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