5528
5529 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
5530 {
5531         zoneref->zone = zone;
5532         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
5533 }
5534
5535 /*
5536  * Builds allocation fallback zone lists.
5537  *
5538  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
5539  */
5540 static int build_zonerefs_node(pg_data_t *pgdat, struct zoneref *zonerefs)
5541 {
5542         struct zone *zone;
5543         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
5544         int nr_zones = 0;
5545
5546         do {
5547                 zone_type--;
5548                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
5549                 if (managed_zone(zone)) {
5550                         zoneref_set_zone(zone, &zonerefs[nr_zones++]);
5551                         check_highest_zone(zone_type);
5552                 }
5553         } while (zone_type);
5554
5555         return nr_zones;
5556 }
5557
5558 #ifdef CONFIG_NUMA
5559
5560 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
5561 {
5562         /*
5563          * We used to support different zonlists modes but they turned
5564          * out to be just not useful. Let's keep the warning in place
5565          * if somebody still use the cmd line parameter so that we do
5566          * not fail it silently
5567          */
5568         if (!(*s == 'd' || *s == 'D' || *s == 'n' || *s == 'N')) {
5569                 pr_warn("Ignoring unsupported numa_zonelist_order value:  %s\n", s);
5570                 return -EINVAL;
5571         }
5572         return 0;
5573 }
5574
5575 static __init int setup_numa_zonelist_order(char *s)
5576 {
5577         if (!s)
5578                 return 0;
5579
5580         return __parse_numa_zonelist_order(s);
5581 }
5582 early_param("numa_zonelist_order", setup_numa_zonelist_order);
5583
5584 char numa_zonelist_order[] = "Node";
5585
5586 /*
5587  * sysctl handler for numa_zonelist_order
5588  */
5589 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
5590                 void __user *buffer, size_t *length,
5591                 loff_t *ppos)
5592 {
5593         char *str;
5594         int ret;
5595
5596         if (!write)
5597                 return proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
5598         str = memdup_user_nul(buffer, 16);
5599         if (IS_ERR(str))
5600                 return PTR_ERR(str);
5601
5602         ret = __parse_numa_zonelist_order(str);
5603         kfree(str);
5604         return ret;
5605 }
5606
5607
5608 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
5609 static int node_load[MAX_NUMNODES];
5610
5611 /**
5612  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
5613  * @node: node whose fallback list we're appending
5614  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
5615  *
5616  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
5617  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
5618  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
5619  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
5620  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
5621  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
5622  * on them otherwise.
5623  *
5624  * Return: node id of the found node or %NUMA_NO_NODE if no node is found.
5625  */
5626 static int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
5627 {
5628         int n, val;
5629         int min_val = INT_MAX;
5630         int best_node = NUMA_NO_NODE;
5631         const struct cpumask *tmp = cpumask_of_node(0);
5632
5633         /* Use the local node if we haven't already */
5634         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
5635                 node_set(node, *used_node_mask);
5636                 return node;
5637         }
5638
5639         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
5640
5641                 /* Don't want a node to appear more than once */
5642                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
5643                         continue;
5644
5645                 /* Use the distance array to find the distance */
5646                 val = node_distance(node, n);
5647
5648                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
5649                 val += (n < node);
5650
5651                 /* Give preference to headless and unused nodes */
5652                 tmp = cpumask_of_node(n);
5653                 if (!cpumask_empty(tmp))
5654                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
5655
5656                 /* Slight preference for less loaded node */
5657                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
5658                 val += node_load[n];
5659
5660                 if (val < min_val) {
5661                         min_val = val;
5662                         best_node = n;
5663                 }
5664         }
5665
5666         if (best_node >= 0)
5667                 node_set(best_node, *used_node_mask);
5668
5669         return best_node;
5670 }
5671
5672
5673 /*
5674  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
5675  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
5676  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
5677  */
5678 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int *node_order,
5679                 unsigned nr_nodes)
5680 {
5681         struct zoneref *zonerefs;
5682         int i;
5683
5684         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
5685
5686         for (i = 0; i < nr_nodes; i++) {
5687                 int nr_zones;
5688
5689                 pg_data_t *node = NODE_DATA(node_order[i]);
5690
5691                 nr_zones = build_zonerefs_node(node, zonerefs);
5692                 zonerefs += nr_zones;
5693         }
5694         zonerefs->zone = NULL;
5695         zonerefs->zone_idx = 0;
5696 }
5697
5698 /*
5699  * Build gfp_thisnode zonelists
5700  */
5701 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5702 {
5703         struct zoneref *zonerefs;
5704         int nr_zones;
5705
5706         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_NOFALLBACK]._zonerefs;
5707         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
5708         zonerefs += nr_zones;
5709         zonerefs->zone = NULL;
5710         zonerefs->zone_idx = 0;
5711 }
5712
5713 /*
5714  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
5715  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
5716  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
5717  * may still exist in local DMA zone.
5718  */
5719
5720 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5721 {
5722         static int node_order[MAX_NUMNODES];
5723         int node, load, nr_nodes = 0;
5724         nodemask_t used_mask = NODE_MASK_NONE;
5725         int local_node, prev_node;
5726
5727         /* NUMA-aware ordering of nodes */
5728         local_node = pgdat->node_id;
5729         load = nr_online_nodes;
5730         prev_node = local_node;
5731
5732         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
5733         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
5734                 /*
5735                  * We don't want to pressure a particular node.
5736                  * So adding penalty to the first node in same
5737                  * distance group to make it round-robin.
5738                  */
5739                 if (node_distance(local_node, node) !=
5740                     node_distance(local_node, prev_node))
5741                         node_load[node] = load;
5742
5743                 node_order[nr_nodes++] = node;
5744                 prev_node = node;
5745                 load--;
5746         }
5747
5748         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node_order, nr_nodes);
5749         build_thisnode_zonelists(pgdat);
5750 }
5751
5752 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5753 /*
5754  * Return node id of node used for "local" allocations.
5755  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
5756  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
5757  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
5758  */
5759 int local_memory_node(int node)
5760 {
5761         struct zoneref *z;
5762
5763         z = first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
5764                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
5765                                    NULL);
5766         return zone_to_nid(z->zone);
5767 }
5768 #endif
5769
5770 static void setup_min_unmapped_ratio(void);
5771 static void setup_min_slab_ratio(void);
5772 #else   /* CONFIG_NUMA */
5773
5774 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5775 {
5776         int node, local_node;
5777         struct zoneref *zonerefs;
5778         int nr_zones;
5779
5780         local_node = pgdat->node_id;
5781
5782         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
5783         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
5784         zonerefs += nr_zones;
5785
5786         /*
5787          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
5788          * of all the other nodes.
5789          * We don't want to pressure a particular node, so when
5790          * building the zones for node N, we make sure that the
5791          * zones coming right after the local ones are those from
5792          * node N+1 (modulo N)
5793          */
5794         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
5795                 if (!node_online(node))
5796                         continue;
5797                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
5798                 zonerefs += nr_zones;
5799         }
5800         for (node = 0; node < local_node; node++) {
5801                 if (!node_online(node))
5802                         continue;
5803                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
5804                 zonerefs += nr_zones;
5805         }
5806
5807         zonerefs->zone = NULL;
5808         zonerefs->zone_idx = 0;
5809 }
5810
5811 #endif  /* CONFIG_NUMA */
5812
5813 /*
5814  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
5815  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
5816  * that an item put on a list will immediately be handed over to
5817  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
5818  * with interrupts disabled.
5819  *
5820  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
5821  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
5822  * hotplugged processors.
5823  *
5824  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
5825  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
5826  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
5827  */
5828 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch);
5829 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pageset, boot_pageset);
5830 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_nodestat, boot_nodestats);
5831
5832 static void __build_all_zonelists(void *data)
5833 {
5834         int nid;
5835         int __maybe_unused cpu;
5836         pg_data_t *self = data;
5837         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
5838
5839         spin_lock(&lock);
5840
5841 #ifdef CONFIG_NUMA
5842         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
5843 #endif
5844
5845         /*
5846          * This node is hotadded and no memory is yet present.   So just
5847          * building zonelists is fine - no need to touch other nodes.
5848          */
5849         if (self && !node_online(self->node_id)) {
5850                 build_zonelists(self);
5851         } else {
5852                 for_each_online_node(nid) {
5853                         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5854
5855                         build_zonelists(pgdat);
5856                 }
5857
5858 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5859                 /*
5860                  * We now know the "local memory node" for each node--
5861                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
5862                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
5863                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
5864                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
5865                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
5866                  */
5867                 for_each_online_cpu(cpu)
5868                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
5869 #endif
5870         }
5871
5872         spin_unlock(&lock);
5873 }
5874
5875 static noinline void __init
5876 build_all_zonelists_init(void)
5877 {
5878         int cpu;
5879
5880         __build_all_zonelists(NULL);
5881
5882         /*
5883          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
5884          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
5885          * each zone will be allocated later when the per cpu
5886          * allocator is available.
5887          *
5888          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
5889          * cpus if the system is already booted because the pagesets
5890          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
5891          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
5892          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
5893          * (a chicken-egg dilemma).
5894          */
5895         for_each_possible_cpu(cpu)
5896                 setup_pageset(&per_cpu(boot_pageset, cpu), 0);
5897
5898         mminit_verify_zonelist();
5899         cpuset_init_current_mems_allowed();
5900 }
5901
5902 /*
5903  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
5904  *
5905  * __ref due to call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
5906  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
5907  */
5908 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5909 {
5910         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
5911                 build_all_zonelists_init();
5912         } else {
5913                 __build_all_zonelists(pgdat);
5914                 /* cpuset refresh routine should be here */
5915         }
5916         vm_total_pages = nr_free_pagecache_pages();
5917         /*
5918          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
5919          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
5920          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
5921          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
5922          * disabled and enable it later
5923          */
5924         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
5925                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
5926         else
5927                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
5928
5929         pr_info("Built %u zonelists, mobility grouping %s.  Total pages: %ld\n",
5930                 nr_online_nodes,
5931                 page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
5932                 vm_total_pages);
5933 #ifdef CONFIG_NUMA
5934         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
5935 #endif
5936 }
5937
5938 /* If zone is ZONE_MOVABLE but memory is mirrored, it is an overlapped init */
5939 static bool __meminit
5940 overlap_memmap_init(unsigned long zone, unsigned long *pfn)
5941 {
5942         static struct memblock_region *r;
5943
5944         if (mirrored_kernelcore && zone == ZONE_MOVABLE) {
5945                 if (!r || *pfn >= memblock_region_memory_end_pfn(r)) {
5946                         for_each_memblock(memory, r) {
5947                                 if (*pfn < memblock_region_memory_end_pfn(r))
5948                                         break;
5949                         }
5950                 }
5951                 if (*pfn >= memblock_region_memory_base_pfn(r) &&
5952                     memblock_is_mirror(r)) {
5953                         *pfn = memblock_region_memory_end_pfn(r);
5954                         return true;
5955                 }
5956         }
5957         return false;
5958 }
5959
5960 /*
5961  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
5962  * up by memblock_free_all() once the early boot process is
5963  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
5964  */
5965 void __meminit memmap_init_zone(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
5966                 unsigned long start_pfn, enum memmap_context context,
5967                 struct vmem_altmap *altmap)
5968 {
5969         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + size;
5970         struct page *page;
5971
5972         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
5973                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
5974
5975 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
5976         /*
5977          * Honor reservation requested by the driver for this ZONE_DEVICE
5978          * memory. We limit the total number of pages to initialize to just
5979          * those that might contain the memory mapping. We will defer the
5980          * ZONE_DEVICE page initialization until after we have released
5981          * the hotplug lock.
5982          */
5983         if (zone == ZONE_DEVICE) {
5984                 if (!altmap)
5985                         return;
5986
5987                 if (start_pfn == altmap->base_pfn)
5988                         start_pfn += altmap->reserve;
5989                 end_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
5990         }
5991 #endif
5992
5993         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; ) {
5994                 /*
5995                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s handed to this
5996                  * function.  They do not exist on hotplugged memory.
5997                  */
5998                 if (context == MEMMAP_EARLY) {
5999                         if (overlap_memmap_init(zone, &pfn))
6000                                 continue;
6001                         if (defer_init(nid, pfn, end_pfn))
6002                                 break;
6003                 }
6004
6005                 page = pfn_to_page(pfn);
6006                 __init_single_page(page, pfn, zone, nid);
6007                 if (context == MEMMAP_HOTPLUG)
6008                         __SetPageReserved(page);
6009
6010                 /*
6011                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
6012                  * movable at startup. This will force kernel allocations
6013                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
6014                  * the address space during boot when many long-lived
6015                  * kernel allocations are made.
6016                  *
6017                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
6018                  * can be created for invalid pages (for alignment)
6019                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
6020                  * pfn out of zone.
6021                  */
6022                 if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1))) {
6023                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
6024                         cond_resched();
6025                 }
6026                 pfn++;
6027         }
6028 }
6029
6030 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
6031 void __ref memmap_init_zone_device(struct zone *zone,
6032                                    unsigned long start_pfn,
6033                                    unsigned long nr_pages,
6034                                    struct dev_pagemap *pgmap)
6035 {
6036         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + nr_pages;
6037         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
6038         struct vmem_altmap *altmap = pgmap_altmap(pgmap);
6039         unsigned long zone_idx = zone_idx(zone);
6040         unsigned long start = jiffies;
6041         int nid = pgdat->node_id;
6042
6043         if (WARN_ON_ONCE(!pgmap || zone_idx(zone) != ZONE_DEVICE))
6044                 return;
6045
6046         /*
6047          * The call to memmap_init_zone should have already taken care
6048          * of the pages reserved for the memmap, so we can just jump to
6049          * the end of that region and start processing the device pages.
6050          */
6051         if (altmap) {
6052                 start_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
6053                 nr_pages = end_pfn - start_pfn;
6054         }
6055
6056         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
6057                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
6058
6059                 __init_single_page(page, pfn, zone_idx, nid);
6060
6061                 /*
6062                  * Mark page reserved as it will need to wait for onlining
6063                  * phase for it to be fully associated with a zone.
6064                  *
6065                  * We can use the non-atomic __set_bit operation for setting
6066                  * the flag as we are still initializing the pages.
6067                  */
6068                 __SetPageReserved(page);
6069
6070                 /*
6071                  * ZONE_DEVICE pages union ->lru with a ->pgmap back pointer
6072                  * and zone_device_data.  It is a bug if a ZONE_DEVICE page is
6073                  * ever freed or placed on a driver-private list.
6074                  */
6075                 page->pgmap = pgmap;
6076                 page->zone_device_data = NULL;
6077
6078                 /*
6079                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
6080                  * movable at startup. This will force kernel allocations
6081                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
6082                  * the address space during boot when many long-lived
6083                  * kernel allocations are made.
6084                  *
6085                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
6086                  * can be created for invalid pages (for alignment)
6087                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
6088                  * pfn out of zone.
6089                  *
6090                  * Please note that MEMMAP_HOTPLUG path doesn't clear memmap
6091                  * because this is done early in section_activate()
6092                  */
6093                 if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1))) {
6094                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
6095                         cond_resched();
6096                 }
6097         }
6098
6099         pr_info("%s initialised %lu pages in %ums\n", __func__,
6100                 nr_pages, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
6101 }
6102
6103 #endif
6104 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
6105 {
6106         unsigned int order, t;
6107         for_each_migratetype_order(order, t) {
6108                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
6109                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
6110         }
6111 }
6112
6113 void __meminit __weak memmap_init(unsigned long size, int nid,
6114                                   unsigned long zone,
6115                                   unsigned long range_start_pfn)
6116 {
6117         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6118         unsigned long range_end_pfn = range_start_pfn + size;
6119         int i;
6120
6121         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
6122                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
6123                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
6124
6125                 if (end_pfn > start_pfn) {
6126                         size = end_pfn - start_pfn;
6127                         memmap_init_zone(size, nid, zone, start_pfn,
6128                                          MEMMAP_EARLY, NULL);
6129                 }
6130         }
6131 }
6132
6133 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
6134 {
6135 #ifdef CONFIG_MMU
6136         int batch;
6137
6138         /*
6139          * The per-cpu-pages pools are set to around 1000th of the
6140          * size of the zone.
6141          */
6142         batch = zone_managed_pages(zone) / 1024;
6143         /* But no more than a meg. */
6144         if (batch * PAGE_SIZE > 1024 * 1024)
6145                 batch = (1024 * 1024) / PAGE_SIZE;
6146         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
6147         if (batch < 1)
6148                 batch = 1;
6149
6150         /*
6151          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
6152          * of 2 value was found to be more likely to have
6153          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
6154          *
6155          * For example if 2 tasks are alternately allocating
6156          * batches of pages, one task can end up with a lot
6157          * of pages of one half of the possible page colors
6158          * and the other with pages of the other colors.
6159          */
6160         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
6161
6162         return batch;
6163
6164 #else
6165         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
6166          * conditions.
6167          *
6168          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
6169          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
6170          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
6171          *
6172          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
6173          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
6174          * can be a significant delay between the individual batches being
6175          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
6176          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
6177          */
6178         return 0;
6179 #endif
6180 }
6181
6182 /*
6183  * pcp->high and pcp->batch values are related and dependent on one another:
6184  * ->batch must never be higher then ->high.
6185  * The following function updates them in a safe manner without read side
6186  * locking.
6187  *
6188  * Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they can cope with
6189  * those fields changing asynchronously (acording the the above rule).
6190  *
6191  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
6192  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
6193  * exist).
6194  */
6195 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
6196                 unsigned long batch)
6197 {
6198        /* start with a fail safe value for batch */
6199         pcp->batch = 1;
6200         smp_wmb();
6201
6202        /* Update high, then batch, in order */
6203         pcp->high = high;
6204         smp_wmb();
6205
6206         pcp->batch = batch;
6207 }
6208
6209 /* a companion to pageset_set_high() */
6210 static void pageset_set_batch(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
6211 {
6212         pageset_update(&p->pcp, 6 * batch, max(1UL, 1 * batch));
6213 }
6214
6215 static void pageset_init(struct per_cpu_pageset *p)
6216 {
6217         struct per_cpu_pages *pcp;
6218         int migratetype;
6219
6220         memset(p, 0, sizeof(*p));
6221
6222         pcp = &p->pcp;
6223         for (migratetype = 0; migratetype < MIGRATE_PCPTYPES; migratetype++)
6224                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[migratetype]);
6225 }
6226
6227 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
6228 {
6229         pageset_init(p);
6230         pageset_set_batch(p, batch);
6231 }
6232
6233 /*
6234  * pageset_set_high() sets the high water mark for hot per_cpu_pagelist
6235  * to the value high for the pageset p.
6236  */
6237 static void pageset_set_high(struct per_cpu_pageset *p,
6238                                 unsigned long high)
6239 {
6240         unsigned long batch = max(1UL, high / 4);
6241         if ((high / 4) > (PAGE_SHIFT * 8))
6242                 batch = PAGE_SHIFT * 8;
6243
6244         pageset_update(&p->pcp, high, batch);
6245 }
6246
6247 static void pageset_set_high_and_batch(struct zone *zone,
6248                                        struct per_cpu_pageset *pcp)
6249 {
6250         if (percpu_pagelist_fraction)
6251                 pageset_set_high(pcp,
6252                         (zone_managed_pages(zone) /
6253                                 percpu_pagelist_fraction));
6254         else
6255                 pageset_set_batch(pcp, zone_batchsize(zone));
6256 }
6257
6258 static void __meminit zone_pageset_init(struct zone *zone, int cpu)
6259 {
6260         struct per_cpu_pageset *pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
6261
6262         pageset_init(pcp);
6263         pageset_set_high_and_batch(zone, pcp);
6264 }
6265
6266 void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
6267 {
6268         int cpu;
6269         zone->pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pageset);
6270         for_each_possible_cpu(cpu)
6271                 zone_pageset_init(zone, cpu);
6272 }
6273
6274 /*
6275  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
6276  * Before this call only boot pagesets were available.
6277  */
6278 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
6279 {
6280         struct pglist_data *pgdat;
6281         struct zone *zone;
6282         int __maybe_unused cpu;
6283
6284         for_each_populated_zone(zone)
6285                 setup_zone_pageset(zone);
6286
6287 #ifdef CONFIG_NUMA
6288         /*
6289          * Unpopulated zones continue using the boot pagesets.
6290          * The numa stats for these pagesets need to be reset.
6291          * Otherwise, they will end up skewing the stats of
6292          * the nodes these zones are associated with.
6293          */
6294         for_each_possible_cpu(cpu) {
6295                 struct per_cpu_pageset *pcp = &per_cpu(boot_pageset, cpu);
6296                 memset(pcp->vm_numa_stat_diff, 0,
6297                        sizeof(pcp->vm_numa_stat_diff));
6298         }
6299 #endif
6300
6301         for_each_online_pgdat(pgdat)
6302                 pgdat->per_cpu_nodestats =
6303                         alloc_percpu(struct per_cpu_nodestat);
6304 }
6305
6306 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
6307 {
6308         /*
6309          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
6310          * relies on the ability of the linker to provide the
6311          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
6312          */
6313         zone->pageset = &boot_pageset;
6314
6315         if (populated_zone(zone))
6316                 printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n",
6317                         zone->name, zone->present_pages,
6318                                          zone_batchsize(zone));
6319 }
6320
6321 void __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
6322                                         unsigned long zone_start_pfn,
6323                                         unsigned long size)
6324 {
6325         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
6326         int zone_idx = zone_idx(zone) + 1;
6327
6328         if (zone_idx > pgdat->nr_zones)
6329                 pgdat->nr_zones = zone_idx;
6330
6331         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
6332
6333         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
6334                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
6335                         pgdat->node_id,
6336                         (unsigned long)zone_idx(zone),
6337                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
6338
6339         zone_init_free_lists(zone);
6340         zone->initialized = 1;
6341 }
6342
6343 /**
6344  * sparse_memory_present_with_active_regions - Call memory_present for each active range
6345  * @nid: The node to call memory_present for. If MAX_NUMNODES, all nodes will be used.
6346  *
6347  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes and may
6348  * be freed, this function may be used instead of calling memory_present() manually.
6349  */
6350 void __init sparse_memory_present_with_active_regions(int nid)
6351 {
6352         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6353         int i, this_nid;
6354
6355         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid)
6356                 memory_present(this_nid, start_pfn, end_pfn);
6357 }
6358
6359 /**
6360  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
6361  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
6362  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
6363  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
6364  *
6365  * It returns the start and end page frame of a node based on information
6366  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
6367  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
6368  * PFNs will be 0.
6369  */
6370 void __init get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
6371                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
6372 {
6373         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
6374         int i;
6375
6376         *start_pfn = -1UL;
6377         *end_pfn = 0;
6378
6379         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
6380                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
6381                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
6382         }
6383
6384         if (*start_pfn == -1UL)
6385                 *start_pfn = 0;
6386 }
6387
6388 /*
6389  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
6390  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
6391  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
6392  */
6393 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
6394 {
6395         int zone_index;
6396         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
6397                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
6398                         continue;
6399
6400                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
6401                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
6402                         break;
6403         }
6404
6405         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
6406         movable_zone = zone_index;
6407 }
6408
6409 /*
6410  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
6411  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
6412  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
6413  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
6414  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
6415  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
6416  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
6417  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
6418  */
6419 static void __init adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
6420                                         unsigned long zone_type,
6421                                         unsigned long node_start_pfn,
6422                                         unsigned long node_end_pfn,
6423                                         unsigned long *zone_start_pfn,
6424                                         unsigned long *zone_end_pfn)
6425 {
6426         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
6427         if (zone_movable_pfn[nid]) {
6428                 /* Size ZONE_MOVABLE */
6429                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
6430                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
6431                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
6432                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
6433
6434                 /* Adjust for ZONE_MOVABLE starting within this range */
6435                 } else if (!mirrored_kernelcore &&
6436                         *zone_start_pfn < zone_movable_pfn[nid] &&
6437                         *zone_end_pfn > zone_movable_pfn[nid]) {
6438                         *zone_end_pfn = zone_movable_pfn[nid];
6439
6440                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
6441                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
6442                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
6443         }
6444 }
6445
6446 /*
6447  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
6448  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
6449  */
6450 static unsigned long __init zone_spanned_pages_in_node(int nid,
6451                                         unsigned long zone_type,
6452                                         unsigned long node_start_pfn,
6453                                         unsigned long node_end_pfn,
6454                                         unsigned long *zone_start_pfn,
6455                                         unsigned long *zone_end_pfn)
6456 {
6457         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
6458         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
6459         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
6460         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
6461                 return 0;
6462
6463         /* Get the start and end of the zone */
6464         *zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
6465         *zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
6466         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
6467                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
6468                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6469
6470         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
6471         if (*zone_end_pfn < node_start_pfn || *zone_start_pfn > node_end_pfn)
6472                 return 0;
6473
6474         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
6475         *zone_end_pfn = min(*zone_end_pfn, node_end_pfn);
6476         *zone_start_pfn = max(*zone_start_pfn, node_start_pfn);
6477
6478         /* Return the spanned pages */
6479         return *zone_end_pfn - *zone_start_pfn;
6480 }
6481
6482 /*
6483  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
6484  * then all holes in the requested range will be accounted for.
6485  */
6486 unsigned long __init __absent_pages_in_range(int nid,
6487                                 unsigned long range_start_pfn,
6488                                 unsigned long range_end_pfn)
6489 {
6490         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
6491         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6492         int i;
6493
6494         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
6495                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
6496                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
6497                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
6498         }
6499         return nr_absent;
6500 }
6501
6502 /**
6503  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
6504  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
6505  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
6506  *
6507  * Return: the number of pages frames in memory holes within a range.
6508  */
6509 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
6510                                                         unsigned long end_pfn)
6511 {
6512         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
6513 }
6514
6515 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
6516 static unsigned long __init zone_absent_pages_in_node(int nid,
6517                                         unsigned long zone_type,
6518                                         unsigned long node_start_pfn,
6519                                         unsigned long node_end_pfn)
6520 {
6521         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
6522         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
6523         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
6524         unsigned long nr_absent;
6525
6526         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
6527         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
6528                 return 0;
6529
6530         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
6531         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
6532
6533         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
6534                         node_start_pfn, node_end_pfn,
6535                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
6536         nr_absent = __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6537
6538         /*
6539          * ZONE_MOVABLE handling.
6540          * Treat pages to be ZONE_MOVABLE in ZONE_NORMAL as absent pages
6541          * and vice versa.
6542          */
6543         if (mirrored_kernelcore && zone_movable_pfn[nid]) {
6544                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
6545                 struct memblock_region *r;
6546
6547                 for_each_memblock(memory, r) {
6548                         start_pfn = clamp(memblock_region_memory_base_pfn(r),
6549                                           zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6550                         end_pfn = clamp(memblock_region_memory_end_pfn(r),
6551                                         zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6552
6553                         if (zone_type == ZONE_MOVABLE &&
6554                             memblock_is_mirror(r))
6555                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
6556
6557                         if (zone_type == ZONE_NORMAL &&
6558                             !memblock_is_mirror(r))
6559                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
6560                 }
6561         }
6562
6563         return nr_absent;
6564 }
6565
6566 static void __init calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
6567                                                 unsigned long node_start_pfn,
6568                                                 unsigned long node_end_pfn)
6569 {
6570         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
6571         enum zone_type i;
6572
6573         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6574                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
6575                 unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
6576                 unsigned long spanned, absent;
6577                 unsigned long size, real_size;
6578
6579                 spanned = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
6580                                                      node_start_pfn,
6581                                                      node_end_pfn,
6582                                                      &zone_start_pfn,
6583                                                      &zone_end_pfn);
6584                 absent = zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
6585                                                    node_start_pfn,
6586                                                    node_end_pfn);
6587
6588                 size = spanned;
6589                 real_size = size - absent;
6590
6591                 if (size)
6592                         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
6593                 else
6594                         zone->zone_start_pfn = 0;
6595                 zone->spanned_pages = size;
6596                 zone->present_pages = real_size;
6597
6598                 totalpages += size;
6599                 realtotalpages += real_size;
6600         }
6601
6602         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
6603         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
6604         printk(KERN_DEBUG "On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id,
6605                                                         realtotalpages);
6606 }
6607
6608 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
6609 /*
6610  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
6611  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
6612  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
6613  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
6614  * bytes.
6615  */
6616 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
6617 {
6618         unsigned long usemapsize;
6619
6620         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
6621         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
6622         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
6623         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
6624         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
6625
6626         return usemapsize / 8;
6627 }
6628
6629 static void __ref setup_usemap(struct pglist_data *pgdat,
6630                                 struct zone *zone,
6631                                 unsigned long zone_start_pfn,
6632                                 unsigned long zonesize)
6633 {
6634         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone_start_pfn, zonesize);
6635         zone->pageblock_flags = NULL;
6636         if (usemapsize) {
6637                 zone->pageblock_flags =
6638                         memblock_alloc_node(usemapsize, SMP_CACHE_BYTES,
6639                                             pgdat->node_id);
6640                 if (!zone->pageblock_flags)
6641                         panic("Failed to allocate %ld bytes for zone %s pageblock flags on node %d\n",
6642                               usemapsize, zone->name, pgdat->node_id);
6643         }
6644 }
6645 #else
6646 static inline void setup_usemap(struct pglist_data *pgdat, struct zone *zone,
6647                                 unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize) {}
6648 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
6649
6650 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
6651
6652 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
6653 void __init set_pageblock_order(void)
6654 {
6655         unsigned int order;
6656
6657         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
6658         if (pageblock_order)
6659                 return;
6660
6661         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT)
6662                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
6663         else
6664                 order = MAX_ORDER - 1;
6665
6666         /*
6667          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
6668          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
6669          * powerpc.
6670          */
6671         pageblock_order = order;
6672 }
6673 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
6674
6675 /*
6676  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
6677  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
6678  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
6679  * the kernel config
6680  */
6681 void __init set_pageblock_order(void)
6682 {
6683 }
6684
6685 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
6686
6687 static unsigned long __init calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
6688                                                 unsigned long present_pages)
6689 {
6690         unsigned long pages = spanned_pages;
6691
6692         /*
6693          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
6694          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
6695          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
6696          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
6697          * populated regions may not be naturally aligned on page boundary.
6698          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
6699          */
6700         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
6701             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
6702                 pages = present_pages;
6703
6704         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
6705 }
6706
6707 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
6708 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat)
6709 {
6710         struct deferred_split *ds_queue = &pgdat->deferred_split_queue;
6711
6712         spin_lock_init(&ds_queue->split_queue_lock);
6713         INIT_LIST_HEAD(&ds_queue->split_queue);
6714         ds_queue->split_queue_len = 0;
6715 }
6716 #else
6717 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat) {}
6718 #endif
6719
6720 #ifdef CONFIG_COMPACTION
6721 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat)
6722 {
6723         init_waitqueue_head(&pgdat->kcompactd_wait);
6724 }
6725 #else
6726 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat) {}
6727 #endif
6728
6729 static void __meminit pgdat_init_internals(struct pglist_data *pgdat)
6730 {
6731         pgdat_resize_init(pgdat);
6732
6733         pgdat_init_split_queue(pgdat);
6734         pgdat_init_kcompactd(pgdat);
6735
6736         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
6737         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
6738
6739         pgdat_page_ext_init(pgdat);
6740         spin_lock_init(&pgdat->lru_lock);
6741         lruvec_init(&pgdat->__lruvec);
6742 }
6743
6744 static void __meminit zone_init_internals(struct zone *zone, enum zone_type idx, int nid,
6745                                                         unsigned long remaining_pages)
6746 {
6747         atomic_long_set(&zone->managed_pages, remaining_pages);
6748         zone_set_nid(zone, nid);
6749         zone->name = zone_names[idx];
6750         zone->zone_pgdat = NODE_DATA(nid);
6751         spin_lock_init(&zone->lock);
6752         zone_seqlock_init(zone);
6753         zone_pcp_init(zone);
6754 }
6755
6756 /*
6757  * Set up the zone data structures
6758  * - init pgdat internals
6759  * - init all zones belonging to this node
6760  *
6761  * NOTE: this function is only called during memory hotplug
6762  */
6763 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
6764 void __ref free_area_init_core_hotplug(int nid)
6765 {
6766         enum zone_type z;
6767         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6768
6769         pgdat_init_internals(pgdat);
6770         for (z = 0; z < MAX_NR_ZONES; z++)
6771                 zone_init_internals(&pgdat->node_zones[z], z, nid, 0);
6772 }
6773 #endif
6774
6775 /*
6776  * Set up the zone data structures:
6777  *   - mark all pages reserved
6778  *   - mark all memory queues empty
6779  *   - clear the memory bitmaps
6780  *
6781  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
6782  * NOTE: this function is only called during early init.
6783  */
6784 static void __init free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat)
6785 {
6786         enum zone_type j;
6787         int nid = pgdat->node_id;
6788
6789         pgdat_init_internals(pgdat);
6790         pgdat->per_cpu_nodestats = &boot_nodestats;
6791
6792         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6793                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
6794                 unsigned long size, freesize, memmap_pages;
6795                 unsigned long zone_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
6796
6797                 size = zone->spanned_pages;
6798                 freesize = zone->present_pages;
6799
6800                 /*
6801                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
6802                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
6803                  * and per-cpu initialisations
6804                  */
6805                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, freesize);
6806                 if (!is_highmem_idx(j)) {
6807                         if (freesize >= memmap_pages) {
6808                                 freesize -= memmap_pages;
6809                                 if (memmap_pages)
6810                                         printk(KERN_DEBUG
6811                                                "  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
6812                                                zone_names[j], memmap_pages);
6813                         } else
6814                                 pr_warn("  %s zone: %lu pages exceeds freesize %lu\n",
6815                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
6816                 }
6817
6818                 /* Account for reserved pages */
6819                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
6820                         freesize -= dma_reserve;
6821                         printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages reserved\n",
6822                                         zone_names[0], dma_reserve);
6823                 }
6824
6825                 if (!is_highmem_idx(j))
6826                         nr_kernel_pages += freesize;
6827                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
6828                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
6829                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
6830                 nr_all_pages += freesize;
6831
6832                 /*
6833                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
6834                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
6835                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
6836                  */
6837                 zone_init_internals(zone, j, nid, freesize);
6838
6839                 if (!size)
6840                         continue;
6841
6842                 set_pageblock_order();
6843                 setup_usemap(pgdat, zone, zone_start_pfn, size);
6844                 init_currently_empty_zone(zone, zone_start_pfn, size);
6845                 memmap_init(size, nid, j, zone_start_pfn);
6846         }
6847 }
6848
6849 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
6850 static void __ref alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
6851 {
6852         unsigned long __maybe_unused start = 0;
6853         unsigned long __maybe_unused offset = 0;
6854
6855         /* Skip empty nodes */
6856         if (!pgdat->node_spanned_pages)
6857                 return;
6858
6859         start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
6860         offset = pgdat->node_start_pfn - start;
6861         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
6862         if (!pgdat->node_mem_map) {
6863                 unsigned long size, end;
6864                 struct page *map;
6865
6866                 /*
6867                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
6868                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
6869                  * for the buddy allocator to function correctly.
6870                  */
6871                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
6872                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
6873                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
6874                 map = memblock_alloc_node(size, SMP_CACHE_BYTES,
6875                                           pgdat->node_id);
6876                 if (!map)
6877                         panic("Failed to allocate %ld bytes for node %d memory map\n",
6878                               size, pgdat->node_id);
6879                 pgdat->node_mem_map = map + offset;
6880         }
6881         pr_debug("%s: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
6882                                 __func__, pgdat->node_id, (unsigned long)pgdat,
6883                                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
6884 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
6885         /*
6886          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
6887          */
6888         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
6889                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
6890                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
6891                         mem_map -= offset;
6892         }
6893 #endif
6894 }
6895 #else
6896 static void __ref alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat) { }
6897 #endif /* CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
6898
6899 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
6900 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat)
6901 {
6902         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
6903 }
6904 #else
6905 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat) {}
6906 #endif
6907
6908 static void __init free_area_init_node(int nid)
6909 {
6910         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6911         unsigned long start_pfn = 0;
6912         unsigned long end_pfn = 0;
6913
6914         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
6915         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->kswapd_highest_zoneidx);
6916
6917         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
6918
6919         pgdat->node_id = nid;
6920         pgdat->node_start_pfn = start_pfn;
6921         pgdat->per_cpu_nodestats = NULL;
6922
6923         pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
6924                 (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
6925                 end_pfn ? ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1 : 0);
6926         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn);
6927
6928         alloc_node_mem_map(pgdat);
6929         pgdat_set_deferred_range(pgdat);
6930
6931         free_area_init_core(pgdat);
6932 }
6933
6934 void __init free_area_init_memoryless_node(int nid)
6935 {
6936         free_area_init_node(nid);
6937 }
6938
6939 #if !defined(CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP)
6940 /*
6941  * Initialize all valid struct pages in the range [spfn, epfn) and mark them
6942  * PageReserved(). Return the number of struct pages that were initialized.
6943  */
6944 static u64 __init init_unavailable_range(unsigned long spfn, unsigned long epfn)
6945 {
6946         unsigned long pfn;
6947         u64 pgcnt = 0;
6948
6949         for (pfn = spfn; pfn < epfn; pfn++) {
6950                 if (!pfn_valid(ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages))) {
6951                         pfn = ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages)
6952                                 + pageblock_nr_pages - 1;
6953                         continue;
6954                 }
6955                 /*
6956                  * Use a fake node/zone (0) for now. Some of these pages
6957                  * (in memblock.reserved but not in memblock.memory) will
6958                  * get re-initialized via reserve_bootmem_region() later.
6959                  */
6960                 __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, 0, 0);
6961                 __SetPageReserved(pfn_to_page(pfn));
6962                 pgcnt++;
6963         }
6964
6965         return pgcnt;
6966 }
6967
6968 /*
6969  * Only struct pages that are backed by physical memory are zeroed and
6970  * initialized by going through __init_single_page(). But, there are some
6971  * struct pages which are reserved in memblock allocator and their fields
6972  * may be accessed (for example page_to_pfn() on some configuration accesses
6973  * flags). We must explicitly initialize those struct pages.
6974  *
6975  * This function also addresses a similar issue where struct pages are left
6976  * uninitialized because the physical address range is not covered by
6977  * memblock.memory or memblock.reserved. That could happen when memblock
6978  * layout is manually configured via memmap=, or when the highest physical
6979  * address (max_pfn) does not end on a section boundary.
6980  */
6981 static void __init init_unavailable_mem(void)
6982 {
6983         phys_addr_t start, end;
6984         u64 i, pgcnt;
6985         phys_addr_t next = 0;
6986
6987         /*
6988          * Loop through unavailable ranges not covered by memblock.memory.
6989          */
6990         pgcnt = 0;
6991         for_each_mem_range(i, &memblock.memory, NULL,
6992                         NUMA_NO_NODE, MEMBLOCK_NONE, &start, &end, NULL) {
6993                 if (next < start)
6994                         pgcnt += init_unavailable_range(PFN_DOWN(next),
6995                                                         PFN_UP(start));
6996                 next = end;
6997         }
6998
6999         /*
7000          * Early sections always have a fully populated memmap for the whole
7001          * section - see pfn_valid(). If the last section has holes at the
7002          * end and that section is marked "online", the memmap will be
7003          * considered initialized. Make sure that memmap has a well defined
7004          * state.
7005          */
7006         pgcnt += init_unavailable_range(PFN_DOWN(next),
7007                                         round_up(max_pfn, PAGES_PER_SECTION));
7008
7009         /*
7010          * Struct pages that do not have backing memory. This could be because
7011          * firmware is using some of this memory, or for some other reasons.
7012          */
7013         if (pgcnt)
7014                 pr_info("Zeroed struct page in unavailable ranges: %lld pages", pgcnt);
7015 }
7016 #else
7017 static inline void __init init_unavailable_mem(void)
7018 {
7019 }
7020 #endif /* !CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
7021
7022 #if MAX_NUMNODES > 1
7023 /*
7024  * Figure out the number of possible node ids.
7025  */
7026 void __init setup_nr_node_ids(void)
7027 {
7028         unsigned int highest;
7029
7030         highest = find_last_bit(node_possible_map.bits, MAX_NUMNODES);
7031         nr_node_ids = highest + 1;
7032 }
7033 #endif
7034
7035 /**
7036  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
7037  *
7038  * This function should be called after node map is populated and sorted.
7039  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
7040  * all the nodes.
7041  *
7042  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
7043  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
7044  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
7045  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
7046  *
7047  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
7048  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
7049  * populated node map.
7050  *
7051  * Return: the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
7052  * requirement (single node).
7053  */
7054 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
7055 {
7056         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
7057         unsigned long start, end, mask;
7058         int last_nid = NUMA_NO_NODE;
7059         int i, nid;
7060
7061         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
7062                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
7063                         last_nid = nid;
7064                         last_end = end;
7065                         continue;
7066                 }
7067
7068                 /*
7069                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
7070                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
7071                  * too coarse to separate the current node from the last.
7072                  */
7073                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
7074                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
7075                         mask <<= 1;
7076
7077                 /* accumulate all internode masks */
7078                 accl_mask |= mask;
7079         }
7080
7081         /* convert mask to number of pages */
7082         return ~accl_mask + 1;
7083 }
7084
7085 /**
7086  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
7087  *
7088  * Return: the minimum PFN based on information provided via
7089  * memblock_set_node().
7090  */
7091 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
7092 {
7093         return PHYS_PFN(memblock_start_of_DRAM());
7094 }
7095
7096 /*
7097  * early_calculate_totalpages()
7098  * Sum pages in active regions for movable zone.
7099  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
7100  */
7101 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
7102 {
7103         unsigned long totalpages = 0;
7104         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7105         int i, nid;
7106
7107         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
7108                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
7109
7110                 totalpages += pages;
7111                 if (pages)
7112                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
7113         }
7114         return totalpages;
7115 }
7116
7117 /*
7118  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
7119  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
7120  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
7121  * others
7122  */
7123 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
7124 {
7125         int i, nid;
7126         unsigned long usable_startpfn;
7127         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
7128         /* save the state before borrow the nodemask */
7129         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
7130         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
7131         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
7132         struct memblock_region *r;
7133
7134         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
7135         find_usable_zone_for_movable();
7136
7137         /*
7138          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
7139          * options.
7140          */
7141         if (movable_node_is_enabled()) {
7142                 for_each_memblock(memory, r) {
7143                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
7144                                 continue;
7145
7146                         nid = memblock_get_region_node(r);
7147
7148                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
7149                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
7150                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
7151                                 usable_startpfn;
7152                 }
7153
7154                 goto out2;
7155         }
7156
7157         /*
7158          * If kernelcore=mirror is specified, ignore movablecore option
7159          */
7160         if (mirrored_kernelcore) {
7161                 bool mem_below_4gb_not_mirrored = false;
7162
7163                 for_each_memblock(memory, r) {
7164                         if (memblock_is_mirror(r))
7165                                 continue;
7166
7167                         nid = memblock_get_region_node(r);
7168
7169                         usable_startpfn = memblock_region_memory_base_pfn(r);
7170
7171                         if (usable_startpfn < 0x100000) {
7172                                 mem_below_4gb_not_mirrored = true;
7173                                 continue;
7174                         }
7175
7176                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
7177                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
7178                                 usable_startpfn;
7179                 }
7180
7181                 if (mem_below_4gb_not_mirrored)
7182                         pr_warn("This configuration results in unmirrored kernel memory.");
7183
7184                 goto out2;
7185         }
7186
7187         /*
7188          * If kernelcore=nn% or movablecore=nn% was specified, calculate the
7189          * amount of necessary memory.
7190          */
7191         if (required_kernelcore_percent)
7192                 required_kernelcore = (totalpages * 100 * required_kernelcore_percent) /
7193                                        10000UL;
7194         if (required_movablecore_percent)
7195                 required_movablecore = (totalpages * 100 * required_movablecore_percent) /
7196                                         10000UL;
7197
7198         /*
7199          * If movablecore= was specified, calculate what size of
7200          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
7201          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
7202          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
7203          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
7204          * what movablecore would have allowed.
7205          */
7206         if (required_movablecore) {
7207                 unsigned long corepages;
7208
7209                 /*
7210                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
7211                  * was requested by the user
7212                  */
7213                 required_movablecore =
7214                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
7215                 required_movablecore = min(totalpages, required_movablecore);
7216                 corepages = totalpages - required_movablecore;
7217
7218                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
7219         }
7220
7221         /*
7222          * If kernelcore was not specified or kernelcore size is larger
7223          * than totalpages, there is no ZONE_MOVABLE.
7224          */
7225         if (!required_kernelcore || required_kernelcore >= totalpages)
7226                 goto out;
7227
7228         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
7229         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
7230
7231 restart:
7232         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
7233         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
7234         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
7235                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
7236
7237                 /*
7238                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
7239                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
7240                  * amount of memory for the kernel
7241                  */
7242                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
7243                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
7244
7245                 /*
7246                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
7247                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
7248                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
7249                  */
7250                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
7251
7252                 /* Go through each range of PFNs within this node */
7253                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
7254                         unsigned long size_pages;
7255
7256                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
7257                         if (start_pfn >= end_pfn)
7258                                 continue;
7259
7260                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
7261                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
7262                                 unsigned long kernel_pages;
7263                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
7264                                                                 - start_pfn;
7265
7266                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
7267                                                         kernelcore_remaining);
7268                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
7269                                                         required_kernelcore);
7270
7271                                 /* Continue if range is now fully accounted */
7272                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
7273
7274                                         /*
7275                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
7276                                          * that if we have to rebalance
7277                                          * kernelcore across nodes, we will
7278                                          * not double account here
7279                                          */
7280                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
7281                                         continue;
7282                                 }
7283                                 start_pfn = usable_startpfn;
7284                         }
7285
7286                         /*
7287                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
7288                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
7289                          * number of pages used as kernelcore
7290                          */
7291                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
7292                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
7293                                 size_pages = kernelcore_remaining;
7294                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
7295
7296                         /*
7297                          * Some kernelcore has been met, update counts and
7298                          * break if the kernelcore for this node has been
7299                          * satisfied
7300                          */
7301                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
7302                                                                 size_pages);
7303                         kernelcore_remaining -= size_pages;
7304                         if (!kernelcore_remaining)
7305                                 break;
7306                 }
7307         }
7308
7309         /*
7310          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
7311          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
7312          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
7313          * satisfied
7314          */
7315         usable_nodes--;
7316         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
7317                 goto restart;
7318
7319 out2:
7320         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
7321         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++)
7322                 zone_movable_pfn[nid] =
7323                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
7324
7325 out:
7326         /* restore the node_state */
7327         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
7328 }
7329
7330 /* Any regular or high memory on that node ? */
7331 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
7332 {
7333         enum zone_type zone_type;
7334
7335         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
7336                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
7337                 if (populated_zone(zone)) {
7338                         if (IS_ENABLED(CONFIG_HIGHMEM))
7339                                 node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
7340                         if (zone_type <= ZONE_NORMAL)
7341                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
7342                         break;
7343                 }
7344         }
7345 }
7346
7347 /*
7348  * Some architecturs, e.g. ARC may have ZONE_HIGHMEM below ZONE_NORMAL. For
7349  * such cases we allow max_zone_pfn sorted in the descending order
7350  */
7351 bool __weak arch_has_descending_max_zone_pfns(void)
7352 {
7353         return false;
7354 }
7355
7356 /**
7357  * free_area_init - Initialise all pg_data_t and zone data
7358  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
7359  *
7360  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
7361  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
7362  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
7363  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
7364  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
7365  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
7366  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
7367  * at arch_max_dma_pfn.
7368  */
7369 void __init free_area_init(unsigned long *max_zone_pfn)
7370 {
7371         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7372         int i, nid, zone;
7373         bool descending;
7374
7375         /* Record where the zone boundaries are */
7376         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
7377                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
7378         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
7379                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
7380
7381         start_pfn = find_min_pfn_with_active_regions();
7382         descending = arch_has_descending_max_zone_pfns();
7383
7384         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7385                 if (descending)
7386                         zone = MAX_NR_ZONES - i - 1;
7387                 else
7388                         zone = i;
7389
7390                 if (zone == ZONE_MOVABLE)
7391                         continue;
7392
7393                 end_pfn = max(max_zone_pfn[zone], start_pfn);
7394                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone] = start_pfn;
7395                 arch_zone_highest_possible_pfn[zone] = end_pfn;
7396
7397                 start_pfn = end_pfn;
7398         }
7399
7400         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
7401         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
7402         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
7403
7404         /* Print out the zone ranges */
7405         pr_info("Zone ranges:\n");
7406         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7407                 if (i == ZONE_MOVABLE)
7408                         continue;
7409                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
7410                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
7411                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
7412                         pr_cont("empty\n");
7413                 else
7414                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
7415                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
7416                                         << PAGE_SHIFT,
7417                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
7418                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
7419         }
7420
7421         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
7422         pr_info("Movable zone start for each node\n");
7423         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
7424                 if (zone_movable_pfn[i])
7425                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
7426                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
7427         }
7428
7429         /*
7430          * Print out the early node map, and initialize the
7431          * subsection-map relative to active online memory ranges to
7432          * enable future "sub-section" extensions of the memory map.
7433          */
7434         pr_info("Early memory node ranges\n");
7435         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
7436                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
7437                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
7438                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
7439                 subsection_map_init(start_pfn, end_pfn - start_pfn);
7440         }
7441
7442         /* Initialise every node */
7443         mminit_verify_pageflags_layout();
7444         setup_nr_node_ids();
7445         init_unavailable_mem();
7446         for_each_online_node(nid) {
7447                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
7448                 free_area_init_node(nid);
7449
7450                 /* Any memory on that node */
7451                 if (pgdat->node_present_pages)
7452                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
7453                 check_for_memory(pgdat, nid);
7454         }
7455 }
7456
7457 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core,
7458                                      unsigned long *percent)
7459 {
7460         unsigned long long coremem;
7461         char *endptr;
7462
7463         if (!p)
7464                 return -EINVAL;
7465
7466         /* Value may be a percentage of total memory, otherwise bytes */
7467         coremem = simple_strtoull(p, &endptr, 0);
7468         if (*endptr == '%') {
7469                 /* Paranoid check for percent values greater than 100 */
7470                 WARN_ON(coremem > 100);
7471
7472                 *percent = coremem;
7473         } else {
7474                 coremem = memparse(p, &p);
7475                 /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
7476                 WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
7477
7478                 *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
7479                 *percent = 0UL;
7480         }
7481         return 0;
7482 }
7483
7484 /*
7485  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
7486  * cannot be reclaimed or migrated.
7487  */
7488 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
7489 {
7490         /* parse kernelcore=mirror */
7491         if (parse_option_str(p, "mirror")) {
7492                 mirrored_kernelcore = true;
7493                 return 0;
7494         }
7495
7496         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore,
7497                                   &required_kernelcore_percent);
7498 }
7499
7500 /*
7501  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
7502  * can be reclaimed or migrated.
7503  */
7504 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
7505 {
7506         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore,
7507                                   &required_movablecore_percent);
7508 }
7509
7510 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
7511 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
7512
7513 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
7514 {
7515         atomic_long_add(count, &page_zone(page)->managed_pages);
7516         totalram_pages_add(count);
7517 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
7518         if (PageHighMem(page))
7519                 totalhigh_pages_add(count);
7520 #endif
7521 }
7522 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
7523
7524 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, const char *s)
7525 {
7526         void *pos;
7527         unsigned long pages = 0;
7528
7529         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
7530         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
7531         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
7532                 struct page *page = virt_to_page(pos);
7533                 void *direct_map_addr;
7534
7535                 /*
7536                  * 'direct_map_addr' might be different from 'pos'
7537                  * because some architectures' virt_to_page()
7538                  * work with aliases.  Getting the direct map
7539                  * address ensures that we get a _writeable_
7540                  * alias for the memset().
7541                  */
7542                 direct_map_addr = page_address(page);
7543                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
7544                         memset(direct_map_addr, poison, PAGE_SIZE);
7545
7546                 free_reserved_page(page);
7547         }
7548
7549         if (pages && s)
7550                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK\n",
7551                         s, pages << (PAGE_SHIFT - 10));
7552
7553         return pages;
7554 }
7555
7556 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7557 void free_highmem_page(struct page *page)
7558 {
7559         __free_reserved_page(page);
7560         totalram_pages_inc();
7561         atomic_long_inc(&page_zone(page)->managed_pages);
7562         totalhigh_pages_inc();
7563 }
7564 #endif
7565
7566
7567 void __init mem_init_print_info(const char *str)
7568 {
7569         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
7570         unsigned long init_code_size, init_data_size;
7571
7572         physpages = get_num_physpages();
7573         codesize = _etext - _stext;
7574         datasize = _edata - _sdata;
7575         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
7576         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
7577         init_data_size = __init_end - __init_begin;
7578         init_code_size = _einittext - _sinittext;
7579
7580         /*
7581          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
7582          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
7583          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
7584          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
7585          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
7586          */
7587 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
7588         do { \
7589                 if (start <= pos && pos < end && size > adj) \
7590                         size -= adj; \
7591         } while (0)
7592
7593         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
7594                      _sinittext, init_code_size);
7595         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
7596         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
7597         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
7598         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
7599
7600 #undef  adj_init_size
7601
7602         pr_info("Memory: %luK/%luK available (%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, %luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
7603 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7604                 ", %luK highmem"
7605 #endif
7606                 "%s%s)\n",
7607                 nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
7608                 physpages << (PAGE_SHIFT - 10),
7609                 codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
7610                 (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
7611                 (physpages - totalram_pages() - totalcma_pages) << (PAGE_SHIFT - 10),
7612                 totalcma_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
7613 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7614                 totalhigh_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
7615 #endif
7616                 str ? ", " : "", str ? str : "");
7617 }
7618
7619 /**
7620  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
7621  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
7622  *
7623  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by managed_pages.
7624  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
7625  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
7626  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
7627  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
7628  * smaller per-cpu batchsize.
7629  */
7630 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
7631 {
7632         dma_reserve = new_dma_reserve;
7633 }
7634
7635 static int page_alloc_cpu_dead(unsigned int cpu)
7636 {
7637
7638         lru_add_drain_cpu(cpu);
7639         drain_pages(cpu);
7640
7641         /*
7642          * Spill the event counters of the dead processor
7643          * into the current processors event counters.
7644          * This artificially elevates the count of the current
7645          * processor.
7646          */
7647         vm_events_fold_cpu(cpu);
7648
7649         /*
7650          * Zero the differential counters of the dead processor
7651          * so that the vm statistics are consistent.
7652          *
7653          * This is only okay since the processor is dead and cannot
7654          * race with what we are doing.
7655          */
7656         cpu_vm_stats_fold(cpu);
7657         return 0;
7658 }
7659
7660 #ifdef CONFIG_NUMA
7661 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
7662
7663 static int __init set_hashdist(char *str)
7664 {
7665         if (!str)
7666                 return 0;
7667         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
7668         return 1;
7669 }
7670 __setup("hashdist=", set_hashdist);
7671 #endif
7672
7673 void __init page_alloc_init(void)
7674 {
7675         int ret;
7676
7677 #ifdef CONFIG_NUMA
7678         if (num_node_state(N_MEMORY) == 1)
7679                 hashdist = 0;
7680 #endif
7681
7682         ret = cpuhp_setup_state_nocalls(CPUHP_PAGE_ALLOC_DEAD,
7683                                         "mm/page_alloc:dead", NULL,
7684                                         page_alloc_cpu_dead);
7685         WARN_ON(ret < 0);
7686 }
7687
7688 /*
7689  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
7690  *      or min_free_kbytes changes.
7691  */
7692 static void calculate_totalreserve_pages(void)
7693 {
7694         struct pglist_data *pgdat;
7695         unsigned long reserve_pages = 0;
7696         enum zone_type i, j;
7697
7698         for_each_online_pgdat(pgdat) {
7699
7700                 pgdat->totalreserve_pages = 0;
7701
7702                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7703                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
7704                         long max = 0;
7705                         unsigned long managed_pages = zone_managed_pages(zone);
7706
7707                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
7708                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
7709                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
7710                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
7711                         }
7712
7713                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
7714                         max += high_wmark_pages(zone);
7715
7716                         if (max > managed_pages)
7717                                 max = managed_pages;
7718
7719                         pgdat->totalreserve_pages += max;
7720
7721                         reserve_pages += max;
7722                 }
7723         }
7724         totalreserve_pages = reserve_pages;
7725 }
7726
7727 /*
7728  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
7729  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
7730  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
7731  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
7732  */
7733 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
7734 {
7735         struct pglist_data *pgdat;
7736         enum zone_type j, idx;
7737
7738         for_each_online_pgdat(pgdat) {
7739                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
7740                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
7741                         unsigned long managed_pages = zone_managed_pages(zone);
7742
7743                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
7744
7745                         idx = j;
7746                         while (idx) {
7747                                 struct zone *lower_zone;
7748
7749                                 idx--;
7750                                 lower_zone = pgdat->node_zones + idx;
7751
7752                                 if (!sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] ||
7753                                     !zone_managed_pages(lower_zone)) {
7754                                         lower_zone->lowmem_reserve[j] = 0;
7755                                         continue;
7756                                 } else {
7757                                         lower_zone->lowmem_reserve[j] =
7758                                                 managed_pages / sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx];
7759                                 }
7760                                 managed_pages += zone_managed_pages(lower_zone);
7761                         }
7762                 }
7763         }
7764
7765         /* update totalreserve_pages */
7766         calculate_totalreserve_pages();
7767 }
7768
7769 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
7770 {
7771         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
7772         unsigned long lowmem_pages = 0;
7773         struct zone *zone;
7774         unsigned long flags;
7775
7776         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
7777         for_each_zone(zone) {
7778                 if (!is_highmem(zone))
7779                         lowmem_pages += zone_managed_pages(zone);
7780         }
7781
7782         for_each_zone(zone) {
7783                 u64 tmp;
7784
7785                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7786                 tmp = (u64)pages_min * zone_managed_pages(zone);
7787                 do_div(tmp, lowmem_pages);
7788                 if (is_highmem(zone)) {
7789                         /*
7790                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
7791                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
7792                          * value here.
7793                          *
7794                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
7795                          * deltas control async page reclaim, and so should
7796                          * not be capped for highmem.
7797                          */
7798                         unsigned long min_pages;
7799
7800                         min_pages = zone_managed_pages(zone) / 1024;
7801                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
7802                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
7803                 } else {
7804                         /*
7805                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
7806                          * proportionate to the zone's size.
7807                          */
7808                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = tmp;
7809                 }
7810
7811                 /*
7812                  * Set the kswapd watermarks distance according to the
7813                  * scale factor in proportion to available memory, but
7814                  * ensure a minimum size on small systems.
7815                  */
7816                 tmp = max_t(u64, tmp >> 2,
7817                             mult_frac(zone_managed_pages(zone),
7818                                       watermark_scale_factor, 10000));
7819
7820                 zone->watermark_boost = 0;
7821                 zone->_watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + tmp;
7822                 zone->_watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) + tmp * 2;
7823
7824                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7825         }
7826
7827         /* update totalreserve_pages */
7828         calculate_totalreserve_pages();
7829 }
7830
7831 /**
7832  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
7833  * or when memory is hot-{added|removed}
7834  *
7835  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
7836  * correctly with respect to min_free_kbytes.
7837  */
7838 void setup_per_zone_wmarks(void)
7839 {
7840         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
7841
7842         spin_lock(&lock);
7843         __setup_per_zone_wmarks();
7844         spin_unlock(&lock);
7845 }
7846
7847 /*
7848  * Initialise min_free_kbytes.
7849  *
7850  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
7851  * we want it large (64MB max).  But it is not linear, because network
7852  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
7853  *
7854  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
7855  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
7856  *
7857  * which yields
7858  *
7859  * 16MB:        512k
7860  * 32MB:        724k
7861  * 64MB:        1024k
7862  * 128MB:       1448k
7863  * 256MB:       2048k
7864  * 512MB:       2896k
7865  * 1024MB:      4096k
7866  * 2048MB:      5792k
7867  * 4096MB:      8192k
7868  * 8192MB:      11584k
7869  * 16384MB:     16384k
7870  */
7871 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
7872 {
7873         unsigned long lowmem_kbytes;
7874         int new_min_free_kbytes;
7875
7876         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
7877         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
7878
7879         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes) {
7880                 min_free_kbytes = new_min_free_kbytes;
7881                 if (min_free_kbytes < 128)
7882                         min_free_kbytes = 128;
7883                 if (min_free_kbytes > 262144)
7884                         min_free_kbytes = 262144;
7885         } else {
7886                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
7887                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
7888         }
7889         setup_per_zone_wmarks();
7890         refresh_zone_stat_thresholds();
7891         setup_per_zone_lowmem_reserve();
7892
7893 #ifdef CONFIG_NUMA
7894         setup_min_unmapped_ratio();
7895         setup_min_slab_ratio();
7896 #endif
7897
7898         return 0;
7899 }
7900 core_initcall(init_per_zone_wmark_min)
7901
7902 /*
7903  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
7904  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
7905  *      changes.
7906  */
7907 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7908         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7909 {
7910         int rc;
7911
7912         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7913         if (rc)
7914                 return rc;
7915
7916         if (write) {
7917                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
7918                 setup_per_zone_wmarks();
7919         }
7920         return 0;
7921 }
7922
7923 int watermark_boost_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7924         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7925 {
7926         int rc;
7927
7928         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7929         if (rc)
7930                 return rc;
7931
7932         return 0;
7933 }
7934
7935 int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7936         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7937 {
7938         int rc;
7939
7940         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7941         if (rc)
7942                 return rc;
7943
7944         if (write)
7945                 setup_per_zone_wmarks();
7946
7947         return 0;
7948 }
7949
7950 #ifdef CONFIG_NUMA
7951 static void setup_min_unmapped_ratio(void)
7952 {
7953         pg_data_t *pgdat;
7954         struct zone *zone;
7955
7956         for_each_online_pgdat(pgdat)
7957                 pgdat->min_unmapped_pages = 0;
7958
7959         for_each_zone(zone)
7960                 zone->zone_pgdat->min_unmapped_pages += (zone_managed_pages(zone) *
7961                                                          sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
7962 }
7963
7964
7965 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7966         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7967 {
7968         int rc;
7969
7970         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7971         if (rc)
7972                 return rc;
7973
7974         setup_min_unmapped_ratio();
7975
7976         return 0;
7977 }
7978
7979 static void setup_min_slab_ratio(void)
7980 {
7981         pg_data_t *pgdat;
7982         struct zone *zone;
7983
7984         for_each_online_pgdat(pgdat)
7985                 pgdat->min_slab_pages = 0;
7986
7987         for_each_zone(zone)
7988                 zone->zone_pgdat->min_slab_pages += (zone_managed_pages(zone) *
7989                                                      sysctl_min_slab_ratio) / 100;
7990 }
7991
7992 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7993         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7994 {
7995         int rc;
7996
7997         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7998         if (rc)
7999                 return rc;
8000
8001         setup_min_slab_ratio();
8002
8003         return 0;
8004 }
8005 #endif
8006
8007 /*
8008  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
8009  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
8010  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
8011  *
8012  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
8013  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
8014  * if in function of the boot time zone sizes.
8015  */
8016 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8017         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8018 {
8019         int i;
8020
8021         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8022
8023         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
8024                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[i] < 1)
8025                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[i] = 0;
8026         }
8027
8028         setup_per_zone_lowmem_reserve();
8029         return 0;
8030 }
8031
8032 static void __zone_pcp_update(struct zone *zone)
8033 {
8034         unsigned int cpu;
8035
8036         for_each_possible_cpu(cpu)
8037                 pageset_set_high_and_batch(zone,
8038                                 per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
8039 }
8040
8041 /*
8042  * percpu_pagelist_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
8043  * cpu.  It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
8044  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
8045  */
8046 int percpu_pagelist_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8047         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8048 {
8049         struct zone *zone;
8050         int old_percpu_pagelist_fraction;
8051         int ret;
8052
8053         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
8054         old_percpu_pagelist_fraction = percpu_pagelist_fraction;
8055
8056         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8057         if (!write || ret < 0)
8058                 goto out;
8059
8060         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
8061         if (percpu_pagelist_fraction &&
8062             percpu_pagelist_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION) {
8063                 percpu_pagelist_fraction = old_percpu_pagelist_fraction;
8064                 ret = -EINVAL;
8065                 goto out;
8066         }
8067
8068         /* No change? */
8069         if (percpu_pagelist_fraction == old_percpu_pagelist_fraction)
8070                 goto out;
8071
8072         for_each_populated_zone(zone)
8073                 __zone_pcp_update(zone);
8074 out:
8075         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
8076         return ret;
8077 }
8078
8079 #ifndef __HAVE_ARCH_RESERVED_KERNEL_PAGES
8080 /*
8081  * Returns the number of pages that arch has reserved but
8082  * is not known to alloc_large_system_hash().
8083  */
8084 static unsigned long __init arch_reserved_kernel_pages(void)
8085 {
8086         return 0;
8087 }
8088 #endif
8089
8090 /*
8091  * Adaptive scale is meant to reduce sizes of hash tables on large memory
8092  * machines. As memory size is increased the scale is also increased but at
8093  * slower pace.  Starting from ADAPT_SCALE_BASE (64G), every time memory
8094  * quadruples the scale is increased by one, which means the size of hash table
8095  * only doubles, instead of quadrupling as well.
8096  * Because 32-bit systems cannot have large physical memory, where this scaling
8097  * makes sense, it is disabled on such platforms.
8098  */
8099 #if __BITS_PER_LONG > 32
8100 #define ADAPT_SCALE_BASE        (64ul << 30)
8101 #define ADAPT_SCALE_SHIFT       2
8102 #define ADAPT_SCALE_NPAGES      (ADAPT_SCALE_BASE >> PAGE_SHIFT)
8103 #endif
8104
8105 /*
8106  * allocate a large system hash table from bootmem
8107  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
8108  *   quantity of entries
8109  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
8110  */
8111 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
8112                                      unsigned long bucketsize,
8113                                      unsigned long numentries,
8114                                      int scale,
8115                                      int flags,
8116                                      unsigned int *_hash_shift,
8117                                      unsigned int *_hash_mask,
8118                                      unsigned long low_limit,
8119                                      unsigned long high_limit)
8120 {
8121         unsigned long long max = high_limit;
8122         unsigned long log2qty, size;
8123         void *table = NULL;
8124         gfp_t gfp_flags;
8125         bool virt;
8126
8127         /* allow the kernel cmdline to have a say */
8128         if (!numentries) {
8129                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
8130                 numentries = nr_kernel_pages;
8131                 numentries -= arch_reserved_kernel_pages();
8132
8133                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
8134                 if (PAGE_SHIFT < 20)
8135                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
8136
8137 #if __BITS_PER_LONG > 32
8138                 if (!high_limit) {
8139                         unsigned long adapt;
8140
8141                         for (adapt = ADAPT_SCALE_NPAGES; adapt < numentries;
8142                              adapt <<= ADAPT_SCALE_SHIFT)
8143                                 scale++;
8144                 }
8145 #endif
8146
8147                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
8148                 if (scale > PAGE_SHIFT)
8149                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
8150                 else
8151                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
8152
8153                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
8154                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
8155                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
8156                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
8157                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
8158                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
8159                                 BUG_ON(!numentries);
8160                         }
8161                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
8162                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
8163         }
8164         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
8165
8166         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
8167         if (max == 0) {
8168                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
8169                 do_div(max, bucketsize);
8170         }
8171         max = min(max, 0x80000000ULL);
8172
8173         if (numentries < low_limit)
8174                 numentries = low_limit;
8175         if (numentries > max)
8176                 numentries = max;
8177
8178         log2qty = ilog2(numentries);
8179
8180         gfp_flags = (flags & HASH_ZERO) ? GFP_ATOMIC | __GFP_ZERO : GFP_ATOMIC;
8181         do {
8182                 virt = false;
8183                 size = bucketsize << log2qty;
8184                 if (flags & HASH_EARLY) {
8185                         if (flags & HASH_ZERO)
8186                                 table = memblock_alloc(size, SMP_CACHE_BYTES);
8187                         else
8188                                 table = memblock_alloc_raw(size,
8189                                                            SMP_CACHE_BYTES);
8190                 } else if (get_order(size) >= MAX_ORDER || hashdist) {
8191                         table = __vmalloc(size, gfp_flags);
8192                         virt = true;
8193                 } else {
8194                         /*
8195                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
8196                          * some pages at the end of hash table which
8197                          * alloc_pages_exact() automatically does
8198                          */
8199                         table = alloc_pages_exact(size, gfp_flags);
8200                         kmemleak_alloc(table, size, 1, gfp_flags);
8201                 }
8202         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
8203
8204         if (!table)
8205                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
8206
8207         pr_info("%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes, %s)\n",
8208                 tablename, 1UL << log2qty, ilog2(size) - PAGE_SHIFT, size,
8209                 virt ? "vmalloc" : "linear");
8210
8211         if (_hash_shift)
8212                 *_hash_shift = log2qty;
8213         if (_hash_mask)
8214                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
8215
8216         return table;
8217 }
8218
8219 /*
8220  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
8221  *
8222  * PageLRU check without isolation or lru_lock could race so that
8223  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. And __PageMovable
8224  * check without lock_page also may miss some movable non-lru pages at
8225  * race condition. So you can't expect this function should be exact.
8226  *
8227  * Returns a page without holding a reference. If the caller wants to
8228  * dereference that page (e.g., dumping), it has to make sure that that it
8229  * cannot get removed (e.g., via memory unplug) concurrently.
8230  *
8231  */
8232 struct page *has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page,
8233                                  int migratetype, int flags)
8234 {
8235         unsigned long iter = 0;
8236         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8237
8238         /*
8239          * TODO we could make this much more efficient by not checking every
8240          * page in the range if we know all of them are in MOVABLE_ZONE and
8241          * that the movable zone guarantees that pages are migratable but
8242          * the later is not the case right now unfortunatelly. E.g. movablecore
8243          * can still lead to having bootmem allocations in zone_movable.
8244          */
8245
8246         if (is_migrate_cma_page(page)) {
8247                 /*
8248                  * CMA allocations (alloc_contig_range) really need to mark
8249                  * isolate CMA pageblocks even when they are not movable in fact
8250                  * so consider them movable here.
8251                  */
8252                 if (is_migrate_cma(migratetype))
8253                         return NULL;
8254
8255                 return page;
8256         }
8257
8258         for (; iter < pageblock_nr_pages; iter++) {
8259                 if (!pfn_valid_within(pfn + iter))
8260                         continue;
8261
8262                 page = pfn_to_page(pfn + iter);
8263
8264                 if (PageReserved(page))
8265                         return page;
8266
8267                 /*
8268                  * If the zone is movable and we have ruled out all reserved
8269                  * pages then it should be reasonably safe to assume the rest
8270                  * is movable.
8271                  */
8272                 if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
8273                         continue;
8274
8275                 /*
8276                  * Hugepages are not in LRU lists, but they're movable.
8277                  * THPs are on the LRU, but need to be counted as #small pages.
8278                  * We need not scan over tail pages because we don't
8279                  * handle each tail page individually in migration.
8280                  */
8281                 if (PageHuge(page) || PageTransCompound(page)) {
8282                         struct page *head = compound_head(page);
8283                         unsigned int skip_pages;
8284
8285                         if (PageHuge(page)) {
8286                                 if (!hugepage_migration_supported(page_hstate(head)))
8287                                         return page;
8288                         } else if (!PageLRU(head) && !__PageMovable(head)) {
8289                                 return page;
8290                         }
8291
8292                         skip_pages = compound_nr(head) - (page - head);
8293                         iter += skip_pages - 1;
8294                         continue;
8295                 }
8296
8297                 /*
8298                  * We can't use page_count without pin a page
8299                  * because another CPU can free compound page.
8300                  * This check already skips compound tails of THP
8301                  * because their page->_refcount is zero at all time.
8302                  */
8303                 if (!page_ref_count(page)) {
8304                         if (PageBuddy(page))
8305                                 iter += (1 << page_order(page)) - 1;
8306                         continue;
8307                 }
8308
8309                 /*
8310                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
8311                  * page_count() is not 0.
8312                  */
8313                 if ((flags & MEMORY_OFFLINE) && PageHWPoison(page))
8314                         continue;
8315
8316                 if (__PageMovable(page) || PageLRU(page))
8317                         continue;
8318
8319                 /*
8320                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check
8321                  * it.  But now, memory offline itself doesn't call
8322                  * shrink_node_slabs() and it still to be fixed.
8323                  */
8324                 /*
8325                  * If the page is not RAM, page_count()should be 0.
8326                  * we don't need more check. This is an _used_ not-movable page.
8327                  *
8328                  * The problematic thing here is PG_reserved pages. PG_reserved
8329                  * is set to both of a memory hole page and a _used_ kernel
8330                  * page at boot.
8331                  */
8332                 return page;
8333         }
8334         return NULL;
8335 }
8336
8337 #ifdef CONFIG_CONTIG_ALLOC
8338 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
8339 {
8340         return pfn & ~(max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
8341                              pageblock_nr_pages) - 1);
8342 }
8343
8344 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
8345 {
8346         return ALIGN(pfn, max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
8347                                 pageblock_nr_pages));
8348 }
8349
8350 /* [start, end) must belong to a single zone. */
8351 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
8352                                         unsigned long start, unsigned long end)
8353 {
8354         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
8355         unsigned long nr_reclaimed;
8356         unsigned long pfn = start;
8357         unsigned int tries = 0;
8358         int ret = 0;
8359
8360         migrate_prep();
8361
8362         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
8363                 if (fatal_signal_pending(current)) {
8364                         ret = -EINTR;
8365                         break;
8366                 }
8367
8368                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
8369                         cc->nr_migratepages = 0;
8370                         pfn = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
8371                         if (!pfn) {
8372                                 ret = -EINTR;
8373                                 break;
8374                         }
8375                         tries = 0;
8376                 } else if (++tries == 5) {
8377                         ret = ret < 0 ? ret : -EBUSY;
8378                         break;
8379                 }
8380
8381                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
8382                                                         &cc->migratepages);
8383                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
8384
8385                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migrate_target,
8386                                     NULL, 0, cc->mode, MR_CONTIG_RANGE);
8387         }
8388         if (ret < 0) {
8389                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
8390                 return ret;
8391         }
8392         return 0;
8393 }
8394
8395 /**
8396  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
8397  * @start:      start PFN to allocate
8398  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
8399  * @migratetype:        migratetype of the underlaying pageblocks (either
8400  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
8401  *                      in range must have the same migratetype and it must
8402  *                      be either of the two.
8403  * @gfp_mask:   GFP mask to use during compaction
8404  *
8405  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
8406  * aligned.  The PFN range must belong to a single zone.
8407  *
8408  * The first thing this routine does is attempt to MIGRATE_ISOLATE all
8409  * pageblocks in the range.  Once isolated, the pageblocks should not
8410  * be modified by others.
8411  *
8412  * Return: zero on success or negative error code.  On success all
8413  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
8414  * need to be freed with free_contig_range().
8415  */
8416 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
8417                        unsigned migratetype, gfp_t gfp_mask)
8418 {
8419         unsigned long outer_start, outer_end;
8420         unsigned int order;
8421         int ret = 0;
8422
8423         struct compact_control cc = {
8424                 .nr_migratepages = 0,
8425                 .order = -1,
8426                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
8427                 .mode = MIGRATE_SYNC,
8428                 .ignore_skip_hint = true,
8429                 .no_set_skip_hint = true,
8430                 .gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask),
8431                 .alloc_contig = true,
8432         };
8433         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
8434
8435         /*
8436          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
8437          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
8438          * have different sizes, and due to the way page allocator
8439          * work, we align the range to biggest of the two pages so
8440          * that page allocator won't try to merge buddies from
8441          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
8442          * other migration type.
8443          *
8444          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
8445          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
8446          * we are interested in).  This will put all the pages in
8447          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
8448          *
8449          * When this is done, we take the pages in range from page
8450          * allocator removing them from the buddy system.  This way
8451          * page allocator will never consider using them.
8452          *
8453          * This lets us mark the pageblocks back as
8454          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
8455          * aligned range but not in the unaligned, original range are
8456          * put back to page allocator so that buddy can use them.
8457          */
8458
8459         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
8460                                        pfn_max_align_up(end), migratetype, 0);
8461         if (ret < 0)
8462                 return ret;
8463
8464         /*
8465          * In case of -EBUSY, we'd like to know which page causes problem.
8466          * So, just fall through. test_pages_isolated() has a tracepoint
8467          * which will report the busy page.
8468          *
8469          * It is possible that busy pages could become available before
8470          * the call to test_pages_isolated, and the range will actually be
8471          * allocated.  So, if we fall through be sure to clear ret so that
8472          * -EBUSY is not accidentally used or returned to caller.
8473          */
8474         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
8475         if (ret && ret != -EBUSY)
8476                 goto done;
8477         ret =0;
8478
8479         /*
8480          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
8481          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
8482          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
8483          * What we are going to do is to allocate all pages from
8484          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
8485          *
8486          * The only problem is that pages at the beginning and at the
8487          * end of interesting range may be not aligned with pages that
8488          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
8489          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
8490          * once this is done free the pages we are not interested in.
8491          *
8492          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
8493          * isolated thus they won't get removed from buddy.
8494          */
8495
8496         lru_add_drain_all();
8497
8498         order = 0;
8499         outer_start = start;
8500         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
8501                 if (++order >= MAX_ORDER) {
8502                         outer_start = start;
8503                         break;
8504                 }
8505                 outer_start &= ~0UL << order;
8506         }
8507
8508         if (outer_start != start) {
8509                 order = page_order(pfn_to_page(outer_start));
8510
8511                 /*
8512                  * outer_start page could be small order buddy page and
8513                  * it doesn't include start page. Adjust outer_start
8514                  * in this case to report failed page properly
8515                  * on tracepoint in test_pages_isolated()
8516                  */
8517                 if (outer_start + (1UL << order) <= start)
8518                         outer_start = start;
8519         }
8520
8521         /* Make sure the range is really isolated. */
8522         if (test_pages_isolated(outer_start, end, 0)) {
8523                 pr_info_ratelimited("%s: [%lx, %lx) PFNs busy\n",
8524                         __func__, outer_start, end);
8525                 ret = -EBUSY;
8526                 goto done;
8527         }
8528
8529         /* Grab isolated pages from freelists. */
8530         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
8531         if (!outer_end) {
8532                 ret = -EBUSY;
8533                 goto done;
8534         }
8535
8536         /* Free head and tail (if any) */
8537         if (start != outer_start)
8538                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
8539         if (end != outer_end)
8540                 free_contig_range(end, outer_end - end);
8541
8542 done:
8543         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
8544                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
8545         return ret;
8546 }
8547
8548 static int __alloc_contig_pages(unsigned long start_pfn,
8549                                 unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask)
8550 {
8551         unsigned long end_pfn = start_pfn + nr_pages;
8552
8553         return alloc_contig_range(start_pfn, end_pfn, MIGRATE_MOVABLE,
8554                                   gfp_mask);
8555 }
8556
8557 static bool pfn_range_valid_contig(struct zone *z, unsigned long start_pfn,
8558                                    unsigned long nr_pages)
8559 {
8560         unsigned long i, end_pfn = start_pfn + nr_pages;
8561         struct page *page;
8562
8563         for (i = start_pfn; i < end_pfn; i++) {
8564                 page = pfn_to_online_page(i);
8565                 if (!page)
8566                         return false;
8567
8568                 if (page_zone(page) != z)
8569                         return false;
8570
8571                 if (PageReserved(page))
8572                         return false;
8573
8574                 if (page_count(page) > 0)
8575                         return false;
8576
8577                 if (PageHuge(page))
8578                         return false;
8579         }
8580         return true;
8581 }
8582
8583 static bool zone_spans_last_pfn(const struct zone *zone,
8584                                 unsigned long start_pfn, unsigned long nr_pages)
8585 {
8586         unsigned long last_pfn = start_pfn + nr_pages - 1;
8587
8588         return zone_spans_pfn(zone, last_pfn);
8589 }
8590
8591 /**
8592  * alloc_contig_pages() -- tries to find and allocate contiguous range of pages
8593  * @nr_pages:   Number of contiguous pages to allocate
8594  * @gfp_mask:   GFP mask to limit search and used during compaction
8595  * @nid:        Target node
8596  * @nodemask:   Mask for other possible nodes
8597  *
8598  * This routine is a wrapper around alloc_contig_range(). It scans over zones
8599  * on an applicable zonelist to find a contiguous pfn range which can then be
8600  * tried for allocation with alloc_contig_range(). This routine is intended
8601  * for allocation requests which can not be fulfilled with the buddy allocator.
8602  *
8603  * The allocated memory is always aligned to a page boundary. If nr_pages is a
8604  * power of two then the alignment is guaranteed to be to the given nr_pages
8605  * (e.g. 1GB request would be aligned to 1GB).
8606  *
8607  * Allocated pages can be freed with free_contig_range() or by manually calling
8608  * __free_page() on each allocated page.
8609  *
8610  * Return: pointer to contiguous pages on success, or NULL if not successful.
8611  */
8612 struct page *alloc_contig_pages(unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask,
8613                                 int nid, nodemask_t *nodemask)
8614 {
8615         unsigned long ret, pfn, flags;
8616         struct zonelist *zonelist;
8617         struct zone *zone;
8618         struct zoneref *z;
8619
8620         zonelist = node_zonelist(nid, gfp_mask);
8621         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
8622                                         gfp_zone(gfp_mask), nodemask) {
8623                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8624
8625                 pfn = ALIGN(zone->zone_start_pfn, nr_pages);
8626                 while (zone_spans_last_pfn(zone, pfn, nr_pages)) {
8627                         if (pfn_range_valid_contig(zone, pfn, nr_pages)) {
8628                                 /*
8629                                  * We release the zone lock here because
8630                                  * alloc_contig_range() will also lock the zone
8631                                  * at some point. If there's an allocation
8632                                  * spinning on this lock, it may win the race
8633                                  * and cause alloc_contig_range() to fail...
8634                                  */
8635                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8636                                 ret = __alloc_contig_pages(pfn, nr_pages,
8637                                                         gfp_mask);
8638                                 if (!ret)
8639                                         return pfn_to_page(pfn);
8640                                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8641                         }
8642                         pfn += nr_pages;
8643                 }
8644                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8645         }
8646         return NULL;
8647 }
8648 #endif /* CONFIG_CONTIG_ALLOC */
8649
8650 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned int nr_pages)
8651 {
8652         unsigned int count = 0;
8653
8654         for (; nr_pages--; pfn++) {
8655                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
8656
8657                 count += page_count(page) != 1;
8658                 __free_page(page);
8659         }
8660         WARN(count != 0, "%d pages are still in use!\n", count);
8661 }
8662
8663 /*
8664  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
8665  * page high values need to be recalulated.
8666  */
8667 void __meminit zone_pcp_update(struct zone *zone)
8668 {
8669         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
8670         __zone_pcp_update(zone);
8671         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
8672 }
8673
8674 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
8675 {
8676         unsigned long flags;
8677         int cpu;
8678         struct per_cpu_pageset *pset;
8679
8680         /* avoid races with drain_pages()  */
8681         local_irq_save(flags);
8682         if (zone->pageset != &boot_pageset) {
8683                 for_each_online_cpu(cpu) {
8684                         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
8685                         drain_zonestat(zone, pset);
8686                 }
8687                 free_percpu(zone->pageset);
8688                 zone->pageset = &boot_pageset;
8689         }
8690         local_irq_restore(flags);
8691 }
8692
8693 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
8694 /*
8695  * All pages in the range must be in a single zone and isolated
8696  * before calling this.
8697  */
8698 unsigned long
8699 __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
8700 {
8701         struct page *page;
8702         struct zone *zone;
8703         unsigned int order;
8704         unsigned long pfn;
8705         unsigned long flags;
8706         unsigned long offlined_pages = 0;
8707
8708         /* find the first valid pfn */
8709         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++)
8710                 if (pfn_valid(pfn))
8711                         break;
8712         if (pfn == end_pfn)
8713                 return offlined_pages;
8714
8715         offline_mem_sections(pfn, end_pfn);
8716         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
8717         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8718         pfn = start_pfn;
8719         while (pfn < end_pfn) {
8720                 if (!pfn_valid(pfn)) {
8721                         pfn++;
8722                         continue;
8723                 }
8724                 page = pfn_to_page(pfn);
8725                 /*
8726                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
8727                  * page_count() is not 0.
8728                  */
8729                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
8730                         pfn++;
8731                         offlined_pages++;
8732                         continue;
8733                 }
8734
8735                 BUG_ON(page_count(page));
8736                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
8737                 order = page_order(page);
8738                 offlined_pages += 1 << order;
8739                 del_page_from_free_list(page, zone, order);
8740                 pfn += (1 << order);
8741         }
8742         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8743
8744         return offlined_pages;
8745 }
8746 #endif
8747
8748 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
8749 {
8750         struct zone *zone = page_zone(page);
8751         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8752         unsigned long flags;
8753         unsigned int order;
8754
8755         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8756         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
8757                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
8758
8759                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order)
8760                         break;
8761         }
8762         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8763
8764         return order < MAX_ORDER;
8765 }
8766
8767 #ifdef CONFIG_MEMORY_FAILURE
8768 /*
8769  * Set PG_hwpoison flag if a given page is confirmed to be a free page.  This
8770  * test is performed under the zone lock to prevent a race against page
8771  * allocation.
8772  */
8773 bool set_hwpoison_free_buddy_page(struct page *page)
8774 {
8775         struct zone *zone = page_zone(page);
8776         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8777         unsigned long flags;
8778         unsigned int order;
8779         bool hwpoisoned = false;
8780
8781         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8782         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
8783                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
8784
8785                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order) {
8786                         if (!TestSetPageHWPoison(page))
8787                                 hwpoisoned = true;
8788                         break;
8789                 }
8790         }
8791         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8792
8793         return hwpoisoned;
8794 }
8795 #endif