Merge tag 'f2fs-for-5.3' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/jaegeuk...
[linux-2.6-block.git] / mm / page_alloc.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
2 /*
3  *  linux/mm/page_alloc.c
4  *
5  *  Manages the free list, the system allocates free pages here.
6  *  Note that kmalloc() lives in slab.c
7  *
8  *  Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
9  *  Swap reorganised 29.12.95, Stephen Tweedie
10  *  Support of BIGMEM added by Gerhard Wichert, Siemens AG, July 1999
11  *  Reshaped it to be a zoned allocator, Ingo Molnar, Red Hat, 1999
12  *  Discontiguous memory support, Kanoj Sarcar, SGI, Nov 1999
13  *  Zone balancing, Kanoj Sarcar, SGI, Jan 2000
14  *  Per cpu hot/cold page lists, bulk allocation, Martin J. Bligh, Sept 2002
15  *          (lots of bits borrowed from Ingo Molnar & Andrew Morton)
16  */
17
18 #include <linux/stddef.h>
19 #include <linux/mm.h>
20 #include <linux/highmem.h>
21 #include <linux/swap.h>
22 #include <linux/interrupt.h>
23 #include <linux/pagemap.h>
24 #include <linux/jiffies.h>
25 #include <linux/memblock.h>
26 #include <linux/compiler.h>
27 #include <linux/kernel.h>
28 #include <linux/kasan.h>
29 #include <linux/module.h>
30 #include <linux/suspend.h>
31 #include <linux/pagevec.h>
32 #include <linux/blkdev.h>
33 #include <linux/slab.h>
34 #include <linux/ratelimit.h>
35 #include <linux/oom.h>
36 #include <linux/topology.h>
37 #include <linux/sysctl.h>
38 #include <linux/cpu.h>
39 #include <linux/cpuset.h>
40 #include <linux/memory_hotplug.h>
41 #include <linux/nodemask.h>
42 #include <linux/vmalloc.h>
43 #include <linux/vmstat.h>
44 #include <linux/mempolicy.h>
45 #include <linux/memremap.h>
46 #include <linux/stop_machine.h>
47 #include <linux/random.h>
48 #include <linux/sort.h>
49 #include <linux/pfn.h>
50 #include <linux/backing-dev.h>
51 #include <linux/fault-inject.h>
52 #include <linux/page-isolation.h>
53 #include <linux/debugobjects.h>
54 #include <linux/kmemleak.h>
55 #include <linux/compaction.h>
56 #include <trace/events/kmem.h>
57 #include <trace/events/oom.h>
58 #include <linux/prefetch.h>
59 #include <linux/mm_inline.h>
60 #include <linux/migrate.h>
61 #include <linux/hugetlb.h>
62 #include <linux/sched/rt.h>
63 #include <linux/sched/mm.h>
64 #include <linux/page_owner.h>
65 #include <linux/kthread.h>
66 #include <linux/memcontrol.h>
67 #include <linux/ftrace.h>
68 #include <linux/lockdep.h>
69 #include <linux/nmi.h>
70 #include <linux/psi.h>
71
72 #include <asm/sections.h>
73 #include <asm/tlbflush.h>
74 #include <asm/div64.h>
75 #include "internal.h"
76 #include "shuffle.h"
77
78 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
79 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
80 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION    (8)
81
82 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
83 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
84 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
85 #endif
86
87 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(vm_numa_stat_key);
88
89 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
90 /*
91  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
92  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
93  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
94  * defined in <linux/topology.h>.
95  */
96 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
97 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
98 int _node_numa_mem_[MAX_NUMNODES];
99 #endif
100
101 /* work_structs for global per-cpu drains */
102 struct pcpu_drain {
103         struct zone *zone;
104         struct work_struct work;
105 };
106 DEFINE_MUTEX(pcpu_drain_mutex);
107 DEFINE_PER_CPU(struct pcpu_drain, pcpu_drain);
108
109 #ifdef CONFIG_GCC_PLUGIN_LATENT_ENTROPY
110 volatile unsigned long latent_entropy __latent_entropy;
111 EXPORT_SYMBOL(latent_entropy);
112 #endif
113
114 /*
115  * Array of node states.
116  */
117 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
118         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
119         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
120 #ifndef CONFIG_NUMA
121         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
122 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
123         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
124 #endif
125         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
126         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
127 #endif  /* NUMA */
128 };
129 EXPORT_SYMBOL(node_states);
130
131 atomic_long_t _totalram_pages __read_mostly;
132 EXPORT_SYMBOL(_totalram_pages);
133 unsigned long totalreserve_pages __read_mostly;
134 unsigned long totalcma_pages __read_mostly;
135
136 int percpu_pagelist_fraction;
137 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
138 #ifdef CONFIG_INIT_ON_ALLOC_DEFAULT_ON
139 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(init_on_alloc);
140 #else
141 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(init_on_alloc);
142 #endif
143 EXPORT_SYMBOL(init_on_alloc);
144
145 #ifdef CONFIG_INIT_ON_FREE_DEFAULT_ON
146 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(init_on_free);
147 #else
148 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(init_on_free);
149 #endif
150 EXPORT_SYMBOL(init_on_free);
151
152 static int __init early_init_on_alloc(char *buf)
153 {
154         int ret;
155         bool bool_result;
156
157         if (!buf)
158                 return -EINVAL;
159         ret = kstrtobool(buf, &bool_result);
160         if (bool_result && page_poisoning_enabled())
161                 pr_info("mem auto-init: CONFIG_PAGE_POISONING is on, will take precedence over init_on_alloc\n");
162         if (bool_result)
163                 static_branch_enable(&init_on_alloc);
164         else
165                 static_branch_disable(&init_on_alloc);
166         return ret;
167 }
168 early_param("init_on_alloc", early_init_on_alloc);
169
170 static int __init early_init_on_free(char *buf)
171 {
172         int ret;
173         bool bool_result;
174
175         if (!buf)
176                 return -EINVAL;
177         ret = kstrtobool(buf, &bool_result);
178         if (bool_result && page_poisoning_enabled())
179                 pr_info("mem auto-init: CONFIG_PAGE_POISONING is on, will take precedence over init_on_free\n");
180         if (bool_result)
181                 static_branch_enable(&init_on_free);
182         else
183                 static_branch_disable(&init_on_free);
184         return ret;
185 }
186 early_param("init_on_free", early_init_on_free);
187
188 /*
189  * A cached value of the page's pageblock's migratetype, used when the page is
190  * put on a pcplist. Used to avoid the pageblock migratetype lookup when
191  * freeing from pcplists in most cases, at the cost of possibly becoming stale.
192  * Also the migratetype set in the page does not necessarily match the pcplist
193  * index, e.g. page might have MIGRATE_CMA set but be on a pcplist with any
194  * other index - this ensures that it will be put on the correct CMA freelist.
195  */
196 static inline int get_pcppage_migratetype(struct page *page)
197 {
198         return page->index;
199 }
200
201 static inline void set_pcppage_migratetype(struct page *page, int migratetype)
202 {
203         page->index = migratetype;
204 }
205
206 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
207 /*
208  * The following functions are used by the suspend/hibernate code to temporarily
209  * change gfp_allowed_mask in order to avoid using I/O during memory allocations
210  * while devices are suspended.  To avoid races with the suspend/hibernate code,
211  * they should always be called with system_transition_mutex held
212  * (gfp_allowed_mask also should only be modified with system_transition_mutex
213  * held, unless the suspend/hibernate code is guaranteed not to run in parallel
214  * with that modification).
215  */
216
217 static gfp_t saved_gfp_mask;
218
219 void pm_restore_gfp_mask(void)
220 {
221         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
222         if (saved_gfp_mask) {
223                 gfp_allowed_mask = saved_gfp_mask;
224                 saved_gfp_mask = 0;
225         }
226 }
227
228 void pm_restrict_gfp_mask(void)
229 {
230         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
231         WARN_ON(saved_gfp_mask);
232         saved_gfp_mask = gfp_allowed_mask;
233         gfp_allowed_mask &= ~(__GFP_IO | __GFP_FS);
234 }
235
236 bool pm_suspended_storage(void)
237 {
238         if ((gfp_allowed_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
239                 return false;
240         return true;
241 }
242 #endif /* CONFIG_PM_SLEEP */
243
244 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
245 unsigned int pageblock_order __read_mostly;
246 #endif
247
248 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order);
249
250 /*
251  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
252  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
253  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
254  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
255  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
256  *      HIGHMEM allocation will leave (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
257  *
258  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
259  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
260  */
261 int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES] = {
262 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
263         [ZONE_DMA] = 256,
264 #endif
265 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
266         [ZONE_DMA32] = 256,
267 #endif
268         [ZONE_NORMAL] = 32,
269 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
270         [ZONE_HIGHMEM] = 0,
271 #endif
272         [ZONE_MOVABLE] = 0,
273 };
274
275 static char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
276 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
277          "DMA",
278 #endif
279 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
280          "DMA32",
281 #endif
282          "Normal",
283 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
284          "HighMem",
285 #endif
286          "Movable",
287 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
288          "Device",
289 #endif
290 };
291
292 const char * const migratetype_names[MIGRATE_TYPES] = {
293         "Unmovable",
294         "Movable",
295         "Reclaimable",
296         "HighAtomic",
297 #ifdef CONFIG_CMA
298         "CMA",
299 #endif
300 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
301         "Isolate",
302 #endif
303 };
304
305 compound_page_dtor * const compound_page_dtors[] = {
306         NULL,
307         free_compound_page,
308 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
309         free_huge_page,
310 #endif
311 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
312         free_transhuge_page,
313 #endif
314 };
315
316 int min_free_kbytes = 1024;
317 int user_min_free_kbytes = -1;
318 #ifdef CONFIG_DISCONTIGMEM
319 /*
320  * DiscontigMem defines memory ranges as separate pg_data_t even if the ranges
321  * are not on separate NUMA nodes. Functionally this works but with
322  * watermark_boost_factor, it can reclaim prematurely as the ranges can be
323  * quite small. By default, do not boost watermarks on discontigmem as in
324  * many cases very high-order allocations like THP are likely to be
325  * unsupported and the premature reclaim offsets the advantage of long-term
326  * fragmentation avoidance.
327  */
328 int watermark_boost_factor __read_mostly;
329 #else
330 int watermark_boost_factor __read_mostly = 15000;
331 #endif
332 int watermark_scale_factor = 10;
333
334 static unsigned long nr_kernel_pages __initdata;
335 static unsigned long nr_all_pages __initdata;
336 static unsigned long dma_reserve __initdata;
337
338 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
339 static unsigned long arch_zone_lowest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __initdata;
340 static unsigned long arch_zone_highest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __initdata;
341 static unsigned long required_kernelcore __initdata;
342 static unsigned long required_kernelcore_percent __initdata;
343 static unsigned long required_movablecore __initdata;
344 static unsigned long required_movablecore_percent __initdata;
345 static unsigned long zone_movable_pfn[MAX_NUMNODES] __initdata;
346 static bool mirrored_kernelcore __meminitdata;
347
348 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
349 int movable_zone;
350 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
351 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
352
353 #if MAX_NUMNODES > 1
354 unsigned int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
355 unsigned int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
356 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
357 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
358 #endif
359
360 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
361
362 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
363 /*
364  * During boot we initialize deferred pages on-demand, as needed, but once
365  * page_alloc_init_late() has finished, the deferred pages are all initialized,
366  * and we can permanently disable that path.
367  */
368 static DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(deferred_pages);
369
370 /*
371  * Calling kasan_free_pages() only after deferred memory initialization
372  * has completed. Poisoning pages during deferred memory init will greatly
373  * lengthen the process and cause problem in large memory systems as the
374  * deferred pages initialization is done with interrupt disabled.
375  *
376  * Assuming that there will be no reference to those newly initialized
377  * pages before they are ever allocated, this should have no effect on
378  * KASAN memory tracking as the poison will be properly inserted at page
379  * allocation time. The only corner case is when pages are allocated by
380  * on-demand allocation and then freed again before the deferred pages
381  * initialization is done, but this is not likely to happen.
382  */
383 static inline void kasan_free_nondeferred_pages(struct page *page, int order)
384 {
385         if (!static_branch_unlikely(&deferred_pages))
386                 kasan_free_pages(page, order);
387 }
388
389 /* Returns true if the struct page for the pfn is uninitialised */
390 static inline bool __meminit early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
391 {
392         int nid = early_pfn_to_nid(pfn);
393
394         if (node_online(nid) && pfn >= NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn)
395                 return true;
396
397         return false;
398 }
399
400 /*
401  * Returns true when the remaining initialisation should be deferred until
402  * later in the boot cycle when it can be parallelised.
403  */
404 static bool __meminit
405 defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
406 {
407         static unsigned long prev_end_pfn, nr_initialised;
408
409         /*
410          * prev_end_pfn static that contains the end of previous zone
411          * No need to protect because called very early in boot before smp_init.
412          */
413         if (prev_end_pfn != end_pfn) {
414                 prev_end_pfn = end_pfn;
415                 nr_initialised = 0;
416         }
417
418         /* Always populate low zones for address-constrained allocations */
419         if (end_pfn < pgdat_end_pfn(NODE_DATA(nid)))
420                 return false;
421
422         /*
423          * We start only with one section of pages, more pages are added as
424          * needed until the rest of deferred pages are initialized.
425          */
426         nr_initialised++;
427         if ((nr_initialised > PAGES_PER_SECTION) &&
428             (pfn & (PAGES_PER_SECTION - 1)) == 0) {
429                 NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn = pfn;
430                 return true;
431         }
432         return false;
433 }
434 #else
435 #define kasan_free_nondeferred_pages(p, o)      kasan_free_pages(p, o)
436
437 static inline bool early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
438 {
439         return false;
440 }
441
442 static inline bool defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
443 {
444         return false;
445 }
446 #endif
447
448 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
449 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(struct page *page,
450                                                         unsigned long pfn)
451 {
452 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
453         return __pfn_to_section(pfn)->pageblock_flags;
454 #else
455         return page_zone(page)->pageblock_flags;
456 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
457 }
458
459 static inline int pfn_to_bitidx(struct page *page, unsigned long pfn)
460 {
461 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
462         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
463         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
464 #else
465         pfn = pfn - round_down(page_zone(page)->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
466         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
467 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
468 }
469
470 /**
471  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
472  * @page: The page within the block of interest
473  * @pfn: The target page frame number
474  * @end_bitidx: The last bit of interest to retrieve
475  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
476  *
477  * Return: pageblock_bits flags
478  */
479 static __always_inline unsigned long __get_pfnblock_flags_mask(struct page *page,
480                                         unsigned long pfn,
481                                         unsigned long end_bitidx,
482                                         unsigned long mask)
483 {
484         unsigned long *bitmap;
485         unsigned long bitidx, word_bitidx;
486         unsigned long word;
487
488         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
489         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
490         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
491         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
492
493         word = bitmap[word_bitidx];
494         bitidx += end_bitidx;
495         return (word >> (BITS_PER_LONG - bitidx - 1)) & mask;
496 }
497
498 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long pfn,
499                                         unsigned long end_bitidx,
500                                         unsigned long mask)
501 {
502         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, end_bitidx, mask);
503 }
504
505 static __always_inline int get_pfnblock_migratetype(struct page *page, unsigned long pfn)
506 {
507         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, PB_migrate_end, MIGRATETYPE_MASK);
508 }
509
510 /**
511  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
512  * @page: The page within the block of interest
513  * @flags: The flags to set
514  * @pfn: The target page frame number
515  * @end_bitidx: The last bit of interest
516  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
517  */
518 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
519                                         unsigned long pfn,
520                                         unsigned long end_bitidx,
521                                         unsigned long mask)
522 {
523         unsigned long *bitmap;
524         unsigned long bitidx, word_bitidx;
525         unsigned long old_word, word;
526
527         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
528         BUILD_BUG_ON(MIGRATE_TYPES > (1 << PB_migratetype_bits));
529
530         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
531         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
532         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
533         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
534
535         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(page_zone(page), pfn), page);
536
537         bitidx += end_bitidx;
538         mask <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
539         flags <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
540
541         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
542         for (;;) {
543                 old_word = cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], word, (word & ~mask) | flags);
544                 if (word == old_word)
545                         break;
546                 word = old_word;
547         }
548 }
549
550 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
551 {
552         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
553                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
554                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
555
556         set_pageblock_flags_group(page, (unsigned long)migratetype,
557                                         PB_migrate, PB_migrate_end);
558 }
559
560 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
561 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
562 {
563         int ret = 0;
564         unsigned seq;
565         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
566         unsigned long sp, start_pfn;
567
568         do {
569                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
570                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
571                 sp = zone->spanned_pages;
572                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
573                         ret = 1;
574         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
575
576         if (ret)
577                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
578                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
579                         start_pfn, start_pfn + sp);
580
581         return ret;
582 }
583
584 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
585 {
586         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page)))
587                 return 0;
588         if (zone != page_zone(page))
589                 return 0;
590
591         return 1;
592 }
593 /*
594  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
595  */
596 static int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
597 {
598         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
599                 return 1;
600         if (!page_is_consistent(zone, page))
601                 return 1;
602
603         return 0;
604 }
605 #else
606 static inline int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
607 {
608         return 0;
609 }
610 #endif
611
612 static void bad_page(struct page *page, const char *reason,
613                 unsigned long bad_flags)
614 {
615         static unsigned long resume;
616         static unsigned long nr_shown;
617         static unsigned long nr_unshown;
618
619         /*
620          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
621          * or allow a steady drip of one report per second.
622          */
623         if (nr_shown == 60) {
624                 if (time_before(jiffies, resume)) {
625                         nr_unshown++;
626                         goto out;
627                 }
628                 if (nr_unshown) {
629                         pr_alert(
630                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
631                                 nr_unshown);
632                         nr_unshown = 0;
633                 }
634                 nr_shown = 0;
635         }
636         if (nr_shown++ == 0)
637                 resume = jiffies + 60 * HZ;
638
639         pr_alert("BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
640                 current->comm, page_to_pfn(page));
641         __dump_page(page, reason);
642         bad_flags &= page->flags;
643         if (bad_flags)
644                 pr_alert("bad because of flags: %#lx(%pGp)\n",
645                                                 bad_flags, &bad_flags);
646         dump_page_owner(page);
647
648         print_modules();
649         dump_stack();
650 out:
651         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
652         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
653         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
654 }
655
656 /*
657  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
658  *
659  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page" and have PG_head set.
660  *
661  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages". PageTail() is encoded
662  * in bit 0 of page->compound_head. The rest of bits is pointer to head page.
663  *
664  * The first tail page's ->compound_dtor holds the offset in array of compound
665  * page destructors. See compound_page_dtors.
666  *
667  * The first tail page's ->compound_order holds the order of allocation.
668  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
669  */
670
671 void free_compound_page(struct page *page)
672 {
673         __free_pages_ok(page, compound_order(page));
674 }
675
676 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned int order)
677 {
678         int i;
679         int nr_pages = 1 << order;
680
681         set_compound_page_dtor(page, COMPOUND_PAGE_DTOR);
682         set_compound_order(page, order);
683         __SetPageHead(page);
684         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
685                 struct page *p = page + i;
686                 set_page_count(p, 0);
687                 p->mapping = TAIL_MAPPING;
688                 set_compound_head(p, page);
689         }
690         atomic_set(compound_mapcount_ptr(page), -1);
691 }
692
693 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
694 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
695
696 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC_ENABLE_DEFAULT
697 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(_debug_pagealloc_enabled);
698 #else
699 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(_debug_pagealloc_enabled);
700 #endif
701 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled);
702
703 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(_debug_guardpage_enabled);
704
705 static int __init early_debug_pagealloc(char *buf)
706 {
707         bool enable = false;
708
709         if (kstrtobool(buf, &enable))
710                 return -EINVAL;
711
712         if (enable)
713                 static_branch_enable(&_debug_pagealloc_enabled);
714
715         return 0;
716 }
717 early_param("debug_pagealloc", early_debug_pagealloc);
718
719 static void init_debug_guardpage(void)
720 {
721         if (!debug_pagealloc_enabled())
722                 return;
723
724         if (!debug_guardpage_minorder())
725                 return;
726
727         static_branch_enable(&_debug_guardpage_enabled);
728 }
729
730 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
731 {
732         unsigned long res;
733
734         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
735                 pr_err("Bad debug_guardpage_minorder value\n");
736                 return 0;
737         }
738         _debug_guardpage_minorder = res;
739         pr_info("Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
740         return 0;
741 }
742 early_param("debug_guardpage_minorder", debug_guardpage_minorder_setup);
743
744 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
745                                 unsigned int order, int migratetype)
746 {
747         if (!debug_guardpage_enabled())
748                 return false;
749
750         if (order >= debug_guardpage_minorder())
751                 return false;
752
753         __SetPageGuard(page);
754         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
755         set_page_private(page, order);
756         /* Guard pages are not available for any usage */
757         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order), migratetype);
758
759         return true;
760 }
761
762 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
763                                 unsigned int order, int migratetype)
764 {
765         if (!debug_guardpage_enabled())
766                 return;
767
768         __ClearPageGuard(page);
769
770         set_page_private(page, 0);
771         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
772                 __mod_zone_freepage_state(zone, (1 << order), migratetype);
773 }
774 #else
775 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
776                         unsigned int order, int migratetype) { return false; }
777 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
778                                 unsigned int order, int migratetype) {}
779 #endif
780
781 static inline void set_page_order(struct page *page, unsigned int order)
782 {
783         set_page_private(page, order);
784         __SetPageBuddy(page);
785 }
786
787 /*
788  * This function checks whether a page is free && is the buddy
789  * we can coalesce a page and its buddy if
790  * (a) the buddy is not in a hole (check before calling!) &&
791  * (b) the buddy is in the buddy system &&
792  * (c) a page and its buddy have the same order &&
793  * (d) a page and its buddy are in the same zone.
794  *
795  * For recording whether a page is in the buddy system, we set PageBuddy.
796  * Setting, clearing, and testing PageBuddy is serialized by zone->lock.
797  *
798  * For recording page's order, we use page_private(page).
799  */
800 static inline int page_is_buddy(struct page *page, struct page *buddy,
801                                                         unsigned int order)
802 {
803         if (page_is_guard(buddy) && page_order(buddy) == order) {
804                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
805                         return 0;
806
807                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
808
809                 return 1;
810         }
811
812         if (PageBuddy(buddy) && page_order(buddy) == order) {
813                 /*
814                  * zone check is done late to avoid uselessly
815                  * calculating zone/node ids for pages that could
816                  * never merge.
817                  */
818                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
819                         return 0;
820
821                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
822
823                 return 1;
824         }
825         return 0;
826 }
827
828 #ifdef CONFIG_COMPACTION
829 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
830 {
831         struct capture_control *capc = current->capture_control;
832
833         return capc &&
834                 !(current->flags & PF_KTHREAD) &&
835                 !capc->page &&
836                 capc->cc->zone == zone &&
837                 capc->cc->direct_compaction ? capc : NULL;
838 }
839
840 static inline bool
841 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
842                    int order, int migratetype)
843 {
844         if (!capc || order != capc->cc->order)
845                 return false;
846
847         /* Do not accidentally pollute CMA or isolated regions*/
848         if (is_migrate_cma(migratetype) ||
849             is_migrate_isolate(migratetype))
850                 return false;
851
852         /*
853          * Do not let lower order allocations polluate a movable pageblock.
854          * This might let an unmovable request use a reclaimable pageblock
855          * and vice-versa but no more than normal fallback logic which can
856          * have trouble finding a high-order free page.
857          */
858         if (order < pageblock_order && migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
859                 return false;
860
861         capc->page = page;
862         return true;
863 }
864
865 #else
866 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
867 {
868         return NULL;
869 }
870
871 static inline bool
872 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
873                    int order, int migratetype)
874 {
875         return false;
876 }
877 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
878
879 /*
880  * Freeing function for a buddy system allocator.
881  *
882  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
883  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
884  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
885  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
886  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
887  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
888  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
889  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
890  * parts of the VM system.
891  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
892  * free pages of length of (1 << order) and marked with PageBuddy.
893  * Page's order is recorded in page_private(page) field.
894  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
895  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
896  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
897  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
898  * triggers coalescing into a block of larger size.
899  *
900  * -- nyc
901  */
902
903 static inline void __free_one_page(struct page *page,
904                 unsigned long pfn,
905                 struct zone *zone, unsigned int order,
906                 int migratetype)
907 {
908         unsigned long combined_pfn;
909         unsigned long uninitialized_var(buddy_pfn);
910         struct page *buddy;
911         unsigned int max_order;
912         struct capture_control *capc = task_capc(zone);
913
914         max_order = min_t(unsigned int, MAX_ORDER, pageblock_order + 1);
915
916         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
917         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
918
919         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
920         if (likely(!is_migrate_isolate(migratetype)))
921                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
922
923         VM_BUG_ON_PAGE(pfn & ((1 << order) - 1), page);
924         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
925
926 continue_merging:
927         while (order < max_order - 1) {
928                 if (compaction_capture(capc, page, order, migratetype)) {
929                         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
930                                                                 migratetype);
931                         return;
932                 }
933                 buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
934                 buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
935
936                 if (!pfn_valid_within(buddy_pfn))
937                         goto done_merging;
938                 if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
939                         goto done_merging;
940                 /*
941                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
942                  * merge with it and move up one order.
943                  */
944                 if (page_is_guard(buddy))
945                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
946                 else
947                         del_page_from_free_area(buddy, &zone->free_area[order]);
948                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
949                 page = page + (combined_pfn - pfn);
950                 pfn = combined_pfn;
951                 order++;
952         }
953         if (max_order < MAX_ORDER) {
954                 /* If we are here, it means order is >= pageblock_order.
955                  * We want to prevent merge between freepages on isolate
956                  * pageblock and normal pageblock. Without this, pageblock
957                  * isolation could cause incorrect freepage or CMA accounting.
958                  *
959                  * We don't want to hit this code for the more frequent
960                  * low-order merging.
961                  */
962                 if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone))) {
963                         int buddy_mt;
964
965                         buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
966                         buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
967                         buddy_mt = get_pageblock_migratetype(buddy);
968
969                         if (migratetype != buddy_mt
970                                         && (is_migrate_isolate(migratetype) ||
971                                                 is_migrate_isolate(buddy_mt)))
972                                 goto done_merging;
973                 }
974                 max_order++;
975                 goto continue_merging;
976         }
977
978 done_merging:
979         set_page_order(page, order);
980
981         /*
982          * If this is not the largest possible page, check if the buddy
983          * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
984          * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
985          * that is happening, add the free page to the tail of the list
986          * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
987          * as a higher order page
988          */
989         if ((order < MAX_ORDER-2) && pfn_valid_within(buddy_pfn)
990                         && !is_shuffle_order(order)) {
991                 struct page *higher_page, *higher_buddy;
992                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
993                 higher_page = page + (combined_pfn - pfn);
994                 buddy_pfn = __find_buddy_pfn(combined_pfn, order + 1);
995                 higher_buddy = higher_page + (buddy_pfn - combined_pfn);
996                 if (pfn_valid_within(buddy_pfn) &&
997                     page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1)) {
998                         add_to_free_area_tail(page, &zone->free_area[order],
999                                               migratetype);
1000                         return;
1001                 }
1002         }
1003
1004         if (is_shuffle_order(order))
1005                 add_to_free_area_random(page, &zone->free_area[order],
1006                                 migratetype);
1007         else
1008                 add_to_free_area(page, &zone->free_area[order], migratetype);
1009
1010 }
1011
1012 /*
1013  * A bad page could be due to a number of fields. Instead of multiple branches,
1014  * try and check multiple fields with one check. The caller must do a detailed
1015  * check if necessary.
1016  */
1017 static inline bool page_expected_state(struct page *page,
1018                                         unsigned long check_flags)
1019 {
1020         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1021                 return false;
1022
1023         if (unlikely((unsigned long)page->mapping |
1024                         page_ref_count(page) |
1025 #ifdef CONFIG_MEMCG
1026                         (unsigned long)page->mem_cgroup |
1027 #endif
1028                         (page->flags & check_flags)))
1029                 return false;
1030
1031         return true;
1032 }
1033
1034 static void free_pages_check_bad(struct page *page)
1035 {
1036         const char *bad_reason;
1037         unsigned long bad_flags;
1038
1039         bad_reason = NULL;
1040         bad_flags = 0;
1041
1042         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1043                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1044         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1045                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1046         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
1047                 bad_reason = "nonzero _refcount";
1048         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)) {
1049                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
1050                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE;
1051         }
1052 #ifdef CONFIG_MEMCG
1053         if (unlikely(page->mem_cgroup))
1054                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
1055 #endif
1056         bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
1057 }
1058
1059 static inline int free_pages_check(struct page *page)
1060 {
1061         if (likely(page_expected_state(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)))
1062                 return 0;
1063
1064         /* Something has gone sideways, find it */
1065         free_pages_check_bad(page);
1066         return 1;
1067 }
1068
1069 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
1070 {
1071         int ret = 1;
1072
1073         /*
1074          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
1075          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
1076          */
1077         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
1078
1079         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM)) {
1080                 ret = 0;
1081                 goto out;
1082         }
1083         switch (page - head_page) {
1084         case 1:
1085                 /* the first tail page: ->mapping may be compound_mapcount() */
1086                 if (unlikely(compound_mapcount(page))) {
1087                         bad_page(page, "nonzero compound_mapcount", 0);
1088                         goto out;
1089                 }
1090                 break;
1091         case 2:
1092                 /*
1093                  * the second tail page: ->mapping is
1094                  * deferred_list.next -- ignore value.
1095                  */
1096                 break;
1097         default:
1098                 if (page->mapping != TAIL_MAPPING) {
1099                         bad_page(page, "corrupted mapping in tail page", 0);
1100                         goto out;
1101                 }
1102                 break;
1103         }
1104         if (unlikely(!PageTail(page))) {
1105                 bad_page(page, "PageTail not set", 0);
1106                 goto out;
1107         }
1108         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
1109                 bad_page(page, "compound_head not consistent", 0);
1110                 goto out;
1111         }
1112         ret = 0;
1113 out:
1114         page->mapping = NULL;
1115         clear_compound_head(page);
1116         return ret;
1117 }
1118
1119 static void kernel_init_free_pages(struct page *page, int numpages)
1120 {
1121         int i;
1122
1123         for (i = 0; i < numpages; i++)
1124                 clear_highpage(page + i);
1125 }
1126
1127 static __always_inline bool free_pages_prepare(struct page *page,
1128                                         unsigned int order, bool check_free)
1129 {
1130         int bad = 0;
1131
1132         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
1133
1134         trace_mm_page_free(page, order);
1135
1136         /*
1137          * Check tail pages before head page information is cleared to
1138          * avoid checking PageCompound for order-0 pages.
1139          */
1140         if (unlikely(order)) {
1141                 bool compound = PageCompound(page);
1142                 int i;
1143
1144                 VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
1145
1146                 if (compound)
1147                         ClearPageDoubleMap(page);
1148                 for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1149                         if (compound)
1150                                 bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
1151                         if (unlikely(free_pages_check(page + i))) {
1152                                 bad++;
1153                                 continue;
1154                         }
1155                         (page + i)->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1156                 }
1157         }
1158         if (PageMappingFlags(page))
1159                 page->mapping = NULL;
1160         if (memcg_kmem_enabled() && PageKmemcg(page))
1161                 __memcg_kmem_uncharge(page, order);
1162         if (check_free)
1163                 bad += free_pages_check(page);
1164         if (bad)
1165                 return false;
1166
1167         page_cpupid_reset_last(page);
1168         page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1169         reset_page_owner(page, order);
1170
1171         if (!PageHighMem(page)) {
1172                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1173                                            PAGE_SIZE << order);
1174                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1175                                            PAGE_SIZE << order);
1176         }
1177         arch_free_page(page, order);
1178         if (want_init_on_free())
1179                 kernel_init_free_pages(page, 1 << order);
1180
1181         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 0);
1182         if (debug_pagealloc_enabled())
1183                 kernel_map_pages(page, 1 << order, 0);
1184
1185         kasan_free_nondeferred_pages(page, order);
1186
1187         return true;
1188 }
1189
1190 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1191 /*
1192  * With DEBUG_VM enabled, order-0 pages are checked immediately when being freed
1193  * to pcp lists. With debug_pagealloc also enabled, they are also rechecked when
1194  * moved from pcp lists to free lists.
1195  */
1196 static bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1197 {
1198         return free_pages_prepare(page, 0, true);
1199 }
1200
1201 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1202 {
1203         if (debug_pagealloc_enabled())
1204                 return free_pages_check(page);
1205         else
1206                 return false;
1207 }
1208 #else
1209 /*
1210  * With DEBUG_VM disabled, order-0 pages being freed are checked only when
1211  * moving from pcp lists to free list in order to reduce overhead. With
1212  * debug_pagealloc enabled, they are checked also immediately when being freed
1213  * to the pcp lists.
1214  */
1215 static bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1216 {
1217         if (debug_pagealloc_enabled())
1218                 return free_pages_prepare(page, 0, true);
1219         else
1220                 return free_pages_prepare(page, 0, false);
1221 }
1222
1223 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1224 {
1225         return free_pages_check(page);
1226 }
1227 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1228
1229 static inline void prefetch_buddy(struct page *page)
1230 {
1231         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1232         unsigned long buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, 0);
1233         struct page *buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
1234
1235         prefetch(buddy);
1236 }
1237
1238 /*
1239  * Frees a number of pages from the PCP lists
1240  * Assumes all pages on list are in same zone, and of same order.
1241  * count is the number of pages to free.
1242  *
1243  * If the zone was previously in an "all pages pinned" state then look to
1244  * see if this freeing clears that state.
1245  *
1246  * And clear the zone's pages_scanned counter, to hold off the "all pages are
1247  * pinned" detection logic.
1248  */
1249 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
1250                                         struct per_cpu_pages *pcp)
1251 {
1252         int migratetype = 0;
1253         int batch_free = 0;
1254         int prefetch_nr = 0;
1255         bool isolated_pageblocks;
1256         struct page *page, *tmp;
1257         LIST_HEAD(head);
1258
1259         while (count) {
1260                 struct list_head *list;
1261
1262                 /*
1263                  * Remove pages from lists in a round-robin fashion. A
1264                  * batch_free count is maintained that is incremented when an
1265                  * empty list is encountered.  This is so more pages are freed
1266                  * off fuller lists instead of spinning excessively around empty
1267                  * lists
1268                  */
1269                 do {
1270                         batch_free++;
1271                         if (++migratetype == MIGRATE_PCPTYPES)
1272                                 migratetype = 0;
1273                         list = &pcp->lists[migratetype];
1274                 } while (list_empty(list));
1275
1276                 /* This is the only non-empty list. Free them all. */
1277                 if (batch_free == MIGRATE_PCPTYPES)
1278                         batch_free = count;
1279
1280                 do {
1281                         page = list_last_entry(list, struct page, lru);
1282                         /* must delete to avoid corrupting pcp list */
1283                         list_del(&page->lru);
1284                         pcp->count--;
1285
1286                         if (bulkfree_pcp_prepare(page))
1287                                 continue;
1288
1289                         list_add_tail(&page->lru, &head);
1290
1291                         /*
1292                          * We are going to put the page back to the global
1293                          * pool, prefetch its buddy to speed up later access
1294                          * under zone->lock. It is believed the overhead of
1295                          * an additional test and calculating buddy_pfn here
1296                          * can be offset by reduced memory latency later. To
1297                          * avoid excessive prefetching due to large count, only
1298                          * prefetch buddy for the first pcp->batch nr of pages.
1299                          */
1300                         if (prefetch_nr++ < pcp->batch)
1301                                 prefetch_buddy(page);
1302                 } while (--count && --batch_free && !list_empty(list));
1303         }
1304
1305         spin_lock(&zone->lock);
1306         isolated_pageblocks = has_isolate_pageblock(zone);
1307
1308         /*
1309          * Use safe version since after __free_one_page(),
1310          * page->lru.next will not point to original list.
1311          */
1312         list_for_each_entry_safe(page, tmp, &head, lru) {
1313                 int mt = get_pcppage_migratetype(page);
1314                 /* MIGRATE_ISOLATE page should not go to pcplists */
1315                 VM_BUG_ON_PAGE(is_migrate_isolate(mt), page);
1316                 /* Pageblock could have been isolated meanwhile */
1317                 if (unlikely(isolated_pageblocks))
1318                         mt = get_pageblock_migratetype(page);
1319
1320                 __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, 0, mt);
1321                 trace_mm_page_pcpu_drain(page, 0, mt);
1322         }
1323         spin_unlock(&zone->lock);
1324 }
1325
1326 static void free_one_page(struct zone *zone,
1327                                 struct page *page, unsigned long pfn,
1328                                 unsigned int order,
1329                                 int migratetype)
1330 {
1331         spin_lock(&zone->lock);
1332         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1333                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1334                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1335         }
1336         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype);
1337         spin_unlock(&zone->lock);
1338 }
1339
1340 static void __meminit __init_single_page(struct page *page, unsigned long pfn,
1341                                 unsigned long zone, int nid)
1342 {
1343         mm_zero_struct_page(page);
1344         set_page_links(page, zone, nid, pfn);
1345         init_page_count(page);
1346         page_mapcount_reset(page);
1347         page_cpupid_reset_last(page);
1348         page_kasan_tag_reset(page);
1349
1350         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1351 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
1352         /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
1353         if (!is_highmem_idx(zone))
1354                 set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
1355 #endif
1356 }
1357
1358 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1359 static void __meminit init_reserved_page(unsigned long pfn)
1360 {
1361         pg_data_t *pgdat;
1362         int nid, zid;
1363
1364         if (!early_page_uninitialised(pfn))
1365                 return;
1366
1367         nid = early_pfn_to_nid(pfn);
1368         pgdat = NODE_DATA(nid);
1369
1370         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1371                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zid];
1372
1373                 if (pfn >= zone->zone_start_pfn && pfn < zone_end_pfn(zone))
1374                         break;
1375         }
1376         __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zid, nid);
1377 }
1378 #else
1379 static inline void init_reserved_page(unsigned long pfn)
1380 {
1381 }
1382 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1383
1384 /*
1385  * Initialised pages do not have PageReserved set. This function is
1386  * called for each range allocated by the bootmem allocator and
1387  * marks the pages PageReserved. The remaining valid pages are later
1388  * sent to the buddy page allocator.
1389  */
1390 void __meminit reserve_bootmem_region(phys_addr_t start, phys_addr_t end)
1391 {
1392         unsigned long start_pfn = PFN_DOWN(start);
1393         unsigned long end_pfn = PFN_UP(end);
1394
1395         for (; start_pfn < end_pfn; start_pfn++) {
1396                 if (pfn_valid(start_pfn)) {
1397                         struct page *page = pfn_to_page(start_pfn);
1398
1399                         init_reserved_page(start_pfn);
1400
1401                         /* Avoid false-positive PageTail() */
1402                         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1403
1404                         /*
1405                          * no need for atomic set_bit because the struct
1406                          * page is not visible yet so nobody should
1407                          * access it yet.
1408                          */
1409                         __SetPageReserved(page);
1410                 }
1411         }
1412 }
1413
1414 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order)
1415 {
1416         unsigned long flags;
1417         int migratetype;
1418         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1419
1420         if (!free_pages_prepare(page, order, true))
1421                 return;
1422
1423         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1424         local_irq_save(flags);
1425         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1426         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype);
1427         local_irq_restore(flags);
1428 }
1429
1430 void __free_pages_core(struct page *page, unsigned int order)
1431 {
1432         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1433         struct page *p = page;
1434         unsigned int loop;
1435
1436         prefetchw(p);
1437         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1438                 prefetchw(p + 1);
1439                 __ClearPageReserved(p);
1440                 set_page_count(p, 0);
1441         }
1442         __ClearPageReserved(p);
1443         set_page_count(p, 0);
1444
1445         atomic_long_add(nr_pages, &page_zone(page)->managed_pages);
1446         set_page_refcounted(page);
1447         __free_pages(page, order);
1448 }
1449
1450 #if defined(CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID) || \
1451         defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP)
1452
1453 static struct mminit_pfnnid_cache early_pfnnid_cache __meminitdata;
1454
1455 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
1456 {
1457         static DEFINE_SPINLOCK(early_pfn_lock);
1458         int nid;
1459
1460         spin_lock(&early_pfn_lock);
1461         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1462         if (nid < 0)
1463                 nid = first_online_node;
1464         spin_unlock(&early_pfn_lock);
1465
1466         return nid;
1467 }
1468 #endif
1469
1470 #ifdef CONFIG_NODES_SPAN_OTHER_NODES
1471 /* Only safe to use early in boot when initialisation is single-threaded */
1472 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1473 {
1474         int nid;
1475
1476         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1477         if (nid >= 0 && nid != node)
1478                 return false;
1479         return true;
1480 }
1481
1482 #else
1483 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1484 {
1485         return true;
1486 }
1487 #endif
1488
1489
1490 void __init memblock_free_pages(struct page *page, unsigned long pfn,
1491                                                         unsigned int order)
1492 {
1493         if (early_page_uninitialised(pfn))
1494                 return;
1495         __free_pages_core(page, order);
1496 }
1497
1498 /*
1499  * Check that the whole (or subset of) a pageblock given by the interval of
1500  * [start_pfn, end_pfn) is valid and within the same zone, before scanning it
1501  * with the migration of free compaction scanner. The scanners then need to
1502  * use only pfn_valid_within() check for arches that allow holes within
1503  * pageblocks.
1504  *
1505  * Return struct page pointer of start_pfn, or NULL if checks were not passed.
1506  *
1507  * It's possible on some configurations to have a setup like node0 node1 node0
1508  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of pages do not
1509  * belong to a single zone. We assume that a border between node0 and node1
1510  * can occur within a single pageblock, but not a node0 node1 node0
1511  * interleaving within a single pageblock. It is therefore sufficient to check
1512  * the first and last page of a pageblock and avoid checking each individual
1513  * page in a pageblock.
1514  */
1515 struct page *__pageblock_pfn_to_page(unsigned long start_pfn,
1516                                      unsigned long end_pfn, struct zone *zone)
1517 {
1518         struct page *start_page;
1519         struct page *end_page;
1520
1521         /* end_pfn is one past the range we are checking */
1522         end_pfn--;
1523
1524         if (!pfn_valid(start_pfn) || !pfn_valid(end_pfn))
1525                 return NULL;
1526
1527         start_page = pfn_to_online_page(start_pfn);
1528         if (!start_page)
1529                 return NULL;
1530
1531         if (page_zone(start_page) != zone)
1532                 return NULL;
1533
1534         end_page = pfn_to_page(end_pfn);
1535
1536         /* This gives a shorter code than deriving page_zone(end_page) */
1537         if (page_zone_id(start_page) != page_zone_id(end_page))
1538                 return NULL;
1539
1540         return start_page;
1541 }
1542
1543 void set_zone_contiguous(struct zone *zone)
1544 {
1545         unsigned long block_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
1546         unsigned long block_end_pfn;
1547
1548         block_end_pfn = ALIGN(block_start_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
1549         for (; block_start_pfn < zone_end_pfn(zone);
1550                         block_start_pfn = block_end_pfn,
1551                          block_end_pfn += pageblock_nr_pages) {
1552
1553                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, zone_end_pfn(zone));
1554
1555                 if (!__pageblock_pfn_to_page(block_start_pfn,
1556                                              block_end_pfn, zone))
1557                         return;
1558         }
1559
1560         /* We confirm that there is no hole */
1561         zone->contiguous = true;
1562 }
1563
1564 void clear_zone_contiguous(struct zone *zone)
1565 {
1566         zone->contiguous = false;
1567 }
1568
1569 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1570 static void __init deferred_free_range(unsigned long pfn,
1571                                        unsigned long nr_pages)
1572 {
1573         struct page *page;
1574         unsigned long i;
1575
1576         if (!nr_pages)
1577                 return;
1578
1579         page = pfn_to_page(pfn);
1580
1581         /* Free a large naturally-aligned chunk if possible */
1582         if (nr_pages == pageblock_nr_pages &&
1583             (pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0) {
1584                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1585                 __free_pages_core(page, pageblock_order);
1586                 return;
1587         }
1588
1589         for (i = 0; i < nr_pages; i++, page++, pfn++) {
1590                 if ((pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0)
1591                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1592                 __free_pages_core(page, 0);
1593         }
1594 }
1595
1596 /* Completion tracking for deferred_init_memmap() threads */
1597 static atomic_t pgdat_init_n_undone __initdata;
1598 static __initdata DECLARE_COMPLETION(pgdat_init_all_done_comp);
1599
1600 static inline void __init pgdat_init_report_one_done(void)
1601 {
1602         if (atomic_dec_and_test(&pgdat_init_n_undone))
1603                 complete(&pgdat_init_all_done_comp);
1604 }
1605
1606 /*
1607  * Returns true if page needs to be initialized or freed to buddy allocator.
1608  *
1609  * First we check if pfn is valid on architectures where it is possible to have
1610  * holes within pageblock_nr_pages. On systems where it is not possible, this
1611  * function is optimized out.
1612  *
1613  * Then, we check if a current large page is valid by only checking the validity
1614  * of the head pfn.
1615  */
1616 static inline bool __init deferred_pfn_valid(unsigned long pfn)
1617 {
1618         if (!pfn_valid_within(pfn))
1619                 return false;
1620         if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) && !pfn_valid(pfn))
1621                 return false;
1622         return true;
1623 }
1624
1625 /*
1626  * Free pages to buddy allocator. Try to free aligned pages in
1627  * pageblock_nr_pages sizes.
1628  */
1629 static void __init deferred_free_pages(unsigned long pfn,
1630                                        unsigned long end_pfn)
1631 {
1632         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1633         unsigned long nr_free = 0;
1634
1635         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1636                 if (!deferred_pfn_valid(pfn)) {
1637                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1638                         nr_free = 0;
1639                 } else if (!(pfn & nr_pgmask)) {
1640                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1641                         nr_free = 1;
1642                         touch_nmi_watchdog();
1643                 } else {
1644                         nr_free++;
1645                 }
1646         }
1647         /* Free the last block of pages to allocator */
1648         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1649 }
1650
1651 /*
1652  * Initialize struct pages.  We minimize pfn page lookups and scheduler checks
1653  * by performing it only once every pageblock_nr_pages.
1654  * Return number of pages initialized.
1655  */
1656 static unsigned long  __init deferred_init_pages(struct zone *zone,
1657                                                  unsigned long pfn,
1658                                                  unsigned long end_pfn)
1659 {
1660         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1661         int nid = zone_to_nid(zone);
1662         unsigned long nr_pages = 0;
1663         int zid = zone_idx(zone);
1664         struct page *page = NULL;
1665
1666         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1667                 if (!deferred_pfn_valid(pfn)) {
1668                         page = NULL;
1669                         continue;
1670                 } else if (!page || !(pfn & nr_pgmask)) {
1671                         page = pfn_to_page(pfn);
1672                         touch_nmi_watchdog();
1673                 } else {
1674                         page++;
1675                 }
1676                 __init_single_page(page, pfn, zid, nid);
1677                 nr_pages++;
1678         }
1679         return (nr_pages);
1680 }
1681
1682 /*
1683  * This function is meant to pre-load the iterator for the zone init.
1684  * Specifically it walks through the ranges until we are caught up to the
1685  * first_init_pfn value and exits there. If we never encounter the value we
1686  * return false indicating there are no valid ranges left.
1687  */
1688 static bool __init
1689 deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(u64 *i, struct zone *zone,
1690                                     unsigned long *spfn, unsigned long *epfn,
1691                                     unsigned long first_init_pfn)
1692 {
1693         u64 j;
1694
1695         /*
1696          * Start out by walking through the ranges in this zone that have
1697          * already been initialized. We don't need to do anything with them
1698          * so we just need to flush them out of the system.
1699          */
1700         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone(j, zone, spfn, epfn) {
1701                 if (*epfn <= first_init_pfn)
1702                         continue;
1703                 if (*spfn < first_init_pfn)
1704                         *spfn = first_init_pfn;
1705                 *i = j;
1706                 return true;
1707         }
1708
1709         return false;
1710 }
1711
1712 /*
1713  * Initialize and free pages. We do it in two loops: first we initialize
1714  * struct page, then free to buddy allocator, because while we are
1715  * freeing pages we can access pages that are ahead (computing buddy
1716  * page in __free_one_page()).
1717  *
1718  * In order to try and keep some memory in the cache we have the loop
1719  * broken along max page order boundaries. This way we will not cause
1720  * any issues with the buddy page computation.
1721  */
1722 static unsigned long __init
1723 deferred_init_maxorder(u64 *i, struct zone *zone, unsigned long *start_pfn,
1724                        unsigned long *end_pfn)
1725 {
1726         unsigned long mo_pfn = ALIGN(*start_pfn + 1, MAX_ORDER_NR_PAGES);
1727         unsigned long spfn = *start_pfn, epfn = *end_pfn;
1728         unsigned long nr_pages = 0;
1729         u64 j = *i;
1730
1731         /* First we loop through and initialize the page values */
1732         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone_from(j, zone, start_pfn, end_pfn) {
1733                 unsigned long t;
1734
1735                 if (mo_pfn <= *start_pfn)
1736                         break;
1737
1738                 t = min(mo_pfn, *end_pfn);
1739                 nr_pages += deferred_init_pages(zone, *start_pfn, t);
1740
1741                 if (mo_pfn < *end_pfn) {
1742                         *start_pfn = mo_pfn;
1743                         break;
1744                 }
1745         }
1746
1747         /* Reset values and now loop through freeing pages as needed */
1748         swap(j, *i);
1749
1750         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone_from(j, zone, &spfn, &epfn) {
1751                 unsigned long t;
1752
1753                 if (mo_pfn <= spfn)
1754                         break;
1755
1756                 t = min(mo_pfn, epfn);
1757                 deferred_free_pages(spfn, t);
1758
1759                 if (mo_pfn <= epfn)
1760                         break;
1761         }
1762
1763         return nr_pages;
1764 }
1765
1766 /* Initialise remaining memory on a node */
1767 static int __init deferred_init_memmap(void *data)
1768 {
1769         pg_data_t *pgdat = data;
1770         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
1771         unsigned long spfn = 0, epfn = 0, nr_pages = 0;
1772         unsigned long first_init_pfn, flags;
1773         unsigned long start = jiffies;
1774         struct zone *zone;
1775         int zid;
1776         u64 i;
1777
1778         /* Bind memory initialisation thread to a local node if possible */
1779         if (!cpumask_empty(cpumask))
1780                 set_cpus_allowed_ptr(current, cpumask);
1781
1782         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
1783         first_init_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1784         if (first_init_pfn == ULONG_MAX) {
1785                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1786                 pgdat_init_report_one_done();
1787                 return 0;
1788         }
1789
1790         /* Sanity check boundaries */
1791         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn < pgdat->node_start_pfn);
1792         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn > pgdat_end_pfn(pgdat));
1793         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
1794
1795         /* Only the highest zone is deferred so find it */
1796         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1797                 zone = pgdat->node_zones + zid;
1798                 if (first_init_pfn < zone_end_pfn(zone))
1799                         break;
1800         }
1801
1802         /* If the zone is empty somebody else may have cleared out the zone */
1803         if (!deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
1804                                                  first_init_pfn))
1805                 goto zone_empty;
1806
1807         /*
1808          * Initialize and free pages in MAX_ORDER sized increments so
1809          * that we can avoid introducing any issues with the buddy
1810          * allocator.
1811          */
1812         while (spfn < epfn)
1813                 nr_pages += deferred_init_maxorder(&i, zone, &spfn, &epfn);
1814 zone_empty:
1815         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1816
1817         /* Sanity check that the next zone really is unpopulated */
1818         WARN_ON(++zid < MAX_NR_ZONES && populated_zone(++zone));
1819
1820         pr_info("node %d initialised, %lu pages in %ums\n",
1821                 pgdat->node_id, nr_pages, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
1822
1823         pgdat_init_report_one_done();
1824         return 0;
1825 }
1826
1827 /*
1828  * If this zone has deferred pages, try to grow it by initializing enough
1829  * deferred pages to satisfy the allocation specified by order, rounded up to
1830  * the nearest PAGES_PER_SECTION boundary.  So we're adding memory in increments
1831  * of SECTION_SIZE bytes by initializing struct pages in increments of
1832  * PAGES_PER_SECTION * sizeof(struct page) bytes.
1833  *
1834  * Return true when zone was grown, otherwise return false. We return true even
1835  * when we grow less than requested, to let the caller decide if there are
1836  * enough pages to satisfy the allocation.
1837  *
1838  * Note: We use noinline because this function is needed only during boot, and
1839  * it is called from a __ref function _deferred_grow_zone. This way we are
1840  * making sure that it is not inlined into permanent text section.
1841  */
1842 static noinline bool __init
1843 deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
1844 {
1845         unsigned long nr_pages_needed = ALIGN(1 << order, PAGES_PER_SECTION);
1846         pg_data_t *pgdat = zone->zone_pgdat;
1847         unsigned long first_deferred_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1848         unsigned long spfn, epfn, flags;
1849         unsigned long nr_pages = 0;
1850         u64 i;
1851
1852         /* Only the last zone may have deferred pages */
1853         if (zone_end_pfn(zone) != pgdat_end_pfn(pgdat))
1854                 return false;
1855
1856         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
1857
1858         /*
1859          * If deferred pages have been initialized while we were waiting for
1860          * the lock, return true, as the zone was grown.  The caller will retry
1861          * this zone.  We won't return to this function since the caller also
1862          * has this static branch.
1863          */
1864         if (!static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
1865                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1866                 return true;
1867         }
1868
1869         /*
1870          * If someone grew this zone while we were waiting for spinlock, return
1871          * true, as there might be enough pages already.
1872          */
1873         if (first_deferred_pfn != pgdat->first_deferred_pfn) {
1874                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1875                 return true;
1876         }
1877
1878         /* If the zone is empty somebody else may have cleared out the zone */
1879         if (!deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
1880                                                  first_deferred_pfn)) {
1881                 pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
1882                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1883                 /* Retry only once. */
1884                 return first_deferred_pfn != ULONG_MAX;
1885         }
1886
1887         /*
1888          * Initialize and free pages in MAX_ORDER sized increments so
1889          * that we can avoid introducing any issues with the buddy
1890          * allocator.
1891          */
1892         while (spfn < epfn) {
1893                 /* update our first deferred PFN for this section */
1894                 first_deferred_pfn = spfn;
1895
1896                 nr_pages += deferred_init_maxorder(&i, zone, &spfn, &epfn);
1897
1898                 /* We should only stop along section boundaries */
1899                 if ((first_deferred_pfn ^ spfn) < PAGES_PER_SECTION)
1900                         continue;
1901
1902                 /* If our quota has been met we can stop here */
1903                 if (nr_pages >= nr_pages_needed)
1904                         break;
1905         }
1906
1907         pgdat->first_deferred_pfn = spfn;
1908         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1909
1910         return nr_pages > 0;
1911 }
1912
1913 /*
1914  * deferred_grow_zone() is __init, but it is called from
1915  * get_page_from_freelist() during early boot until deferred_pages permanently
1916  * disables this call. This is why we have refdata wrapper to avoid warning,
1917  * and to ensure that the function body gets unloaded.
1918  */
1919 static bool __ref
1920 _deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
1921 {
1922         return deferred_grow_zone(zone, order);
1923 }
1924
1925 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1926
1927 void __init page_alloc_init_late(void)
1928 {
1929         struct zone *zone;
1930         int nid;
1931
1932 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1933
1934         /* There will be num_node_state(N_MEMORY) threads */
1935         atomic_set(&pgdat_init_n_undone, num_node_state(N_MEMORY));
1936         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
1937                 kthread_run(deferred_init_memmap, NODE_DATA(nid), "pgdatinit%d", nid);
1938         }
1939
1940         /* Block until all are initialised */
1941         wait_for_completion(&pgdat_init_all_done_comp);
1942
1943         /*
1944          * We initialized the rest of the deferred pages.  Permanently disable
1945          * on-demand struct page initialization.
1946          */
1947         static_branch_disable(&deferred_pages);
1948
1949         /* Reinit limits that are based on free pages after the kernel is up */
1950         files_maxfiles_init();
1951 #endif
1952
1953         /* Discard memblock private memory */
1954         memblock_discard();
1955
1956         for_each_node_state(nid, N_MEMORY)
1957                 shuffle_free_memory(NODE_DATA(nid));
1958
1959         for_each_populated_zone(zone)
1960                 set_zone_contiguous(zone);
1961
1962 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
1963         init_debug_guardpage();
1964 #endif
1965 }
1966
1967 #ifdef CONFIG_CMA
1968 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
1969 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
1970 {
1971         unsigned i = pageblock_nr_pages;
1972         struct page *p = page;
1973
1974         do {
1975                 __ClearPageReserved(p);
1976                 set_page_count(p, 0);
1977         } while (++p, --i);
1978
1979         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
1980
1981         if (pageblock_order >= MAX_ORDER) {
1982                 i = pageblock_nr_pages;
1983                 p = page;
1984                 do {
1985                         set_page_refcounted(p);
1986                         __free_pages(p, MAX_ORDER - 1);
1987                         p += MAX_ORDER_NR_PAGES;
1988                 } while (i -= MAX_ORDER_NR_PAGES);
1989         } else {
1990                 set_page_refcounted(page);
1991                 __free_pages(page, pageblock_order);
1992         }
1993
1994         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
1995 }
1996 #endif
1997
1998 /*
1999  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
2000  * Please do not alter this order without good reasons and regression
2001  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
2002  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
2003  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
2004  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
2005  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
2006  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
2007  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
2008  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
2009  *
2010  * -- nyc
2011  */
2012 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
2013         int low, int high, struct free_area *area,
2014         int migratetype)
2015 {
2016         unsigned long size = 1 << high;
2017
2018         while (high > low) {
2019                 area--;
2020                 high--;
2021                 size >>= 1;
2022                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
2023
2024                 /*
2025                  * Mark as guard pages (or page), that will allow to
2026                  * merge back to allocator when buddy will be freed.
2027                  * Corresponding page table entries will not be touched,
2028                  * pages will stay not present in virtual address space
2029                  */
2030                 if (set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype))
2031                         continue;
2032
2033                 add_to_free_area(&page[size], area, migratetype);
2034                 set_page_order(&page[size], high);
2035         }
2036 }
2037
2038 static void check_new_page_bad(struct page *page)
2039 {
2040         const char *bad_reason = NULL;
2041         unsigned long bad_flags = 0;
2042
2043         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
2044                 bad_reason = "nonzero mapcount";
2045         if (unlikely(page->mapping != NULL))
2046                 bad_reason = "non-NULL mapping";
2047         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
2048                 bad_reason = "nonzero _refcount";
2049         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
2050                 bad_reason = "HWPoisoned (hardware-corrupted)";
2051                 bad_flags = __PG_HWPOISON;
2052                 /* Don't complain about hwpoisoned pages */
2053                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
2054                 return;
2055         }
2056         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)) {
2057                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag set";
2058                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
2059         }
2060 #ifdef CONFIG_MEMCG
2061         if (unlikely(page->mem_cgroup))
2062                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
2063 #endif
2064         bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
2065 }
2066
2067 /*
2068  * This page is about to be returned from the page allocator
2069  */
2070 static inline int check_new_page(struct page *page)
2071 {
2072         if (likely(page_expected_state(page,
2073                                 PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP|__PG_HWPOISON)))
2074                 return 0;
2075
2076         check_new_page_bad(page);
2077         return 1;
2078 }
2079
2080 static inline bool free_pages_prezeroed(void)
2081 {
2082         return (IS_ENABLED(CONFIG_PAGE_POISONING_ZERO) &&
2083                 page_poisoning_enabled()) || want_init_on_free();
2084 }
2085
2086 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
2087 /*
2088  * With DEBUG_VM enabled, order-0 pages are checked for expected state when
2089  * being allocated from pcp lists. With debug_pagealloc also enabled, they are
2090  * also checked when pcp lists are refilled from the free lists.
2091  */
2092 static inline bool check_pcp_refill(struct page *page)
2093 {
2094         if (debug_pagealloc_enabled())
2095                 return check_new_page(page);
2096         else
2097                 return false;
2098 }
2099
2100 static inline bool check_new_pcp(struct page *page)
2101 {
2102         return check_new_page(page);
2103 }
2104 #else
2105 /*
2106  * With DEBUG_VM disabled, free order-0 pages are checked for expected state
2107  * when pcp lists are being refilled from the free lists. With debug_pagealloc
2108  * enabled, they are also checked when being allocated from the pcp lists.
2109  */
2110 static inline bool check_pcp_refill(struct page *page)
2111 {
2112         return check_new_page(page);
2113 }
2114 static inline bool check_new_pcp(struct page *page)
2115 {
2116         if (debug_pagealloc_enabled())
2117                 return check_new_page(page);
2118         else
2119                 return false;
2120 }
2121 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
2122
2123 static bool check_new_pages(struct page *page, unsigned int order)
2124 {
2125         int i;
2126         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
2127                 struct page *p = page + i;
2128
2129                 if (unlikely(check_new_page(p)))
2130                         return true;
2131         }
2132
2133         return false;
2134 }
2135
2136 inline void post_alloc_hook(struct page *page, unsigned int order,
2137                                 gfp_t gfp_flags)
2138 {
2139         set_page_private(page, 0);
2140         set_page_refcounted(page);
2141
2142         arch_alloc_page(page, order);
2143         if (debug_pagealloc_enabled())
2144                 kernel_map_pages(page, 1 << order, 1);
2145         kasan_alloc_pages(page, order);
2146         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 1);
2147         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
2148 }
2149
2150 static void prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
2151                                                         unsigned int alloc_flags)
2152 {
2153         post_alloc_hook(page, order, gfp_flags);
2154
2155         if (!free_pages_prezeroed() && want_init_on_alloc(gfp_flags))
2156                 kernel_init_free_pages(page, 1 << order);
2157
2158         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
2159                 prep_compound_page(page, order);
2160
2161         /*
2162          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
2163          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
2164          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
2165          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
2166          */
2167         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
2168                 set_page_pfmemalloc(page);
2169         else
2170                 clear_page_pfmemalloc(page);
2171 }
2172
2173 /*
2174  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
2175  * the smallest available page from the freelists
2176  */
2177 static __always_inline
2178 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
2179                                                 int migratetype)
2180 {
2181         unsigned int current_order;
2182         struct free_area *area;
2183         struct page *page;
2184
2185         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
2186         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
2187                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2188                 page = get_page_from_free_area(area, migratetype);
2189                 if (!page)
2190                         continue;
2191                 del_page_from_free_area(page, area);
2192                 expand(zone, page, order, current_order, area, migratetype);
2193                 set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2194                 return page;
2195         }
2196
2197         return NULL;
2198 }
2199
2200
2201 /*
2202  * This array describes the order lists are fallen back to when
2203  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
2204  */
2205 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][4] = {
2206         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2207         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_TYPES },
2208         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2209 #ifdef CONFIG_CMA
2210         [MIGRATE_CMA]         = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
2211 #endif
2212 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
2213         [MIGRATE_ISOLATE]     = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
2214 #endif
2215 };
2216
2217 #ifdef CONFIG_CMA
2218 static __always_inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2219                                         unsigned int order)
2220 {
2221         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
2222 }
2223 #else
2224 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2225                                         unsigned int order) { return NULL; }
2226 #endif
2227
2228 /*
2229  * Move the free pages in a range to the free lists of the requested type.
2230  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
2231  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
2232  */
2233 static int move_freepages(struct zone *zone,
2234                           struct page *start_page, struct page *end_page,
2235                           int migratetype, int *num_movable)
2236 {
2237         struct page *page;
2238         unsigned int order;
2239         int pages_moved = 0;
2240
2241 #ifndef CONFIG_HOLES_IN_ZONE
2242         /*
2243          * page_zone is not safe to call in this context when
2244          * CONFIG_HOLES_IN_ZONE is set. This bug check is probably redundant
2245          * anyway as we check zone boundaries in move_freepages_block().
2246          * Remove at a later date when no bug reports exist related to
2247          * grouping pages by mobility
2248          */
2249         VM_BUG_ON(pfn_valid(page_to_pfn(start_page)) &&
2250                   pfn_valid(page_to_pfn(end_page)) &&
2251                   page_zone(start_page) != page_zone(end_page));
2252 #endif
2253         for (page = start_page; page <= end_page;) {
2254                 if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page))) {
2255                         page++;
2256                         continue;
2257                 }
2258
2259                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
2260                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
2261
2262                 if (!PageBuddy(page)) {
2263                         /*
2264                          * We assume that pages that could be isolated for
2265                          * migration are movable. But we don't actually try
2266                          * isolating, as that would be expensive.
2267                          */
2268                         if (num_movable &&
2269                                         (PageLRU(page) || __PageMovable(page)))
2270                                 (*num_movable)++;
2271
2272                         page++;
2273                         continue;
2274                 }
2275
2276                 order = page_order(page);
2277                 move_to_free_area(page, &zone->free_area[order], migratetype);
2278                 page += 1 << order;
2279                 pages_moved += 1 << order;
2280         }
2281
2282         return pages_moved;
2283 }
2284
2285 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
2286                                 int migratetype, int *num_movable)
2287 {
2288         unsigned long start_pfn, end_pfn;
2289         struct page *start_page, *end_page;
2290
2291         if (num_movable)
2292                 *num_movable = 0;
2293
2294         start_pfn = page_to_pfn(page);
2295         start_pfn = start_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
2296         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
2297         end_page = start_page + pageblock_nr_pages - 1;
2298         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
2299
2300         /* Do not cross zone boundaries */
2301         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
2302                 start_page = page;
2303         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
2304                 return 0;
2305
2306         return move_freepages(zone, start_page, end_page, migratetype,
2307                                                                 num_movable);
2308 }
2309
2310 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
2311                                         int start_order, int migratetype)
2312 {
2313         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
2314
2315         while (nr_pageblocks--) {
2316                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
2317                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
2318         }
2319 }
2320
2321 /*
2322  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
2323  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
2324  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
2325  *
2326  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
2327  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
2328  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
2329  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
2330  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
2331  * pageblocks.
2332  */
2333 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
2334 {
2335         /*
2336          * Leaving this order check is intended, although there is
2337          * relaxed order check in next check. The reason is that
2338          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
2339          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
2340          * so could be changed anytime.
2341          */
2342         if (order >= pageblock_order)
2343                 return true;
2344
2345         if (order >= pageblock_order / 2 ||
2346                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
2347                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
2348                 page_group_by_mobility_disabled)
2349                 return true;
2350
2351         return false;
2352 }
2353
2354 static inline void boost_watermark(struct zone *zone)
2355 {
2356         unsigned long max_boost;
2357
2358         if (!watermark_boost_factor)
2359                 return;
2360
2361         max_boost = mult_frac(zone->_watermark[WMARK_HIGH],
2362                         watermark_boost_factor, 10000);
2363
2364         /*
2365          * high watermark may be uninitialised if fragmentation occurs
2366          * very early in boot so do not boost. We do not fall
2367          * through and boost by pageblock_nr_pages as failing
2368          * allocations that early means that reclaim is not going
2369          * to help and it may even be impossible to reclaim the
2370          * boosted watermark resulting in a hang.
2371          */
2372         if (!max_boost)
2373                 return;
2374
2375         max_boost = max(pageblock_nr_pages, max_boost);
2376
2377         zone->watermark_boost = min(zone->watermark_boost + pageblock_nr_pages,
2378                 max_boost);
2379 }
2380
2381 /*
2382  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
2383  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
2384  * pageblock to our migratetype and determine how many already-allocated pages
2385  * are there in the pageblock with a compatible migratetype. If at least half
2386  * of pages are free or compatible, we can change migratetype of the pageblock
2387  * itself, so pages freed in the future will be put on the correct free list.
2388  */
2389 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
2390                 unsigned int alloc_flags, int start_type, bool whole_block)
2391 {
2392         unsigned int current_order = page_order(page);
2393         struct free_area *area;
2394         int free_pages, movable_pages, alike_pages;
2395         int old_block_type;
2396
2397         old_block_type = get_pageblock_migratetype(page);
2398
2399         /*
2400          * This can happen due to races and we want to prevent broken
2401          * highatomic accounting.
2402          */
2403         if (is_migrate_highatomic(old_block_type))
2404                 goto single_page;
2405
2406         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
2407         if (current_order >= pageblock_order) {
2408                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
2409                 goto single_page;
2410         }
2411
2412         /*
2413          * Boost watermarks to increase reclaim pressure to reduce the
2414          * likelihood of future fallbacks. Wake kswapd now as the node
2415          * may be balanced overall and kswapd will not wake naturally.
2416          */
2417         boost_watermark(zone);
2418         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
2419                 set_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
2420
2421         /* We are not allowed to try stealing from the whole block */
2422         if (!whole_block)
2423                 goto single_page;
2424
2425         free_pages = move_freepages_block(zone, page, start_type,
2426                                                 &movable_pages);
2427         /*
2428          * Determine how many pages are compatible with our allocation.
2429          * For movable allocation, it's the number of movable pages which
2430          * we just obtained. For other types it's a bit more tricky.
2431          */
2432         if (start_type == MIGRATE_MOVABLE) {
2433                 alike_pages = movable_pages;
2434         } else {
2435                 /*
2436                  * If we are falling back a RECLAIMABLE or UNMOVABLE allocation
2437                  * to MOVABLE pageblock, consider all non-movable pages as
2438                  * compatible. If it's UNMOVABLE falling back to RECLAIMABLE or
2439                  * vice versa, be conservative since we can't distinguish the
2440                  * exact migratetype of non-movable pages.
2441                  */
2442                 if (old_block_type == MIGRATE_MOVABLE)
2443                         alike_pages = pageblock_nr_pages
2444                                                 - (free_pages + movable_pages);
2445                 else
2446                         alike_pages = 0;
2447         }
2448
2449         /* moving whole block can fail due to zone boundary conditions */
2450         if (!free_pages)
2451                 goto single_page;
2452
2453         /*
2454          * If a sufficient number of pages in the block are either free or of
2455          * comparable migratability as our allocation, claim the whole block.
2456          */
2457         if (free_pages + alike_pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
2458                         page_group_by_mobility_disabled)
2459                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
2460
2461         return;
2462
2463 single_page:
2464         area = &zone->free_area[current_order];
2465         move_to_free_area(page, area, start_type);
2466 }
2467
2468 /*
2469  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
2470  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
2471  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
2472  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
2473  */
2474 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
2475                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
2476 {
2477         int i;
2478         int fallback_mt;
2479
2480         if (area->nr_free == 0)
2481                 return -1;
2482
2483         *can_steal = false;
2484         for (i = 0;; i++) {
2485                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
2486                 if (fallback_mt == MIGRATE_TYPES)
2487                         break;
2488
2489                 if (free_area_empty(area, fallback_mt))
2490                         continue;
2491
2492                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
2493                         *can_steal = true;
2494
2495                 if (!only_stealable)
2496                         return fallback_mt;
2497
2498                 if (*can_steal)
2499                         return fallback_mt;
2500         }
2501
2502         return -1;
2503 }
2504
2505 /*
2506  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
2507  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
2508  */
2509 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone,
2510                                 unsigned int alloc_order)
2511 {
2512         int mt;
2513         unsigned long max_managed, flags;
2514
2515         /*
2516          * Limit the number reserved to 1 pageblock or roughly 1% of a zone.
2517          * Check is race-prone but harmless.
2518          */
2519         max_managed = (zone_managed_pages(zone) / 100) + pageblock_nr_pages;
2520         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2521                 return;
2522
2523         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2524
2525         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
2526         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2527                 goto out_unlock;
2528
2529         /* Yoink! */
2530         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2531         if (!is_migrate_highatomic(mt) && !is_migrate_isolate(mt)
2532             && !is_migrate_cma(mt)) {
2533                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
2534                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2535                 move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_HIGHATOMIC, NULL);
2536         }
2537
2538 out_unlock:
2539         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2540 }
2541
2542 /*
2543  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
2544  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
2545  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
2546  * to recover from than an OOM.
2547  *
2548  * If @force is true, try to unreserve a pageblock even though highatomic
2549  * pageblock is exhausted.
2550  */
2551 static bool unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac,
2552                                                 bool force)
2553 {
2554         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2555         unsigned long flags;
2556         struct zoneref *z;
2557         struct zone *zone;
2558         struct page *page;
2559         int order;
2560         bool ret;
2561
2562         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->high_zoneidx,
2563                                                                 ac->nodemask) {
2564                 /*
2565                  * Preserve at least one pageblock unless memory pressure
2566                  * is really high.
2567                  */
2568                 if (!force && zone->nr_reserved_highatomic <=
2569                                         pageblock_nr_pages)
2570                         continue;
2571
2572                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2573                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
2574                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
2575
2576                         page = get_page_from_free_area(area, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2577                         if (!page)
2578                                 continue;
2579
2580                         /*
2581                          * In page freeing path, migratetype change is racy so
2582                          * we can counter several free pages in a pageblock
2583                          * in this loop althoug we changed the pageblock type
2584                          * from highatomic to ac->migratetype. So we should
2585                          * adjust the count once.
2586                          */
2587                         if (is_migrate_highatomic_page(page)) {
2588                                 /*
2589                                  * It should never happen but changes to
2590                                  * locking could inadvertently allow a per-cpu
2591                                  * drain to add pages to MIGRATE_HIGHATOMIC
2592                                  * while unreserving so be safe and watch for
2593                                  * underflows.
2594                                  */
2595                                 zone->nr_reserved_highatomic -= min(
2596                                                 pageblock_nr_pages,
2597                                                 zone->nr_reserved_highatomic);
2598                         }
2599
2600                         /*
2601                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
2602                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
2603                          * is doing the work and needs the pages. More
2604                          * importantly, if the block was always converted to
2605                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
2606                          * of pageblocks that cannot be completely freed
2607                          * may increase.
2608                          */
2609                         set_pageblock_migratetype(page, ac->migratetype);
2610                         ret = move_freepages_block(zone, page, ac->migratetype,
2611                                                                         NULL);
2612                         if (ret) {
2613                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2614                                 return ret;
2615                         }
2616                 }
2617                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2618         }
2619
2620         return false;
2621 }
2622
2623 /*
2624  * Try finding a free buddy page on the fallback list and put it on the free
2625  * list of requested migratetype, possibly along with other pages from the same
2626  * block, depending on fragmentation avoidance heuristics. Returns true if
2627  * fallback was found so that __rmqueue_smallest() can grab it.
2628  *
2629  * The use of signed ints for order and current_order is a deliberate
2630  * deviation from the rest of this file, to make the for loop
2631  * condition simpler.
2632  */
2633 static __always_inline bool
2634 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, int order, int start_migratetype,
2635                                                 unsigned int alloc_flags)
2636 {
2637         struct free_area *area;
2638         int current_order;
2639         int min_order = order;
2640         struct page *page;
2641         int fallback_mt;
2642         bool can_steal;
2643
2644         /*
2645          * Do not steal pages from freelists belonging to other pageblocks
2646          * i.e. orders < pageblock_order. If there are no local zones free,
2647          * the zonelists will be reiterated without ALLOC_NOFRAGMENT.
2648          */
2649         if (alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT)
2650                 min_order = pageblock_order;
2651
2652         /*
2653          * Find the largest available free page in the other list. This roughly
2654          * approximates finding the pageblock with the most free pages, which
2655          * would be too costly to do exactly.
2656          */
2657         for (current_order = MAX_ORDER - 1; current_order >= min_order;
2658                                 --current_order) {
2659                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2660                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2661                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2662                 if (fallback_mt == -1)
2663                         continue;
2664
2665                 /*
2666                  * We cannot steal all free pages from the pageblock and the
2667                  * requested migratetype is movable. In that case it's better to
2668                  * steal and split the smallest available page instead of the
2669                  * largest available page, because even if the next movable
2670                  * allocation falls back into a different pageblock than this
2671                  * one, it won't cause permanent fragmentation.
2672                  */
2673                 if (!can_steal && start_migratetype == MIGRATE_MOVABLE
2674                                         && current_order > order)
2675                         goto find_smallest;
2676
2677                 goto do_steal;
2678         }
2679
2680         return false;
2681
2682 find_smallest:
2683         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER;
2684                                                         current_order++) {
2685                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2686                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2687                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2688                 if (fallback_mt != -1)
2689                         break;
2690         }
2691
2692         /*
2693          * This should not happen - we already found a suitable fallback
2694          * when looking for the largest page.
2695          */
2696         VM_BUG_ON(current_order == MAX_ORDER);
2697
2698 do_steal:
2699         page = get_page_from_free_area(area, fallback_mt);
2700
2701         steal_suitable_fallback(zone, page, alloc_flags, start_migratetype,
2702                                                                 can_steal);
2703
2704         trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
2705                 start_migratetype, fallback_mt);
2706
2707         return true;
2708
2709 }
2710
2711 /*
2712  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
2713  * Call me with the zone->lock already held.
2714  */
2715 static __always_inline struct page *
2716 __rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order, int migratetype,
2717                                                 unsigned int alloc_flags)
2718 {
2719         struct page *page;
2720
2721 retry:
2722         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
2723         if (unlikely(!page)) {
2724                 if (migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
2725                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2726
2727                 if (!page && __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype,
2728                                                                 alloc_flags))
2729                         goto retry;
2730         }
2731
2732         trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
2733         return page;
2734 }
2735
2736 /*
2737  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
2738  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
2739  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
2740  */
2741 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
2742                         unsigned long count, struct list_head *list,
2743                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
2744 {
2745         int i, alloced = 0;
2746
2747         spin_lock(&zone->lock);
2748         for (i = 0; i < count; ++i) {
2749                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype,
2750                                                                 alloc_flags);
2751                 if (unlikely(page == NULL))
2752                         break;
2753
2754                 if (unlikely(check_pcp_refill(page)))
2755                         continue;
2756
2757                 /*
2758                  * Split buddy pages returned by expand() are received here in
2759                  * physical page order. The page is added to the tail of
2760                  * caller's list. From the callers perspective, the linked list
2761                  * is ordered by page number under some conditions. This is
2762                  * useful for IO devices that can forward direction from the
2763                  * head, thus also in the physical page order. This is useful
2764                  * for IO devices that can merge IO requests if the physical
2765                  * pages are ordered properly.
2766                  */
2767                 list_add_tail(&page->lru, list);
2768                 alloced++;
2769                 if (is_migrate_cma(get_pcppage_migratetype(page)))
2770                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
2771                                               -(1 << order));
2772         }
2773
2774         /*
2775          * i pages were removed from the buddy list even if some leak due
2776          * to check_pcp_refill failing so adjust NR_FREE_PAGES based
2777          * on i. Do not confuse with 'alloced' which is the number of
2778          * pages added to the pcp list.
2779          */
2780         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
2781         spin_unlock(&zone->lock);
2782         return alloced;
2783 }
2784
2785 #ifdef CONFIG_NUMA
2786 /*
2787  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
2788  * currently executing processor on remote nodes after they have
2789  * expired.
2790  *
2791  * Note that this function must be called with the thread pinned to
2792  * a single processor.
2793  */
2794 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
2795 {
2796         unsigned long flags;
2797         int to_drain, batch;
2798
2799         local_irq_save(flags);
2800         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2801         to_drain = min(pcp->count, batch);
2802         if (to_drain > 0)
2803                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp);
2804         local_irq_restore(flags);
2805 }
2806 #endif
2807
2808 /*
2809  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
2810  *
2811  * The processor must either be the current processor and the
2812  * thread pinned to the current processor or a processor that
2813  * is not online.
2814  */
2815 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
2816 {
2817         unsigned long flags;
2818         struct per_cpu_pageset *pset;
2819         struct per_cpu_pages *pcp;
2820
2821         local_irq_save(flags);
2822         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2823
2824         pcp = &pset->pcp;
2825         if (pcp->count)
2826                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp);
2827         local_irq_restore(flags);
2828 }
2829
2830 /*
2831  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
2832  *
2833  * The processor must either be the current processor and the
2834  * thread pinned to the current processor or a processor that
2835  * is not online.
2836  */
2837 static void drain_pages(unsigned int cpu)
2838 {
2839         struct zone *zone;
2840
2841         for_each_populated_zone(zone) {
2842                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2843         }
2844 }
2845
2846 /*
2847  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
2848  *
2849  * The CPU has to be pinned. When zone parameter is non-NULL, spill just
2850  * the single zone's pages.
2851  */
2852 void drain_local_pages(struct zone *zone)
2853 {
2854         int cpu = smp_processor_id();
2855
2856         if (zone)
2857                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2858         else
2859                 drain_pages(cpu);
2860 }
2861
2862 static void drain_local_pages_wq(struct work_struct *work)
2863 {
2864         struct pcpu_drain *drain;
2865
2866         drain = container_of(work, struct pcpu_drain, work);
2867
2868         /*
2869          * drain_all_pages doesn't use proper cpu hotplug protection so
2870          * we can race with cpu offline when the WQ can move this from
2871          * a cpu pinned worker to an unbound one. We can operate on a different
2872          * cpu which is allright but we also have to make sure to not move to
2873          * a different one.
2874          */
2875         preempt_disable();
2876         drain_local_pages(drain->zone);
2877         preempt_enable();
2878 }
2879
2880 /*
2881  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
2882  *
2883  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
2884  *
2885  * Note that this can be extremely slow as the draining happens in a workqueue.
2886  */
2887 void drain_all_pages(struct zone *zone)
2888 {
2889         int cpu;
2890
2891         /*
2892          * Allocate in the BSS so we wont require allocation in
2893          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
2894          */
2895         static cpumask_t cpus_with_pcps;
2896
2897         /*
2898          * Make sure nobody triggers this path before mm_percpu_wq is fully
2899          * initialized.
2900          */
2901         if (WARN_ON_ONCE(!mm_percpu_wq))
2902                 return;
2903
2904         /*
2905          * Do not drain if one is already in progress unless it's specific to
2906          * a zone. Such callers are primarily CMA and memory hotplug and need
2907          * the drain to be complete when the call returns.
2908          */
2909         if (unlikely(!mutex_trylock(&pcpu_drain_mutex))) {
2910                 if (!zone)
2911                         return;
2912                 mutex_lock(&pcpu_drain_mutex);
2913         }
2914
2915         /*
2916          * We don't care about racing with CPU hotplug event
2917          * as offline notification will cause the notified
2918          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
2919          * disables preemption as part of its processing
2920          */
2921         for_each_online_cpu(cpu) {
2922                 struct per_cpu_pageset *pcp;
2923                 struct zone *z;
2924                 bool has_pcps = false;
2925
2926                 if (zone) {
2927                         pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2928                         if (pcp->pcp.count)
2929                                 has_pcps = true;
2930                 } else {
2931                         for_each_populated_zone(z) {
2932                                 pcp = per_cpu_ptr(z->pageset, cpu);
2933                                 if (pcp->pcp.count) {
2934                                         has_pcps = true;
2935                                         break;
2936                                 }
2937                         }
2938                 }
2939
2940                 if (has_pcps)
2941                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2942                 else
2943                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2944         }
2945
2946         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps) {
2947                 struct pcpu_drain *drain = per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu);
2948
2949                 drain->zone = zone;
2950                 INIT_WORK(&drain->work, drain_local_pages_wq);
2951                 queue_work_on(cpu, mm_percpu_wq, &drain->work);
2952         }
2953         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps)
2954                 flush_work(&per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu)->work);
2955
2956         mutex_unlock(&pcpu_drain_mutex);
2957 }
2958
2959 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
2960
2961 /*
2962  * Touch the watchdog for every WD_PAGE_COUNT pages.
2963  */
2964 #define WD_PAGE_COUNT   (128*1024)
2965
2966 void mark_free_pages(struct zone *zone)
2967 {
2968         unsigned long pfn, max_zone_pfn, page_count = WD_PAGE_COUNT;
2969         unsigned long flags;
2970         unsigned int order, t;
2971         struct page *page;
2972
2973         if (zone_is_empty(zone))
2974                 return;
2975
2976         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2977
2978         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
2979         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
2980                 if (pfn_valid(pfn)) {
2981                         page = pfn_to_page(pfn);
2982
2983                         if (!--page_count) {
2984                                 touch_nmi_watchdog();
2985                                 page_count = WD_PAGE_COUNT;
2986                         }
2987
2988                         if (page_zone(page) != zone)
2989                                 continue;
2990
2991                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
2992                                 swsusp_unset_page_free(page);
2993                 }
2994
2995         for_each_migratetype_order(order, t) {
2996                 list_for_each_entry(page,
2997                                 &zone->free_area[order].free_list[t], lru) {
2998                         unsigned long i;
2999
3000                         pfn = page_to_pfn(page);
3001                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++) {
3002                                 if (!--page_count) {
3003                                         touch_nmi_watchdog();
3004                                         page_count = WD_PAGE_COUNT;
3005                                 }
3006                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
3007                         }
3008                 }
3009         }
3010         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3011 }
3012 #endif /* CONFIG_PM */
3013
3014 static bool free_unref_page_prepare(struct page *page, unsigned long pfn)
3015 {
3016         int migratetype;
3017
3018         if (!free_pcp_prepare(page))
3019                 return false;
3020
3021         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
3022         set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
3023         return true;
3024 }
3025
3026 static void free_unref_page_commit(struct page *page, unsigned long pfn)
3027 {
3028         struct zone *zone = page_zone(page);
3029         struct per_cpu_pages *pcp;
3030         int migratetype;
3031
3032         migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
3033         __count_vm_event(PGFREE);
3034
3035         /*
3036          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
3037          * Free ISOLATE pages back to the allocator because they are being
3038          * offlined but treat HIGHATOMIC as movable pages so we can get those
3039          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
3040          * excessively into the page allocator
3041          */
3042         if (migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES) {
3043                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
3044                         free_one_page(zone, page, pfn, 0, migratetype);
3045                         return;
3046                 }
3047                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
3048         }
3049
3050         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
3051         list_add(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
3052         pcp->count++;
3053         if (pcp->count >= pcp->high) {
3054                 unsigned long batch = READ_ONCE(pcp->batch);
3055                 free_pcppages_bulk(zone, batch, pcp);
3056         }
3057 }
3058
3059 /*
3060  * Free a 0-order page
3061  */
3062 void free_unref_page(struct page *page)
3063 {
3064         unsigned long flags;
3065         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
3066
3067         if (!free_unref_page_prepare(page, pfn))
3068                 return;
3069
3070         local_irq_save(flags);
3071         free_unref_page_commit(page, pfn);
3072         local_irq_restore(flags);
3073 }
3074
3075 /*
3076  * Free a list of 0-order pages
3077  */
3078 void free_unref_page_list(struct list_head *list)
3079 {
3080         struct page *page, *next;
3081         unsigned long flags, pfn;
3082         int batch_count = 0;
3083
3084         /* Prepare pages for freeing */
3085         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
3086                 pfn = page_to_pfn(page);
3087                 if (!free_unref_page_prepare(page, pfn))
3088                         list_del(&page->lru);
3089                 set_page_private(page, pfn);
3090         }
3091
3092         local_irq_save(flags);
3093         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
3094                 unsigned long pfn = page_private(page);
3095
3096                 set_page_private(page, 0);
3097                 trace_mm_page_free_batched(page);
3098                 free_unref_page_commit(page, pfn);
3099
3100                 /*
3101                  * Guard against excessive IRQ disabled times when we get
3102                  * a large list of pages to free.
3103                  */
3104                 if (++batch_count == SWAP_CLUSTER_MAX) {
3105                         local_irq_restore(flags);
3106                         batch_count = 0;
3107                         local_irq_save(flags);
3108                 }
3109         }
3110         local_irq_restore(flags);
3111 }
3112
3113 /*
3114  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
3115  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
3116  * Each sub-page must be freed individually.
3117  *
3118  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
3119  * Please consult with lkml before using this in your driver.
3120  */
3121 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
3122 {
3123         int i;
3124
3125         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
3126         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
3127
3128         for (i = 1; i < (1 << order); i++)
3129                 set_page_refcounted(page + i);
3130         split_page_owner(page, order);
3131 }
3132 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
3133
3134 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
3135 {
3136         struct free_area *area = &page_zone(page)->free_area[order];
3137         unsigned long watermark;
3138         struct zone *zone;
3139         int mt;
3140
3141         BUG_ON(!PageBuddy(page));
3142
3143         zone = page_zone(page);
3144         mt = get_pageblock_migratetype(page);
3145
3146         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
3147                 /*
3148                  * Obey watermarks as if the page was being allocated. We can
3149                  * emulate a high-order watermark check with a raised order-0
3150                  * watermark, because we already know our high-order page
3151                  * exists.
3152                  */
3153                 watermark = zone->_watermark[WMARK_MIN] + (1UL << order);
3154                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, ALLOC_CMA))
3155                         return 0;
3156
3157                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
3158         }
3159
3160         /* Remove page from free list */
3161
3162         del_page_from_free_area(page, area);
3163
3164         /*
3165          * Set the pageblock if the isolated page is at least half of a
3166          * pageblock
3167          */
3168         if (order >= pageblock_order - 1) {
3169                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
3170                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
3171                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
3172                         if (!is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt)
3173                             && !is_migrate_highatomic(mt))
3174                                 set_pageblock_migratetype(page,
3175                                                           MIGRATE_MOVABLE);
3176                 }
3177         }
3178
3179
3180         return 1UL << order;
3181 }
3182
3183 /*
3184  * Update NUMA hit/miss statistics
3185  *
3186  * Must be called with interrupts disabled.
3187  */
3188 static inline void zone_statistics(struct zone *preferred_zone, struct zone *z)
3189 {
3190 #ifdef CONFIG_NUMA
3191         enum numa_stat_item local_stat = NUMA_LOCAL;
3192
3193         /* skip numa counters update if numa stats is disabled */
3194         if (!static_branch_likely(&vm_numa_stat_key))
3195                 return;
3196
3197         if (zone_to_nid(z) != numa_node_id())
3198                 local_stat = NUMA_OTHER;
3199
3200         if (zone_to_nid(z) == zone_to_nid(preferred_zone))
3201                 __inc_numa_state(z, NUMA_HIT);
3202         else {
3203                 __inc_numa_state(z, NUMA_MISS);
3204                 __inc_numa_state(preferred_zone, NUMA_FOREIGN);
3205         }
3206         __inc_numa_state(z, local_stat);
3207 #endif
3208 }
3209
3210 /* Remove page from the per-cpu list, caller must protect the list */
3211 static struct page *__rmqueue_pcplist(struct zone *zone, int migratetype,
3212                         unsigned int alloc_flags,
3213                         struct per_cpu_pages *pcp,
3214                         struct list_head *list)
3215 {
3216         struct page *page;
3217
3218         do {
3219                 if (list_empty(list)) {
3220                         pcp->count += rmqueue_bulk(zone, 0,
3221                                         pcp->batch, list,
3222                                         migratetype, alloc_flags);
3223                         if (unlikely(list_empty(list)))
3224                                 return NULL;
3225                 }
3226
3227                 page = list_first_entry(list, struct page, lru);
3228                 list_del(&page->lru);
3229                 pcp->count--;
3230         } while (check_new_pcp(page));
3231
3232         return page;
3233 }
3234
3235 /* Lock and remove page from the per-cpu list */
3236 static struct page *rmqueue_pcplist(struct zone *preferred_zone,
3237                         struct zone *zone, gfp_t gfp_flags,
3238                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
3239 {
3240         struct per_cpu_pages *pcp;
3241         struct list_head *list;
3242         struct page *page;
3243         unsigned long flags;
3244
3245         local_irq_save(flags);
3246         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
3247         list = &pcp->lists[migratetype];
3248         page = __rmqueue_pcplist(zone,  migratetype, alloc_flags, pcp, list);
3249         if (page) {
3250                 __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1);
3251                 zone_statistics(preferred_zone, zone);
3252         }
3253         local_irq_restore(flags);
3254         return page;
3255 }
3256
3257 /*
3258  * Allocate a page from the given zone. Use pcplists for order-0 allocations.
3259  */
3260 static inline
3261 struct page *rmqueue(struct zone *preferred_zone,
3262                         struct zone *zone, unsigned int order,
3263                         gfp_t gfp_flags, unsigned int alloc_flags,
3264                         int migratetype)
3265 {
3266         unsigned long flags;
3267         struct page *page;
3268
3269         if (likely(order == 0)) {
3270                 page = rmqueue_pcplist(preferred_zone, zone, gfp_flags,
3271                                         migratetype, alloc_flags);
3272                 goto out;
3273         }
3274
3275         /*
3276          * We most definitely don't want callers attempting to
3277          * allocate greater than order-1 page units with __GFP_NOFAIL.
3278          */
3279         WARN_ON_ONCE((gfp_flags & __GFP_NOFAIL) && (order > 1));
3280         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3281
3282         do {
3283                 page = NULL;
3284                 if (alloc_flags & ALLOC_HARDER) {
3285                         page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
3286                         if (page)
3287                                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
3288                 }
3289                 if (!page)
3290                         page = __rmqueue(zone, order, migratetype, alloc_flags);
3291         } while (page && check_new_pages(page, order));
3292         spin_unlock(&zone->lock);
3293         if (!page)
3294                 goto failed;
3295         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
3296                                   get_pcppage_migratetype(page));
3297
3298         __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
3299         zone_statistics(preferred_zone, zone);
3300         local_irq_restore(flags);
3301
3302 out:
3303         /* Separate test+clear to avoid unnecessary atomics */
3304         if (test_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags)) {
3305                 clear_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
3306                 wakeup_kswapd(zone, 0, 0, zone_idx(zone));
3307         }
3308
3309         VM_BUG_ON_PAGE(page && bad_range(zone, page), page);
3310         return page;
3311
3312 failed:
3313         local_irq_restore(flags);
3314         return NULL;
3315 }
3316
3317 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
3318
3319 static struct {
3320         struct fault_attr attr;
3321
3322         bool ignore_gfp_highmem;
3323         bool ignore_gfp_reclaim;
3324         u32 min_order;
3325 } fail_page_alloc = {
3326         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
3327         .ignore_gfp_reclaim = true,
3328         .ignore_gfp_highmem = true,
3329         .min_order = 1,
3330 };
3331
3332 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
3333 {
3334         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
3335 }
3336 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
3337
3338 static bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3339 {
3340         if (order < fail_page_alloc.min_order)
3341                 return false;
3342         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3343                 return false;
3344         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
3345                 return false;
3346         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim &&
3347                         (gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3348                 return false;
3349
3350         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
3351 }
3352
3353 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
3354
3355 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
3356 {
3357         umode_t mode = S_IFREG | 0600;
3358         struct dentry *dir;
3359
3360         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
3361                                         &fail_page_alloc.attr);
3362
3363         debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
3364                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim);
3365         debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
3366                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem);
3367         debugfs_create_u32("min-order", mode, dir, &fail_page_alloc.min_order);
3368
3369         return 0;
3370 }
3371
3372 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
3373
3374 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
3375
3376 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3377
3378 static inline bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3379 {
3380         return false;
3381 }
3382
3383 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3384
3385 static noinline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3386 {
3387         return __should_fail_alloc_page(gfp_mask, order);
3388 }
3389 ALLOW_ERROR_INJECTION(should_fail_alloc_page, TRUE);
3390
3391 /*
3392  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
3393  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
3394  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
3395  * to check in the allocation paths if no pages are free.
3396  */
3397 bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3398                          int classzone_idx, unsigned int alloc_flags,
3399                          long free_pages)
3400 {
3401         long min = mark;
3402         int o;
3403         const bool alloc_harder = (alloc_flags & (ALLOC_HARDER|ALLOC_OOM));
3404
3405         /* free_pages may go negative - that's OK */
3406         free_pages -= (1 << order) - 1;
3407
3408         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
3409                 min -= min / 2;
3410
3411         /*
3412          * If the caller does not have rights to ALLOC_HARDER then subtract
3413          * the high-atomic reserves. This will over-estimate the size of the
3414          * atomic reserve but it avoids a search.
3415          */
3416         if (likely(!alloc_harder)) {
3417                 free_pages -= z->nr_reserved_highatomic;
3418         } else {
3419                 /*
3420                  * OOM victims can try even harder than normal ALLOC_HARDER
3421                  * users on the grounds that it's definitely going to be in
3422                  * the exit path shortly and free memory. Any allocation it
3423                  * makes during the free path will be small and short-lived.
3424                  */
3425                 if (alloc_flags & ALLOC_OOM)
3426                         min -= min / 2;
3427                 else
3428                         min -= min / 4;
3429         }
3430
3431
3432 #ifdef CONFIG_CMA
3433         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
3434         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
3435                 free_pages -= zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
3436 #endif
3437
3438         /*
3439          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
3440          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
3441          * even if a suitable page happened to be free.
3442          */
3443         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
3444                 return false;
3445
3446         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
3447         if (!order)
3448                 return true;
3449
3450         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
3451         for (o = order; o < MAX_ORDER; o++) {
3452                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
3453                 int mt;
3454
3455                 if (!area->nr_free)
3456                         continue;
3457
3458                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
3459                         if (!free_area_empty(area, mt))
3460                                 return true;
3461                 }
3462
3463 #ifdef CONFIG_CMA
3464                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
3465                     !free_area_empty(area, MIGRATE_CMA)) {
3466                         return true;
3467                 }
3468 #endif
3469                 if (alloc_harder &&
3470                         !list_empty(&area->free_list[MIGRATE_HIGHATOMIC]))
3471                         return true;
3472         }
3473         return false;
3474 }
3475
3476 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3477                       int classzone_idx, unsigned int alloc_flags)
3478 {
3479         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
3480                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
3481 }
3482
3483 static inline bool zone_watermark_fast(struct zone *z, unsigned int order,
3484                 unsigned long mark, int classzone_idx, unsigned int alloc_flags)
3485 {
3486         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3487         long cma_pages = 0;
3488
3489 #ifdef CONFIG_CMA
3490         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
3491         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
3492                 cma_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
3493 #endif
3494
3495         /*
3496          * Fast check for order-0 only. If this fails then the reserves
3497          * need to be calculated. There is a corner case where the check
3498          * passes but only the high-order atomic reserve are free. If
3499          * the caller is !atomic then it'll uselessly search the free
3500          * list. That corner case is then slower but it is harmless.
3501          */
3502         if (!order && (free_pages - cma_pages) > mark + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
3503                 return true;
3504
3505         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
3506                                         free_pages);
3507 }
3508
3509 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
3510                         unsigned long mark, int classzone_idx)
3511 {
3512         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3513
3514         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
3515                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
3516
3517         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, 0,
3518                                                                 free_pages);
3519 }
3520
3521 #ifdef CONFIG_NUMA
3522 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3523 {
3524         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <=
3525                                 RECLAIM_DISTANCE;
3526 }
3527 #else   /* CONFIG_NUMA */
3528 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3529 {
3530         return true;
3531 }
3532 #endif  /* CONFIG_NUMA */
3533
3534 /*
3535  * The restriction on ZONE_DMA32 as being a suitable zone to use to avoid
3536  * fragmentation is subtle. If the preferred zone was HIGHMEM then
3537  * premature use of a lower zone may cause lowmem pressure problems that
3538  * are worse than fragmentation. If the next zone is ZONE_DMA then it is
3539  * probably too small. It only makes sense to spread allocations to avoid
3540  * fragmentation between the Normal and DMA32 zones.
3541  */
3542 static inline unsigned int
3543 alloc_flags_nofragment(struct zone *zone, gfp_t gfp_mask)
3544 {
3545         unsigned int alloc_flags = 0;
3546
3547         if (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM)
3548                 alloc_flags |= ALLOC_KSWAPD;
3549
3550 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
3551         if (!zone)
3552                 return alloc_flags;
3553
3554         if (zone_idx(zone) != ZONE_NORMAL)
3555                 return alloc_flags;
3556
3557         /*
3558          * If ZONE_DMA32 exists, assume it is the one after ZONE_NORMAL and
3559          * the pointer is within zone->zone_pgdat->node_zones[]. Also assume
3560          * on UMA that if Normal is populated then so is DMA32.
3561          */
3562         BUILD_BUG_ON(ZONE_NORMAL - ZONE_DMA32 != 1);
3563         if (nr_online_nodes > 1 && !populated_zone(--zone))
3564                 return alloc_flags;
3565
3566         alloc_flags |= ALLOC_NOFRAGMENT;
3567 #endif /* CONFIG_ZONE_DMA32 */
3568         return alloc_flags;
3569 }
3570
3571 /*
3572  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
3573  * a page.
3574  */
3575 static struct page *
3576 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
3577                                                 const struct alloc_context *ac)
3578 {
3579         struct zoneref *z;
3580         struct zone *zone;
3581         struct pglist_data *last_pgdat_dirty_limit = NULL;
3582         bool no_fallback;
3583
3584 retry:
3585         /*
3586          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
3587          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
3588          */
3589         no_fallback = alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT;
3590         z = ac->preferred_zoneref;
3591         for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
3592                                                                 ac->nodemask) {
3593                 struct page *page;
3594                 unsigned long mark;
3595
3596                 if (cpusets_enabled() &&
3597                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
3598                         !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
3599                                 continue;
3600                 /*
3601                  * When allocating a page cache page for writing, we
3602                  * want to get it from a node that is within its dirty
3603                  * limit, such that no single node holds more than its
3604                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
3605                  * The dirty limits take into account the node's
3606                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
3607                  * should be able to balance it without having to
3608                  * write pages from its LRU list.
3609                  *
3610                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
3611                  * exceed the per-node dirty limit in the slowpath
3612                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
3613                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
3614                  * nodes are together not big enough to reach the
3615                  * global limit.  The proper fix for these situations
3616                  * will require awareness of nodes in the
3617                  * dirty-throttling and the flusher threads.
3618                  */
3619                 if (ac->spread_dirty_pages) {
3620                         if (last_pgdat_dirty_limit == zone->zone_pgdat)
3621                                 continue;
3622
3623                         if (!node_dirty_ok(zone->zone_pgdat)) {
3624                                 last_pgdat_dirty_limit = zone->zone_pgdat;
3625                                 continue;
3626                         }
3627                 }
3628
3629                 if (no_fallback && nr_online_nodes > 1 &&
3630                     zone != ac->preferred_zoneref->zone) {
3631                         int local_nid;
3632
3633                         /*
3634                          * If moving to a remote node, retry but allow
3635                          * fragmenting fallbacks. Locality is more important
3636                          * than fragmentation avoidance.
3637                          */
3638                         local_nid = zone_to_nid(ac->preferred_zoneref->zone);
3639                         if (zone_to_nid(zone) != local_nid) {
3640                                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
3641                                 goto retry;
3642                         }
3643                 }
3644
3645                 mark = wmark_pages(zone, alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK);
3646                 if (!zone_watermark_fast(zone, order, mark,
3647                                        ac_classzone_idx(ac), alloc_flags)) {
3648                         int ret;
3649
3650 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
3651                         /*
3652                          * Watermark failed for this zone, but see if we can
3653                          * grow this zone if it contains deferred pages.
3654                          */
3655                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
3656                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
3657                                         goto try_this_zone;
3658                         }
3659 #endif
3660                         /* Checked here to keep the fast path fast */
3661                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
3662                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
3663                                 goto try_this_zone;
3664
3665                         if (node_reclaim_mode == 0 ||
3666                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zoneref->zone, zone))
3667                                 continue;
3668
3669                         ret = node_reclaim(zone->zone_pgdat, gfp_mask, order);
3670                         switch (ret) {
3671                         case NODE_RECLAIM_NOSCAN:
3672                                 /* did not scan */
3673                                 continue;
3674                         case NODE_RECLAIM_FULL:
3675                                 /* scanned but unreclaimable */
3676                                 continue;
3677                         default:
3678                                 /* did we reclaim enough */
3679                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
3680                                                 ac_classzone_idx(ac), alloc_flags))
3681                                         goto try_this_zone;
3682
3683                                 continue;
3684                         }
3685                 }
3686
3687 try_this_zone:
3688                 page = rmqueue(ac->preferred_zoneref->zone, zone, order,
3689                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
3690                 if (page) {
3691                         prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
3692
3693                         /*
3694                          * If this is a high-order atomic allocation then check
3695                          * if the pageblock should be reserved for the future
3696                          */
3697                         if (unlikely(order && (alloc_flags & ALLOC_HARDER)))
3698                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone, order);
3699
3700                         return page;
3701                 } else {
3702 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
3703                         /* Try again if zone has deferred pages */
3704                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
3705                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
3706                                         goto try_this_zone;
3707                         }
3708 #endif
3709                 }
3710         }
3711
3712         /*
3713          * It's possible on a UMA machine to get through all zones that are
3714          * fragmented. If avoiding fragmentation, reset and try again.
3715          */
3716         if (no_fallback) {
3717                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
3718                 goto retry;
3719         }
3720
3721         return NULL;
3722 }
3723
3724 static void warn_alloc_show_mem(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
3725 {
3726         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3727         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(show_mem_rs, HZ, 1);
3728
3729         if (!__ratelimit(&show_mem_rs))
3730                 return;
3731
3732         /*
3733          * This documents exceptions given to allocations in certain
3734          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
3735          * of allowed nodes.
3736          */
3737         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3738                 if (tsk_is_oom_victim(current) ||
3739                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
3740                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3741         if (in_interrupt() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3742                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3743
3744         show_mem(filter, nodemask);
3745 }
3746
3747 void warn_alloc(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask, const char *fmt, ...)
3748 {
3749         struct va_format vaf;
3750         va_list args;
3751         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs, DEFAULT_RATELIMIT_INTERVAL,
3752                                       DEFAULT_RATELIMIT_BURST);
3753
3754         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) || !__ratelimit(&nopage_rs))
3755                 return;
3756
3757         va_start(args, fmt);
3758         vaf.fmt = fmt;
3759         vaf.va = &args;
3760         pr_warn("%s: %pV, mode:%#x(%pGg), nodemask=%*pbl",
3761                         current->comm, &vaf, gfp_mask, &gfp_mask,
3762                         nodemask_pr_args(nodemask));
3763         va_end(args);
3764
3765         cpuset_print_current_mems_allowed();
3766         pr_cont("\n");
3767         dump_stack();
3768         warn_alloc_show_mem(gfp_mask, nodemask);
3769 }
3770
3771 static inline struct page *
3772 __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3773                               unsigned int alloc_flags,
3774                               const struct alloc_context *ac)
3775 {
3776         struct page *page;
3777
3778         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3779                         alloc_flags|ALLOC_CPUSET, ac);
3780         /*
3781          * fallback to ignore cpuset restriction if our nodes
3782          * are depleted
3783          */
3784         if (!page)
3785                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3786                                 alloc_flags, ac);
3787
3788         return page;
3789 }
3790
3791 static inline struct page *
3792 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3793         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
3794 {
3795         struct oom_control oc = {
3796                 .zonelist = ac->zonelist,
3797                 .nodemask = ac->nodemask,
3798                 .memcg = NULL,
3799                 .gfp_mask = gfp_mask,
3800                 .order = order,
3801         };
3802         struct page *page;
3803
3804         *did_some_progress = 0;
3805
3806         /*
3807          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
3808          * making progress for us.
3809          */
3810         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
3811                 *did_some_progress = 1;
3812                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
3813                 return NULL;
3814         }
3815
3816         /*
3817          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
3818          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
3819          * we're still under heavy pressure. But make sure that this reclaim
3820          * attempt shall not depend on __GFP_DIRECT_RECLAIM && !__GFP_NORETRY
3821          * allocation which will never fail due to oom_lock already held.
3822          */
3823         page = get_page_from_freelist((gfp_mask | __GFP_HARDWALL) &
3824                                       ~__GFP_DIRECT_RECLAIM, order,
3825                                       ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
3826         if (page)
3827                 goto out;
3828
3829         /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
3830         if (current->flags & PF_DUMPCORE)
3831                 goto out;
3832         /* The OOM killer will not help higher order allocs */
3833         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3834                 goto out;
3835         /*
3836          * We have already exhausted all our reclaim opportunities without any
3837          * success so it is time to admit defeat. We will skip the OOM killer
3838          * because it is very likely that the caller has a more reasonable
3839          * fallback than shooting a random task.
3840          */
3841         if (gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL)
3842                 goto out;
3843         /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
3844         if (ac->high_zoneidx < ZONE_NORMAL)
3845                 goto out;
3846         if (pm_suspended_storage())
3847                 goto out;
3848         /*
3849          * XXX: GFP_NOFS allocations should rather fail than rely on
3850          * other request to make a forward progress.
3851          * We are in an unfortunate situation where out_of_memory cannot
3852          * do much for this context but let's try it to at least get
3853          * access to memory reserved if the current task is killed (see
3854          * out_of_memory). Once filesystems are ready to handle allocation
3855          * failures more gracefully we should just bail out here.
3856          */
3857
3858         /* The OOM killer may not free memory on a specific node */
3859         if (gfp_mask & __GFP_THISNODE)
3860                 goto out;
3861
3862         /* Exhausted what can be done so it's blame time */
3863         if (out_of_memory(&oc) || WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
3864                 *did_some_progress = 1;
3865
3866                 /*
3867                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
3868                  * reserves
3869                  */
3870                 if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3871                         page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order,
3872                                         ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3873         }
3874 out:
3875         mutex_unlock(&oom_lock);
3876         return page;
3877 }
3878
3879 /*
3880  * Maximum number of compaction retries wit a progress before OOM
3881  * killer is consider as the only way to move forward.
3882  */
3883 #define MAX_COMPACT_RETRIES 16
3884
3885 #ifdef CONFIG_COMPACTION
3886 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
3887 static struct page *
3888 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3889                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3890                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
3891 {
3892         struct page *page = NULL;
3893         unsigned long pflags;
3894         unsigned int noreclaim_flag;
3895
3896         if (!order)
3897                 return NULL;
3898
3899         psi_memstall_enter(&pflags);
3900         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
3901
3902         *compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3903                                                                 prio, &page);
3904
3905         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
3906         psi_memstall_leave(&pflags);
3907
3908         /*
3909          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
3910          * count a compaction stall
3911          */
3912         count_vm_event(COMPACTSTALL);
3913
3914         /* Prep a captured page if available */
3915         if (page)
3916                 prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
3917
3918         /* Try get a page from the freelist if available */
3919         if (!page)
3920                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3921
3922         if (page) {
3923                 struct zone *zone = page_zone(page);
3924
3925                 zone->compact_blockskip_flush = false;
3926                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
3927                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
3928                 return page;
3929         }
3930
3931         /*
3932          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
3933          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
3934          */
3935         count_vm_event(COMPACTFAIL);
3936
3937         cond_resched();
3938
3939         return NULL;
3940 }
3941
3942 static inline bool
3943 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, int order, int alloc_flags,
3944                      enum compact_result compact_result,
3945                      enum compact_priority *compact_priority,
3946                      int *compaction_retries)
3947 {
3948         int max_retries = MAX_COMPACT_RETRIES;
3949         int min_priority;
3950         bool ret = false;
3951         int retries = *compaction_retries;
3952         enum compact_priority priority = *compact_priority;
3953
3954         if (!order)
3955                 return false;
3956
3957         if (compaction_made_progress(compact_result))
3958                 (*compaction_retries)++;
3959
3960         /*
3961          * compaction considers all the zone as desperately out of memory
3962          * so it doesn't really make much sense to retry except when the
3963          * failure could be caused by insufficient priority
3964          */
3965         if (compaction_failed(compact_result))
3966                 goto check_priority;
3967
3968         /*
3969          * make sure the compaction wasn't deferred or didn't bail out early
3970          * due to locks contention before we declare that we should give up.
3971          * But do not retry if the given zonelist is not suitable for
3972          * compaction.
3973          */
3974         if (compaction_withdrawn(compact_result)) {
3975                 ret = compaction_zonelist_suitable(ac, order, alloc_flags);
3976                 goto out;
3977         }
3978
3979         /*
3980          * !costly requests are much more important than __GFP_RETRY_MAYFAIL
3981          * costly ones because they are de facto nofail and invoke OOM
3982          * killer to move on while costly can fail and users are ready
3983          * to cope with that. 1/4 retries is rather arbitrary but we
3984          * would need much more detailed feedback from compaction to
3985          * make a better decision.
3986          */
3987         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3988                 max_retries /= 4;
3989         if (*compaction_retries <= max_retries) {
3990                 ret = true;
3991                 goto out;
3992         }
3993
3994         /*
3995          * Make sure there are attempts at the highest priority if we exhausted
3996          * all retries or failed at the lower priorities.
3997          */
3998 check_priority:
3999         min_priority = (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) ?
4000                         MIN_COMPACT_COSTLY_PRIORITY : MIN_COMPACT_PRIORITY;
4001
4002         if (*compact_priority > min_priority) {
4003                 (*compact_priority)--;
4004                 *compaction_retries = 0;
4005                 ret = true;
4006         }
4007 out:
4008         trace_compact_retry(order, priority, compact_result, retries, max_retries, ret);
4009         return ret;
4010 }
4011 #else
4012 static inline struct page *
4013 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4014                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4015                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
4016 {
4017         *compact_result = COMPACT_SKIPPED;
4018         return NULL;
4019 }
4020
4021 static inline bool
4022 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, unsigned int order, int alloc_flags,
4023                      enum compact_result compact_result,
4024                      enum compact_priority *compact_priority,
4025                      int *compaction_retries)
4026 {
4027         struct zone *zone;
4028         struct zoneref *z;
4029
4030         if (!order || order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4031                 return false;
4032
4033         /*
4034          * There are setups with compaction disabled which would prefer to loop
4035          * inside the allocator rather than hit the oom killer prematurely.
4036          * Let's give them a good hope and keep retrying while the order-0
4037          * watermarks are OK.
4038          */
4039         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
4040                                         ac->nodemask) {
4041                 if (zone_watermark_ok(zone, 0, min_wmark_pages(zone),
4042                                         ac_classzone_idx(ac), alloc_flags))
4043                         return true;
4044         }
4045         return false;
4046 }
4047 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
4048
4049 #ifdef CONFIG_LOCKDEP
4050 static struct lockdep_map __fs_reclaim_map =
4051         STATIC_LOCKDEP_MAP_INIT("fs_reclaim", &__fs_reclaim_map);
4052
4053 static bool __need_fs_reclaim(gfp_t gfp_mask)
4054 {
4055         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4056
4057         /* no reclaim without waiting on it */
4058         if (!(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
4059                 return false;
4060
4061         /* this guy won't enter reclaim */
4062         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4063                 return false;
4064
4065         /* We're only interested __GFP_FS allocations for now */
4066         if (!(gfp_mask & __GFP_FS))
4067                 return false;
4068
4069         if (gfp_mask & __GFP_NOLOCKDEP)
4070                 return false;
4071
4072         return true;
4073 }
4074
4075 void __fs_reclaim_acquire(void)
4076 {
4077         lock_map_acquire(&__fs_reclaim_map);
4078 }
4079
4080 void __fs_reclaim_release(void)
4081 {
4082         lock_map_release(&__fs_reclaim_map);
4083 }
4084
4085 void fs_reclaim_acquire(gfp_t gfp_mask)
4086 {
4087         if (__need_fs_reclaim(gfp_mask))
4088                 __fs_reclaim_acquire();
4089 }
4090 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_acquire);
4091
4092 void fs_reclaim_release(gfp_t gfp_mask)
4093 {
4094         if (__need_fs_reclaim(gfp_mask))
4095                 __fs_reclaim_release();
4096 }
4097 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_release);
4098 #endif
4099
4100 /* Perform direct synchronous page reclaim */
4101 static int
4102 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4103                                         const struct alloc_context *ac)
4104 {
4105         struct reclaim_state reclaim_state;
4106         int progress;
4107         unsigned int noreclaim_flag;
4108         unsigned long pflags;
4109
4110         cond_resched();
4111
4112         /* We now go into synchronous reclaim */
4113         cpuset_memory_pressure_bump();
4114         psi_memstall_enter(&pflags);
4115         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
4116         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4117         reclaim_state.reclaimed_slab = 0;
4118         current->reclaim_state = &reclaim_state;
4119
4120         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
4121                                                                 ac->nodemask);
4122
4123         current->reclaim_state = NULL;
4124         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4125         fs_reclaim_release(gfp_mask);
4126         psi_memstall_leave(&pflags);
4127
4128         cond_resched();
4129
4130         return progress;
4131 }
4132
4133 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
4134 static inline struct page *
4135 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4136                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4137                 unsigned long *did_some_progress)
4138 {
4139         struct page *page = NULL;
4140         bool drained = false;
4141
4142         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
4143         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
4144                 return NULL;
4145
4146 retry:
4147         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4148
4149         /*
4150          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
4151          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
4152          * Shrink them them and try again
4153          */
4154         if (!page && !drained) {
4155                 unreserve_highatomic_pageblock(ac, false);
4156                 drain_all_pages(NULL);
4157                 drained = true;
4158                 goto retry;
4159         }
4160
4161         return page;
4162 }
4163
4164 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, gfp_t gfp_mask,
4165                              const struct alloc_context *ac)
4166 {
4167         struct zoneref *z;
4168         struct zone *zone;
4169         pg_data_t *last_pgdat = NULL;
4170         enum zone_type high_zoneidx = ac->high_zoneidx;
4171
4172         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, high_zoneidx,
4173                                         ac->nodemask) {
4174                 if (last_pgdat != zone->zone_pgdat)
4175                         wakeup_kswapd(zone, gfp_mask, order, high_zoneidx);
4176                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
4177         }
4178 }
4179
4180 static inline unsigned int
4181 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4182 {
4183         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
4184
4185         /* __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH to save a branch. */
4186         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
4187
4188         /*
4189          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
4190          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
4191          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
4192          * set both ALLOC_HARDER (__GFP_ATOMIC) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
4193          */
4194         alloc_flags |= (__force int) (gfp_mask & __GFP_HIGH);
4195
4196         if (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) {
4197                 /*
4198                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
4199                  * if it can't schedule.
4200                  */
4201                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4202                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
4203                 /*
4204                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
4205                  * comment for __cpuset_node_allowed().
4206                  */
4207                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
4208         } else if (unlikely(rt_task(current)) && !in_interrupt())
4209                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
4210
4211         if (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM)
4212                 alloc_flags |= ALLOC_KSWAPD;
4213
4214 #ifdef CONFIG_CMA
4215         if (gfpflags_to_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
4216                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
4217 #endif
4218         return alloc_flags;
4219 }
4220
4221 static bool oom_reserves_allowed(struct task_struct *tsk)
4222 {
4223         if (!tsk_is_oom_victim(tsk))
4224                 return false;
4225
4226         /*
4227          * !MMU doesn't have oom reaper so give access to memory reserves
4228          * only to the thread with TIF_MEMDIE set
4229          */
4230         if (!IS_ENABLED(CONFIG_MMU) && !test_thread_flag(TIF_MEMDIE))
4231                 return false;
4232
4233         return true;
4234 }
4235
4236 /*
4237  * Distinguish requests which really need access to full memory
4238  * reserves from oom victims which can live with a portion of it
4239  */
4240 static inline int __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4241 {
4242         if (unlikely(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4243                 return 0;
4244         if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
4245                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4246         if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
4247                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4248         if (!in_interrupt()) {
4249                 if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4250                         return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4251                 else if (oom_reserves_allowed(current))
4252                         return ALLOC_OOM;
4253         }
4254
4255         return 0;
4256 }
4257
4258 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
4259 {
4260         return !!__gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4261 }
4262
4263 /*
4264  * Checks whether it makes sense to retry the reclaim to make a forward progress
4265  * for the given allocation request.
4266  *
4267  * We give up when we either have tried MAX_RECLAIM_RETRIES in a row
4268  * without success, or when we couldn't even meet the watermark if we
4269  * reclaimed all remaining pages on the LRU lists.
4270  *
4271  * Returns true if a retry is viable or false to enter the oom path.
4272  */
4273 static inline bool
4274 should_reclaim_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned order,
4275                      struct alloc_context *ac, int alloc_flags,
4276                      bool did_some_progress, int *no_progress_loops)
4277 {
4278         struct zone *zone;
4279         struct zoneref *z;
4280         bool ret = false;
4281
4282         /*
4283          * Costly allocations might have made a progress but this doesn't mean
4284          * their order will become available due to high fragmentation so
4285          * always increment the no progress counter for them
4286          */
4287         if (did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4288                 *no_progress_loops = 0;
4289         else
4290                 (*no_progress_loops)++;
4291
4292         /*
4293          * Make sure we converge to OOM if we cannot make any progress
4294          * several times in the row.
4295          */
4296         if (*no_progress_loops > MAX_RECLAIM_RETRIES) {
4297                 /* Before OOM, exhaust highatomic_reserve */
4298                 return unreserve_highatomic_pageblock(ac, true);
4299         }
4300
4301         /*
4302          * Keep reclaiming pages while there is a chance this will lead
4303          * somewhere.  If none of the target zones can satisfy our allocation
4304          * request even if all reclaimable pages are considered then we are
4305          * screwed and have to go OOM.
4306          */
4307         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
4308                                         ac->nodemask) {
4309                 unsigned long available;
4310                 unsigned long reclaimable;
4311                 unsigned long min_wmark = min_wmark_pages(zone);
4312                 bool wmark;
4313
4314                 available = reclaimable = zone_reclaimable_pages(zone);
4315                 available += zone_page_state_snapshot(zone, NR_FREE_PAGES);
4316
4317                 /*
4318                  * Would the allocation succeed if we reclaimed all
4319                  * reclaimable pages?
4320                  */
4321                 wmark = __zone_watermark_ok(zone, order, min_wmark,
4322                                 ac_classzone_idx(ac), alloc_flags, available);
4323                 trace_reclaim_retry_zone(z, order, reclaimable,
4324                                 available, min_wmark, *no_progress_loops, wmark);
4325                 if (wmark) {
4326                         /*
4327                          * If we didn't make any progress and have a lot of
4328                          * dirty + writeback pages then we should wait for
4329                          * an IO to complete to slow down the reclaim and
4330                          * prevent from pre mature OOM
4331                          */
4332                         if (!did_some_progress) {
4333                                 unsigned long write_pending;
4334
4335                                 write_pending = zone_page_state_snapshot(zone,
4336                                                         NR_ZONE_WRITE_PENDING);
4337
4338                                 if (2 * write_pending > reclaimable) {
4339                                         congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
4340                                         return true;
4341                                 }
4342                         }
4343
4344                         ret = true;
4345                         goto out;
4346                 }
4347         }
4348
4349 out:
4350         /*
4351          * Memory allocation/reclaim might be called from a WQ context and the
4352          * current implementation of the WQ concurrency control doesn't
4353          * recognize that a particular WQ is congested if the worker thread is
4354          * looping without ever sleeping. Therefore we have to do a short sleep
4355          * here rather than calling cond_resched().
4356          */
4357         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
4358                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
4359         else
4360                 cond_resched();
4361         return ret;
4362 }
4363
4364 static inline bool
4365 check_retry_cpuset(int cpuset_mems_cookie, struct alloc_context *ac)
4366 {
4367         /*
4368          * It's possible that cpuset's mems_allowed and the nodemask from
4369          * mempolicy don't intersect. This should be normally dealt with by
4370          * policy_nodemask(), but it's possible to race with cpuset update in
4371          * such a way the check therein was true, and then it became false
4372          * before we got our cpuset_mems_cookie here.
4373          * This assumes that for all allocations, ac->nodemask can come only
4374          * from MPOL_BIND mempolicy (whose documented semantics is to be ignored
4375          * when it does not intersect with the cpuset restrictions) or the
4376          * caller can deal with a violated nodemask.
4377          */
4378         if (cpusets_enabled() && ac->nodemask &&
4379                         !cpuset_nodemask_valid_mems_allowed(ac->nodemask)) {
4380                 ac->nodemask = NULL;
4381                 return true;
4382         }
4383
4384         /*
4385          * When updating a task's mems_allowed or mempolicy nodemask, it is
4386          * possible to race with parallel threads in such a way that our
4387          * allocation can fail while the mask is being updated. If we are about
4388          * to fail, check if the cpuset changed during allocation and if so,
4389          * retry.
4390          */
4391         if (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))
4392                 return true;
4393
4394         return false;
4395 }
4396
4397 static inline struct page *
4398 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4399                                                 struct alloc_context *ac)
4400 {
4401         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
4402         const bool costly_order = order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER;
4403         struct page *page = NULL;
4404         unsigned int alloc_flags;
4405         unsigned long did_some_progress;
4406         enum compact_priority compact_priority;
4407         enum compact_result compact_result;
4408         int compaction_retries;
4409         int no_progress_loops;
4410         unsigned int cpuset_mems_cookie;
4411         int reserve_flags;
4412
4413         /*
4414          * We also sanity check to catch abuse of atomic reserves being used by
4415          * callers that are not in atomic context.
4416          */
4417         if (WARN_ON_ONCE((gfp_mask & (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)) ==
4418                                 (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)))
4419                 gfp_mask &= ~__GFP_ATOMIC;
4420
4421 retry_cpuset:
4422         compaction_retries = 0;
4423         no_progress_loops = 0;
4424         compact_priority = DEF_COMPACT_PRIORITY;
4425         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
4426
4427         /*
4428          * The fast path uses conservative alloc_flags to succeed only until
4429          * kswapd needs to be woken up, and to avoid the cost of setting up
4430          * alloc_flags precisely. So we do that now.
4431          */
4432         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
4433
4434         /*
4435          * We need to recalculate the starting point for the zonelist iterator
4436          * because we might have used different nodemask in the fast path, or
4437          * there was a cpuset modification and we are retrying - otherwise we
4438          * could end up iterating over non-eligible zones endlessly.
4439          */
4440         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4441                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
4442         if (!ac->preferred_zoneref->zone)
4443                 goto nopage;
4444
4445         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4446                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4447
4448         /*
4449          * The adjusted alloc_flags might result in immediate success, so try
4450          * that first
4451          */
4452         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4453         if (page)
4454                 goto got_pg;
4455
4456         /*
4457          * For costly allocations, try direct compaction first, as it's likely
4458          * that we have enough base pages and don't need to reclaim. For non-
4459          * movable high-order allocations, do that as well, as compaction will
4460          * try prevent permanent fragmentation by migrating from blocks of the
4461          * same migratetype.
4462          * Don't try this for allocations that are allowed to ignore
4463          * watermarks, as the ALLOC_NO_WATERMARKS attempt didn't yet happen.
4464          */
4465         if (can_direct_reclaim &&
4466                         (costly_order ||
4467                            (order > 0 && ac->migratetype != MIGRATE_MOVABLE))
4468                         && !gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_mask)) {
4469                 page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order,
4470                                                 alloc_flags, ac,
4471                                                 INIT_COMPACT_PRIORITY,
4472                                                 &compact_result);
4473                 if (page)
4474                         goto got_pg;
4475
4476                 /*
4477                  * Checks for costly allocations with __GFP_NORETRY, which
4478                  * includes THP page fault allocations
4479                  */
4480                 if (costly_order && (gfp_mask & __GFP_NORETRY)) {
4481                         /*
4482                          * If compaction is deferred for high-order allocations,
4483                          * it is because sync compaction recently failed. If
4484                          * this is the case and the caller requested a THP
4485                          * allocation, we do not want to heavily disrupt the
4486                          * system, so we fail the allocation instead of entering
4487                          * direct reclaim.
4488                          */
4489                         if (compact_result == COMPACT_DEFERRED)
4490                                 goto nopage;
4491
4492                         /*
4493                          * Looks like reclaim/compaction is worth trying, but
4494                          * sync compaction could be very expensive, so keep
4495                          * using async compaction.
4496                          */
4497                         compact_priority = INIT_COMPACT_PRIORITY;
4498                 }
4499         }
4500
4501 retry:
4502         /* Ensure kswapd doesn't accidentally go to sleep as long as we loop */
4503         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4504                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4505
4506         reserve_flags = __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4507         if (reserve_flags)
4508                 alloc_flags = reserve_flags;
4509
4510         /*
4511          * Reset the nodemask and zonelist iterators if memory policies can be
4512          * ignored. These allocations are high priority and system rather than
4513          * user oriented.
4514          */
4515         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) || reserve_flags) {
4516                 ac->nodemask = NULL;
4517                 ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4518                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
4519         }
4520
4521         /* Attempt with potentially adjusted zonelist and alloc_flags */
4522         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4523         if (page)
4524                 goto got_pg;
4525
4526         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
4527         if (!can_direct_reclaim)
4528                 goto nopage;
4529
4530         /* Avoid recursion of direct reclaim */
4531         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4532                 goto nopage;
4533
4534         /* Try direct reclaim and then allocating */
4535         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4536                                                         &did_some_progress);
4537         if (page)
4538                 goto got_pg;
4539
4540         /* Try direct compaction and then allocating */
4541         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4542                                         compact_priority, &compact_result);
4543         if (page)
4544                 goto got_pg;
4545
4546         /* Do not loop if specifically requested */
4547         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
4548                 goto nopage;
4549
4550         /*
4551          * Do not retry costly high order allocations unless they are
4552          * __GFP_RETRY_MAYFAIL
4553          */
4554         if (costly_order && !(gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL))
4555                 goto nopage;
4556
4557         if (should_reclaim_retry(gfp_mask, order, ac, alloc_flags,
4558                                  did_some_progress > 0, &no_progress_loops))
4559                 goto retry;
4560
4561         /*
4562          * It doesn't make any sense to retry for the compaction if the order-0
4563          * reclaim is not able to make any progress because the current
4564          * implementation of the compaction depends on the sufficient amount
4565          * of free memory (see __compaction_suitable)
4566          */
4567         if (did_some_progress > 0 &&
4568                         should_compact_retry(ac, order, alloc_flags,
4569                                 compact_result, &compact_priority,
4570                                 &compaction_retries))
4571                 goto retry;
4572
4573
4574         /* Deal with possible cpuset update races before we start OOM killing */
4575         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
4576                 goto retry_cpuset;
4577
4578         /* Reclaim has failed us, start killing things */
4579         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
4580         if (page)
4581                 goto got_pg;
4582
4583         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
4584         if (tsk_is_oom_victim(current) &&
4585             (alloc_flags == ALLOC_OOM ||
4586              (gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC)))
4587                 goto nopage;
4588
4589         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
4590         if (did_some_progress) {
4591                 no_progress_loops = 0;
4592                 goto retry;
4593         }
4594
4595 nopage:
4596         /* Deal with possible cpuset update races before we fail */
4597         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
4598                 goto retry_cpuset;
4599
4600         /*
4601          * Make sure that __GFP_NOFAIL request doesn't leak out and make sure
4602          * we always retry
4603          */
4604         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL) {
4605                 /*
4606                  * All existing users of the __GFP_NOFAIL are blockable, so warn
4607                  * of any new users that actually require GFP_NOWAIT
4608                  */
4609                 if (WARN_ON_ONCE(!can_direct_reclaim))
4610                         goto fail;
4611
4612                 /*
4613                  * PF_MEMALLOC request from this context is rather bizarre
4614                  * because we cannot reclaim anything and only can loop waiting
4615                  * for somebody to do a work for us
4616                  */
4617                 WARN_ON_ONCE(current->flags & PF_MEMALLOC);
4618
4619                 /*
4620                  * non failing costly orders are a hard requirement which we
4621                  * are not prepared for much so let's warn about these users
4622                  * so that we can identify them and convert them to something
4623                  * else.
4624                  */
4625                 WARN_ON_ONCE(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
4626
4627                 /*
4628                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
4629                  * reserves but do not use ALLOC_NO_WATERMARKS because this
4630                  * could deplete whole memory reserves which would just make
4631                  * the situation worse
4632                  */
4633                 page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order, ALLOC_HARDER, ac);
4634                 if (page)
4635                         goto got_pg;
4636
4637                 cond_resched();
4638                 goto retry;
4639         }
4640 fail:
4641         warn_alloc(gfp_mask, ac->nodemask,
4642                         "page allocation failure: order:%u", order);
4643 got_pg:
4644         return page;
4645 }
4646
4647 static inline bool prepare_alloc_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4648                 int preferred_nid, nodemask_t *nodemask,
4649                 struct alloc_context *ac, gfp_t *alloc_mask,
4650                 unsigned int *alloc_flags)
4651 {
4652         ac->high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
4653         ac->zonelist = node_zonelist(preferred_nid, gfp_mask);
4654         ac->nodemask = nodemask;
4655         ac->migratetype = gfpflags_to_migratetype(gfp_mask);
4656
4657         if (cpusets_enabled()) {
4658                 *alloc_mask |= __GFP_HARDWALL;
4659                 if (!ac->nodemask)
4660                         ac->nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
4661                 else
4662                         *alloc_flags |= ALLOC_CPUSET;
4663         }
4664
4665         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
4666         fs_reclaim_release(gfp_mask);
4667
4668         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM);
4669
4670         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
4671                 return false;
4672
4673         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA) && ac->migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
4674                 *alloc_flags |= ALLOC_CMA;
4675
4676         return true;
4677 }
4678
4679 /* Determine whether to spread dirty pages and what the first usable zone */
4680 static inline void finalise_ac(gfp_t gfp_mask, struct alloc_context *ac)
4681 {
4682         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
4683         ac->spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
4684
4685         /*
4686          * The preferred zone is used for statistics but crucially it is
4687          * also used as the starting point for the zonelist iterator. It
4688          * may get reset for allocations that ignore memory policies.
4689          */
4690         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4691                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
4692 }
4693
4694 /*
4695  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
4696  */
4697 struct page *
4698 __alloc_pages_nodemask(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int preferred_nid,
4699                                                         nodemask_t *nodemask)
4700 {
4701         struct page *page;
4702         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
4703         gfp_t alloc_mask; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
4704         struct alloc_context ac = { };
4705
4706         /*
4707          * There are several places where we assume that the order value is sane
4708          * so bail out early if the request is out of bound.
4709          */
4710         if (unlikely(order >= MAX_ORDER)) {
4711                 WARN_ON_ONCE(!(gfp_mask & __GFP_NOWARN));
4712                 return NULL;
4713         }
4714
4715         gfp_mask &= gfp_allowed_mask;
4716         alloc_mask = gfp_mask;
4717         if (!prepare_alloc_pages(gfp_mask, order, preferred_nid, nodemask, &ac, &alloc_mask, &alloc_flags))
4718                 return NULL;
4719
4720         finalise_ac(gfp_mask, &ac);
4721
4722         /*
4723          * Forbid the first pass from falling back to types that fragment
4724          * memory until all local zones are considered.
4725          */
4726         alloc_flags |= alloc_flags_nofragment(ac.preferred_zoneref->zone, gfp_mask);
4727
4728         /* First allocation attempt */
4729         page = get_page_from_freelist(alloc_mask, order, alloc_flags, &ac);
4730         if (likely(page))
4731                 goto out;
4732
4733         /*
4734          * Apply scoped allocation constraints. This is mainly about GFP_NOFS
4735          * resp. GFP_NOIO which has to be inherited for all allocation requests
4736          * from a particular context which has been marked by
4737          * memalloc_no{fs,io}_{save,restore}.
4738          */
4739         alloc_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4740         ac.spread_dirty_pages = false;
4741
4742         /*
4743          * Restore the original nodemask if it was potentially replaced with
4744          * &cpuset_current_mems_allowed to optimize the fast-path attempt.
4745          */
4746         if (unlikely(ac.nodemask != nodemask))
4747                 ac.nodemask = nodemask;
4748
4749         page = __alloc_pages_slowpath(alloc_mask, order, &ac);
4750
4751 out:
4752         if (memcg_kmem_enabled() && (gfp_mask & __GFP_ACCOUNT) && page &&
4753             unlikely(__memcg_kmem_charge(page, gfp_mask, order) != 0)) {
4754                 __free_pages(page, order);
4755                 page = NULL;
4756         }
4757
4758         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_mask, ac.migratetype);
4759
4760         return page;
4761 }
4762 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages_nodemask);
4763
4764 /*
4765  * Common helper functions. Never use with __GFP_HIGHMEM because the returned
4766  * address cannot represent highmem pages. Use alloc_pages and then kmap if
4767  * you need to access high mem.
4768  */
4769 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
4770 {
4771         struct page *page;
4772
4773         page = alloc_pages(gfp_mask & ~__GFP_HIGHMEM, order);
4774         if (!page)
4775                 return 0;
4776         return (unsigned long) page_address(page);
4777 }
4778 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
4779
4780 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
4781 {
4782         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
4783 }
4784 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
4785
4786 static inline void free_the_page(struct page *page, unsigned int order)
4787 {
4788         if (order == 0)         /* Via pcp? */
4789                 free_unref_page(page);
4790         else
4791                 __free_pages_ok(page, order);
4792 }
4793
4794 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
4795 {
4796         if (put_page_testzero(page))
4797                 free_the_page(page, order);
4798 }
4799 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
4800
4801 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
4802 {
4803         if (addr != 0) {
4804                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
4805                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
4806         }
4807 }
4808
4809 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
4810
4811 /*
4812  * Page Fragment:
4813  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
4814  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
4815  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
4816  *
4817  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
4818  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
4819  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
4820  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
4821  */
4822 static struct page *__page_frag_cache_refill(struct page_frag_cache *nc,
4823                                              gfp_t gfp_mask)
4824 {
4825         struct page *page = NULL;
4826         gfp_t gfp = gfp_mask;
4827
4828 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4829         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
4830                     __GFP_NOMEMALLOC;
4831         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
4832                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
4833         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
4834 #endif
4835         if (unlikely(!page))
4836                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
4837
4838         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
4839
4840         return page;
4841 }
4842
4843 void __page_frag_cache_drain(struct page *page, unsigned int count)
4844 {
4845         VM_BUG_ON_PAGE(page_ref_count(page) == 0, page);
4846
4847         if (page_ref_sub_and_test(page, count))
4848                 free_the_page(page, compound_order(page));
4849 }
4850 EXPORT_SYMBOL(__page_frag_cache_drain);
4851
4852 void *page_frag_alloc(struct page_frag_cache *nc,
4853                       unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask)
4854 {
4855         unsigned int size = PAGE_SIZE;
4856         struct page *page;
4857         int offset;
4858
4859         if (unlikely(!nc->va)) {
4860 refill:
4861                 page = __page_frag_cache_refill(nc, gfp_mask);
4862                 if (!page)
4863                         return NULL;
4864
4865 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4866                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
4867                 size = nc->size;
4868 #endif
4869                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
4870                  * This would break get_page_unless_zero() users.
4871                  */
4872                 page_ref_add(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE);
4873
4874                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
4875                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
4876                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
4877                 nc->offset = size;
4878         }
4879
4880         offset = nc->offset - fragsz;
4881         if (unlikely(offset < 0)) {
4882                 page = virt_to_page(nc->va);
4883
4884                 if (!page_ref_sub_and_test(page, nc->pagecnt_bias))
4885                         goto refill;
4886
4887 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4888                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
4889                 size = nc->size;
4890 #endif
4891                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
4892                 set_page_count(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1);
4893
4894                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
4895                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
4896                 offset = size - fragsz;
4897         }
4898
4899         nc->pagecnt_bias--;
4900         nc->offset = offset;
4901
4902         return nc->va + offset;
4903 }
4904 EXPORT_SYMBOL(page_frag_alloc);
4905
4906 /*
4907  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
4908  */
4909 void page_frag_free(void *addr)
4910 {
4911         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
4912
4913         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
4914                 free_the_page(page, compound_order(page));
4915 }
4916 EXPORT_SYMBOL(page_frag_free);
4917
4918 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
4919                 size_t size)
4920 {
4921         if (addr) {
4922                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
4923                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
4924
4925                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
4926                 while (used < alloc_end) {
4927                         free_page(used);
4928                         used += PAGE_SIZE;
4929                 }
4930         }
4931         return (void *)addr;
4932 }
4933
4934 /**
4935  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
4936  * @size: the number of bytes to allocate
4937  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
4938  *
4939  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
4940  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
4941  * allocate memory in power-of-two pages.
4942  *
4943  * This function is also limited by MAX_ORDER.
4944  *
4945  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
4946  *
4947  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
4948  */
4949 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
4950 {
4951         unsigned int order = get_order(size);
4952         unsigned long addr;
4953
4954         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_COMP))
4955                 gfp_mask &= ~__GFP_COMP;
4956
4957         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
4958         return make_alloc_exact(addr, order, size);
4959 }
4960 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
4961
4962 /**
4963  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
4964  *                         pages on a node.
4965  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
4966  * @size: the number of bytes to allocate
4967  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
4968  *
4969  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
4970  * back.
4971  *
4972  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
4973  */
4974 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
4975 {
4976         unsigned int order = get_order(size);
4977         struct page *p;
4978
4979         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_COMP))
4980                 gfp_mask &= ~__GFP_COMP;
4981
4982         p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
4983         if (!p)
4984                 return NULL;
4985         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
4986 }
4987
4988 /**
4989  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
4990  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
4991  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
4992  *
4993  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
4994  */
4995 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
4996 {
4997         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
4998         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
4999
5000         while (addr < end) {
5001                 free_page(addr);
5002                 addr += PAGE_SIZE;
5003         }
5004 }
5005 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
5006
5007 /**
5008  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
5009  * @offset: The zone index of the highest zone
5010  *
5011  * nr_free_zone_pages() counts the number of pages which are beyond the
5012  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
5013  * zone, the number of pages is calculated as:
5014  *
5015  *     nr_free_zone_pages = managed_pages - high_pages
5016  *
5017  * Return: number of pages beyond high watermark.
5018  */
5019 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
5020 {
5021         struct zoneref *z;
5022         struct zone *zone;
5023
5024         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
5025         unsigned long sum = 0;
5026
5027         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
5028
5029         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
5030                 unsigned long size = zone_managed_pages(zone);
5031                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
5032                 if (size > high)
5033                         sum += size - high;
5034         }
5035
5036         return sum;
5037 }
5038
5039 /**
5040  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
5041  *
5042  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
5043  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
5044  *
5045  * Return: number of pages beyond high watermark within ZONE_DMA and
5046  * ZONE_NORMAL.
5047  */
5048 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
5049 {
5050         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
5051 }
5052 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
5053
5054 /**
5055  * nr_free_pagecache_pages - count number of pages beyond high watermark
5056  *
5057  * nr_free_pagecache_pages() counts the number of pages which are beyond the
5058  * high watermark within all zones.
5059  *
5060  * Return: number of pages beyond high watermark within all zones.
5061  */
5062 unsigned long nr_free_pagecache_pages(void)
5063 {
5064         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
5065 }
5066
5067 static inline void show_node(struct zone *zone)
5068 {
5069         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
5070                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
5071 }
5072
5073 long si_mem_available(void)
5074 {
5075         long available;
5076         unsigned long pagecache;
5077         unsigned long wmark_low = 0;
5078         unsigned long pages[NR_LRU_LISTS];
5079         unsigned long reclaimable;
5080         struct zone *zone;
5081         int lru;
5082
5083         for (lru = LRU_BASE; lru < NR_LRU_LISTS; lru++)
5084                 pages[lru] = global_node_page_state(NR_LRU_BASE + lru);
5085
5086         for_each_zone(zone)
5087                 wmark_low += low_wmark_pages(zone);
5088
5089         /*
5090          * Estimate the amount of memory available for userspace allocations,
5091          * without causing swapping.
5092          */
5093         available = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES) - totalreserve_pages;
5094
5095         /*
5096          * Not all the page cache can be freed, otherwise the system will
5097          * start swapping. Assume at least half of the page cache, or the
5098          * low watermark worth of cache, needs to stay.
5099          */
5100         pagecache = pages[LRU_ACTIVE_FILE] + pages[LRU_INACTIVE_FILE];
5101         pagecache -= min(pagecache / 2, wmark_low);
5102         available += pagecache;
5103
5104         /*
5105          * Part of the reclaimable slab and other kernel memory consists of
5106          * items that are in use, and cannot be freed. Cap this estimate at the
5107          * low watermark.
5108          */
5109         reclaimable = global_node_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE) +
5110                         global_node_page_state(NR_KERNEL_MISC_RECLAIMABLE);
5111         available += reclaimable - min(reclaimable / 2, wmark_low);
5112
5113         if (available < 0)
5114                 available = 0;
5115         return available;
5116 }
5117 EXPORT_SYMBOL_GPL(si_mem_available);
5118
5119 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
5120 {
5121         val->totalram = totalram_pages();
5122         val->sharedram = global_node_page_state(NR_SHMEM);
5123         val->freeram = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES);
5124         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
5125         val->totalhigh = totalhigh_pages();
5126         val->freehigh = nr_free_highpages();
5127         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
5128 }
5129
5130 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
5131
5132 #ifdef CONFIG_NUMA
5133 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
5134 {
5135         int zone_type;          /* needs to be signed */
5136         unsigned long managed_pages = 0;
5137         unsigned long managed_highpages = 0;
5138         unsigned long free_highpages = 0;
5139         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5140
5141         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
5142                 managed_pages += zone_managed_pages(&pgdat->node_zones[zone_type]);
5143         val->totalram = managed_pages;
5144         val->sharedram = node_page_state(pgdat, NR_SHMEM);
5145         val->freeram = sum_zone_node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
5146 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
5147         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++) {
5148                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
5149
5150                 if (is_highmem(zone)) {
5151                         managed_highpages += zone_managed_pages(zone);
5152                         free_highpages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
5153                 }
5154         }
5155         val->totalhigh = managed_highpages;
5156         val->freehigh = free_highpages;
5157 #else
5158         val->totalhigh = managed_highpages;
5159         val->freehigh = free_highpages;
5160 #endif
5161         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
5162 }
5163 #endif
5164
5165 /*
5166  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
5167  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
5168  */
5169 static bool show_mem_node_skip(unsigned int flags, int nid, nodemask_t *nodemask)
5170 {
5171         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
5172                 return false;
5173
5174         /*
5175          * no node mask - aka implicit memory numa policy. Do not bother with
5176          * the synchronization - read_mems_allowed_begin - because we do not
5177          * have to be precise here.
5178          */
5179         if (!nodemask)
5180                 nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
5181
5182         return !node_isset(nid, *nodemask);
5183 }
5184
5185 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
5186
5187 static void show_migration_types(unsigned char type)
5188 {
5189         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
5190                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
5191                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
5192                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
5193                 [MIGRATE_HIGHATOMIC]    = 'H',
5194 #ifdef CONFIG_CMA
5195                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
5196 #endif
5197 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
5198                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
5199 #endif
5200         };
5201         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
5202         char *p = tmp;
5203         int i;
5204
5205         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
5206                 if (type & (1 << i))
5207                         *p++ = types[i];
5208         }
5209
5210         *p = '\0';
5211         printk(KERN_CONT "(%s) ", tmp);
5212 }
5213
5214 /*
5215  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
5216  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
5217  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
5218  *
5219  * Bits in @filter:
5220  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
5221  *   cpuset.
5222  */
5223 void show_free_areas(unsigned int filter, nodemask_t *nodemask)
5224 {
5225         unsigned long free_pcp = 0;
5226         int cpu;
5227         struct zone *zone;
5228         pg_data_t *pgdat;
5229
5230         for_each_populated_zone(zone) {
5231                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5232                         continue;
5233
5234                 for_each_online_cpu(cpu)
5235                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
5236         }
5237
5238         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
5239                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
5240                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu unstable:%lu\n"
5241                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
5242                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
5243                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
5244                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
5245                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
5246                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
5247                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
5248                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
5249                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
5250                 global_node_page_state(NR_UNEVICTABLE),
5251                 global_node_page_state(NR_FILE_DIRTY),
5252                 global_node_page_state(NR_WRITEBACK),
5253                 global_node_page_state(NR_UNSTABLE_NFS),
5254                 global_node_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE),
5255                 global_node_page_state(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE),
5256                 global_node_page_state(NR_FILE_MAPPED),
5257                 global_node_page_state(NR_SHMEM),
5258                 global_zone_page_state(NR_PAGETABLE),
5259                 global_zone_page_state(NR_BOUNCE),
5260                 global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES),
5261                 free_pcp,
5262                 global_zone_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
5263
5264         for_each_online_pgdat(pgdat) {
5265                 if (show_mem_node_skip(filter, pgdat->node_id, nodemask))
5266                         continue;
5267
5268                 printk("Node %d"
5269                         " active_anon:%lukB"
5270                         " inactive_anon:%lukB"
5271                         " active_file:%lukB"
5272                         " inactive_file:%lukB"
5273                         " unevictable:%lukB"
5274                         " isolated(anon):%lukB"
5275                         " isolated(file):%lukB"
5276                         " mapped:%lukB"
5277                         " dirty:%lukB"
5278                         " writeback:%lukB"
5279                         " shmem:%lukB"
5280 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5281                         " shmem_thp: %lukB"
5282                         " shmem_pmdmapped: %lukB"
5283                         " anon_thp: %lukB"
5284 #endif
5285                         " writeback_tmp:%lukB"
5286                         " unstable:%lukB"
5287                         " all_unreclaimable? %s"
5288                         "\n",
5289                         pgdat->node_id,
5290                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_ANON)),
5291                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON)),
5292                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE)),
5293                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE)),
5294                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNEVICTABLE)),
5295                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON)),
5296                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_FILE)),
5297                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_MAPPED)),
5298                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_DIRTY)),
5299                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK)),
5300                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM)),
5301 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5302                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
5303                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_PMDMAPPED)
5304                                         * HPAGE_PMD_NR),
5305                         K(node_page_state(pgdat, NR_ANON_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
5306 #endif
5307                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK_TEMP)),
5308                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNSTABLE_NFS)),
5309                         pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES ?
5310                                 "yes" : "no");
5311         }
5312
5313         for_each_populated_zone(zone) {
5314                 int i;
5315
5316                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5317                         continue;
5318
5319                 free_pcp = 0;
5320                 for_each_online_cpu(cpu)
5321                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
5322
5323                 show_node(zone);
5324                 printk(KERN_CONT
5325                         "%s"
5326                         " free:%lukB"
5327                         " min:%lukB"
5328                         " low:%lukB"
5329                         " high:%lukB"
5330                         " active_anon:%lukB"
5331                         " inactive_anon:%lukB"
5332                         " active_file:%lukB"
5333                         " inactive_file:%lukB"
5334                         " unevictable:%lukB"
5335                         " writepending:%lukB"
5336                         " present:%lukB"
5337                         " managed:%lukB"
5338                         " mlocked:%lukB"
5339                         " kernel_stack:%lukB"
5340                         " pagetables:%lukB"
5341                         " bounce:%lukB"
5342                         " free_pcp:%lukB"
5343                         " local_pcp:%ukB"
5344                         " free_cma:%lukB"
5345                         "\n",
5346                         zone->name,
5347                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
5348                         K(min_wmark_pages(zone)),
5349                         K(low_wmark_pages(zone)),
5350                         K(high_wmark_pages(zone)),
5351                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_ANON)),
5352                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_ANON)),
5353                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_FILE)),
5354                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_FILE)),
5355                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_UNEVICTABLE)),
5356                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_WRITE_PENDING)),
5357                         K(zone->present_pages),
5358                         K(zone_managed_pages(zone)),
5359                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
5360                         zone_page_state(zone, NR_KERNEL_STACK_KB),
5361                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGETABLE)),
5362                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
5363                         K(free_pcp),
5364                         K(this_cpu_read(zone->pageset->pcp.count)),
5365                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)));
5366                 printk("lowmem_reserve[]:");
5367                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
5368                         printk(KERN_CONT " %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
5369                 printk(KERN_CONT "\n");
5370         }
5371
5372         for_each_populated_zone(zone) {
5373                 unsigned int order;
5374                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, total = 0;
5375                 unsigned char types[MAX_ORDER];
5376
5377                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5378                         continue;
5379                 show_node(zone);
5380                 printk(KERN_CONT "%s: ", zone->name);
5381
5382                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
5383                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
5384                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
5385                         int type;
5386
5387                         nr[order] = area->nr_free;
5388                         total += nr[order] << order;
5389
5390                         types[order] = 0;
5391                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
5392                                 if (!free_area_empty(area, type))
5393                                         types[order] |= 1 << type;
5394                         }
5395                 }
5396                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
5397                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
5398                         printk(KERN_CONT "%lu*%lukB ",
5399                                nr[order], K(1UL) << order);
5400                         if (nr[order])
5401                                 show_migration_types(types[order]);
5402                 }
5403                 printk(KERN_CONT "= %lukB\n", K(total));
5404         }
5405
5406         hugetlb_show_meminfo();
5407
5408         printk("%ld total pagecache pages\n", global_node_page_state(NR_FILE_PAGES));
5409
5410         show_swap_cache_info();
5411 }
5412
5413 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
5414 {
5415         zoneref->zone = zone;
5416         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
5417 }
5418
5419 /*
5420  * Builds allocation fallback zone lists.
5421  *
5422  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
5423  */
5424 static int build_zonerefs_node(pg_data_t *pgdat, struct zoneref *zonerefs)
5425 {
5426         struct zone *zone;
5427         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
5428         int nr_zones = 0;
5429
5430         do {
5431                 zone_type--;
5432                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
5433                 if (managed_zone(zone)) {
5434                         zoneref_set_zone(zone, &zonerefs[nr_zones++]);
5435                         check_highest_zone(zone_type);
5436                 }
5437         } while (zone_type);
5438
5439         return nr_zones;
5440 }
5441
5442 #ifdef CONFIG_NUMA
5443
5444 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
5445 {
5446         /*
5447          * We used to support different zonlists modes but they turned
5448          * out to be just not useful. Let's keep the warning in place
5449          * if somebody still use the cmd line parameter so that we do
5450          * not fail it silently
5451          */
5452         if (!(*s == 'd' || *s == 'D' || *s == 'n' || *s == 'N')) {
5453                 pr_warn("Ignoring unsupported numa_zonelist_order value:  %s\n", s);
5454                 return -EINVAL;
5455         }
5456         return 0;
5457 }
5458
5459 static __init int setup_numa_zonelist_order(char *s)
5460 {
5461         if (!s)
5462                 return 0;
5463
5464         return __parse_numa_zonelist_order(s);
5465 }
5466 early_param("numa_zonelist_order", setup_numa_zonelist_order);
5467
5468 char numa_zonelist_order[] = "Node";
5469
5470 /*
5471  * sysctl handler for numa_zonelist_order
5472  */
5473 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
5474                 void __user *buffer, size_t *length,
5475                 loff_t *ppos)
5476 {
5477         char *str;
5478         int ret;
5479
5480         if (!write)
5481                 return proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
5482         str = memdup_user_nul(buffer, 16);
5483         if (IS_ERR(str))
5484                 return PTR_ERR(str);
5485
5486         ret = __parse_numa_zonelist_order(str);
5487         kfree(str);
5488         return ret;
5489 }
5490
5491
5492 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
5493 static int node_load[MAX_NUMNODES];
5494
5495 /**
5496  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
5497  * @node: node whose fallback list we're appending
5498  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
5499  *
5500  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
5501  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
5502  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
5503  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
5504  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
5505  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
5506  * on them otherwise.
5507  *
5508  * Return: node id of the found node or %NUMA_NO_NODE if no node is found.
5509  */
5510 static int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
5511 {
5512         int n, val;
5513         int min_val = INT_MAX;
5514         int best_node = NUMA_NO_NODE;
5515         const struct cpumask *tmp = cpumask_of_node(0);
5516
5517         /* Use the local node if we haven't already */
5518         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
5519                 node_set(node, *used_node_mask);
5520                 return node;
5521         }
5522
5523         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
5524
5525                 /* Don't want a node to appear more than once */
5526                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
5527                         continue;
5528
5529                 /* Use the distance array to find the distance */
5530                 val = node_distance(node, n);
5531
5532                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
5533                 val += (n < node);
5534
5535                 /* Give preference to headless and unused nodes */
5536                 tmp = cpumask_of_node(n);
5537                 if (!cpumask_empty(tmp))
5538                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
5539
5540                 /* Slight preference for less loaded node */
5541                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
5542                 val += node_load[n];
5543
5544                 if (val < min_val) {
5545                         min_val = val;
5546                         best_node = n;
5547                 }
5548         }
5549
5550         if (best_node >= 0)
5551                 node_set(best_node, *used_node_mask);
5552
5553         return best_node;
5554 }
5555
5556
5557 /*
5558  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
5559  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
5560  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
5561  */
5562 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int *node_order,
5563                 unsigned nr_nodes)
5564 {
5565         struct zoneref *zonerefs;
5566         int i;
5567
5568         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
5569
5570         for (i = 0; i < nr_nodes; i++) {
5571                 int nr_zones;
5572
5573                 pg_data_t *node = NODE_DATA(node_order[i]);
5574
5575                 nr_zones = build_zonerefs_node(node, zonerefs);
5576                 zonerefs += nr_zones;
5577         }
5578         zonerefs->zone = NULL;
5579         zonerefs->zone_idx = 0;
5580 }
5581
5582 /*
5583  * Build gfp_thisnode zonelists
5584  */
5585 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5586 {
5587         struct zoneref *zonerefs;
5588         int nr_zones;
5589
5590         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_NOFALLBACK]._zonerefs;
5591         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
5592         zonerefs += nr_zones;
5593         zonerefs->zone = NULL;
5594         zonerefs->zone_idx = 0;
5595 }
5596
5597 /*
5598  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
5599  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
5600  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
5601  * may still exist in local DMA zone.
5602  */
5603
5604 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5605 {
5606         static int node_order[MAX_NUMNODES];
5607         int node, load, nr_nodes = 0;
5608         nodemask_t used_mask;
5609         int local_node, prev_node;
5610
5611         /* NUMA-aware ordering of nodes */
5612         local_node = pgdat->node_id;
5613         load = nr_online_nodes;
5614         prev_node = local_node;
5615         nodes_clear(used_mask);
5616
5617         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
5618         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
5619                 /*
5620                  * We don't want to pressure a particular node.
5621                  * So adding penalty to the first node in same
5622                  * distance group to make it round-robin.
5623                  */
5624                 if (node_distance(local_node, node) !=
5625                     node_distance(local_node, prev_node))
5626                         node_load[node] = load;
5627
5628                 node_order[nr_nodes++] = node;
5629                 prev_node = node;
5630                 load--;
5631         }
5632
5633         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node_order, nr_nodes);
5634         build_thisnode_zonelists(pgdat);
5635 }
5636
5637 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5638 /*
5639  * Return node id of node used for "local" allocations.
5640  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
5641  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
5642  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
5643  */
5644 int local_memory_node(int node)
5645 {
5646         struct zoneref *z;
5647
5648         z = first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
5649                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
5650                                    NULL);
5651         return zone_to_nid(z->zone);
5652 }
5653 #endif
5654
5655 static void setup_min_unmapped_ratio(void);
5656 static void setup_min_slab_ratio(void);
5657 #else   /* CONFIG_NUMA */
5658
5659 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5660 {
5661         int node, local_node;
5662         struct zoneref *zonerefs;
5663         int nr_zones;
5664
5665         local_node = pgdat->node_id;
5666
5667         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
5668         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
5669         zonerefs += nr_zones;
5670
5671         /*
5672          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
5673          * of all the other nodes.
5674          * We don't want to pressure a particular node, so when
5675          * building the zones for node N, we make sure that the
5676          * zones coming right after the local ones are those from
5677          * node N+1 (modulo N)
5678          */
5679         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
5680                 if (!node_online(node))
5681                         continue;
5682                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
5683                 zonerefs += nr_zones;
5684         }
5685         for (node = 0; node < local_node; node++) {
5686                 if (!node_online(node))
5687                         continue;
5688                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
5689                 zonerefs += nr_zones;
5690         }
5691
5692         zonerefs->zone = NULL;
5693         zonerefs->zone_idx = 0;
5694 }
5695
5696 #endif  /* CONFIG_NUMA */
5697
5698 /*
5699  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
5700  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
5701  * that an item put on a list will immediately be handed over to
5702  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
5703  * with interrupts disabled.
5704  *
5705  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
5706  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
5707  * hotplugged processors.
5708  *
5709  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
5710  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
5711  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
5712  */
5713 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch);
5714 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pageset, boot_pageset);
5715 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_nodestat, boot_nodestats);
5716
5717 static void __build_all_zonelists(void *data)
5718 {
5719         int nid;
5720         int __maybe_unused cpu;
5721         pg_data_t *self = data;
5722         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
5723
5724         spin_lock(&lock);
5725
5726 #ifdef CONFIG_NUMA
5727         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
5728 #endif
5729
5730         /*
5731          * This node is hotadded and no memory is yet present.   So just
5732          * building zonelists is fine - no need to touch other nodes.
5733          */
5734         if (self && !node_online(self->node_id)) {
5735                 build_zonelists(self);
5736         } else {
5737                 for_each_online_node(nid) {
5738                         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5739
5740                         build_zonelists(pgdat);
5741                 }
5742
5743 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5744                 /*
5745                  * We now know the "local memory node" for each node--
5746                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
5747                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
5748                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
5749                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
5750                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
5751                  */
5752                 for_each_online_cpu(cpu)
5753                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
5754 #endif
5755         }
5756
5757         spin_unlock(&lock);
5758 }
5759
5760 static noinline void __init
5761 build_all_zonelists_init(void)
5762 {
5763         int cpu;
5764
5765         __build_all_zonelists(NULL);
5766
5767         /*
5768          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
5769          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
5770          * each zone will be allocated later when the per cpu
5771          * allocator is available.
5772          *
5773          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
5774          * cpus if the system is already booted because the pagesets
5775          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
5776          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
5777          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
5778          * (a chicken-egg dilemma).
5779          */
5780         for_each_possible_cpu(cpu)
5781                 setup_pageset(&per_cpu(boot_pageset, cpu), 0);
5782
5783         mminit_verify_zonelist();
5784         cpuset_init_current_mems_allowed();
5785 }
5786
5787 /*
5788  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
5789  *
5790  * __ref due to call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
5791  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
5792  */
5793 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5794 {
5795         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
5796                 build_all_zonelists_init();
5797         } else {
5798                 __build_all_zonelists(pgdat);
5799                 /* cpuset refresh routine should be here */
5800         }
5801         vm_total_pages = nr_free_pagecache_pages();
5802         /*
5803          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
5804          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
5805          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
5806          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
5807          * disabled and enable it later
5808          */
5809         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
5810                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
5811         else
5812                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
5813
5814         pr_info("Built %u zonelists, mobility grouping %s.  Total pages: %ld\n",
5815                 nr_online_nodes,
5816                 page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
5817                 vm_total_pages);
5818 #ifdef CONFIG_NUMA
5819         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
5820 #endif
5821 }
5822
5823 /* If zone is ZONE_MOVABLE but memory is mirrored, it is an overlapped init */
5824 static bool __meminit
5825 overlap_memmap_init(unsigned long zone, unsigned long *pfn)
5826 {
5827 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5828         static struct memblock_region *r;
5829
5830         if (mirrored_kernelcore && zone == ZONE_MOVABLE) {
5831                 if (!r || *pfn >= memblock_region_memory_end_pfn(r)) {
5832                         for_each_memblock(memory, r) {
5833                                 if (*pfn < memblock_region_memory_end_pfn(r))
5834                                         break;
5835                         }
5836                 }
5837                 if (*pfn >= memblock_region_memory_base_pfn(r) &&
5838                     memblock_is_mirror(r)) {
5839                         *pfn = memblock_region_memory_end_pfn(r);
5840                         return true;
5841                 }
5842         }
5843 #endif
5844         return false;
5845 }
5846
5847 /*
5848  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
5849  * up by memblock_free_all() once the early boot process is
5850  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
5851  */
5852 void __meminit memmap_init_zone(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
5853                 unsigned long start_pfn, enum memmap_context context,
5854                 struct vmem_altmap *altmap)
5855 {
5856         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + size;
5857         struct page *page;
5858
5859         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
5860                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
5861
5862 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
5863         /*
5864          * Honor reservation requested by the driver for this ZONE_DEVICE
5865          * memory. We limit the total number of pages to initialize to just
5866          * those that might contain the memory mapping. We will defer the
5867          * ZONE_DEVICE page initialization until after we have released
5868          * the hotplug lock.
5869          */
5870         if (zone == ZONE_DEVICE) {
5871                 if (!altmap)
5872                         return;
5873
5874                 if (start_pfn == altmap->base_pfn)
5875                         start_pfn += altmap->reserve;
5876                 end_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
5877         }
5878 #endif
5879
5880         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
5881                 /*
5882                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s handed to this
5883                  * function.  They do not exist on hotplugged memory.
5884                  */
5885                 if (context == MEMMAP_EARLY) {
5886                         if (!early_pfn_valid(pfn))
5887                                 continue;
5888                         if (!early_pfn_in_nid(pfn, nid))
5889                                 continue;
5890                         if (overlap_memmap_init(zone, &pfn))
5891                                 continue;
5892                         if (defer_init(nid, pfn, end_pfn))
5893                                 break;
5894                 }
5895
5896                 page = pfn_to_page(pfn);
5897                 __init_single_page(page, pfn, zone, nid);
5898                 if (context == MEMMAP_HOTPLUG)
5899                         __SetPageReserved(page);
5900
5901                 /*
5902                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
5903                  * movable at startup. This will force kernel allocations
5904                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
5905                  * the address space during boot when many long-lived
5906                  * kernel allocations are made.
5907                  *
5908                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
5909                  * can be created for invalid pages (for alignment)
5910                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
5911                  * pfn out of zone.
5912                  */
5913                 if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1))) {
5914                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
5915                         cond_resched();
5916                 }
5917         }
5918 }
5919
5920 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
5921 void __ref memmap_init_zone_device(struct zone *zone,
5922                                    unsigned long start_pfn,
5923                                    unsigned long size,
5924                                    struct dev_pagemap *pgmap)
5925 {
5926         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + size;
5927         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
5928         unsigned long zone_idx = zone_idx(zone);
5929         unsigned long start = jiffies;
5930         int nid = pgdat->node_id;
5931
5932         if (WARN_ON_ONCE(!pgmap || !is_dev_zone(zone)))
5933                 return;
5934
5935         /*
5936          * The call to memmap_init_zone should have already taken care
5937          * of the pages reserved for the memmap, so we can just jump to
5938          * the end of that region and start processing the device pages.
5939          */
5940         if (pgmap->altmap_valid) {
5941                 struct vmem_altmap *altmap = &pgmap->altmap;
5942
5943                 start_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
5944                 size = end_pfn - start_pfn;
5945         }
5946
5947         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
5948                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
5949
5950                 __init_single_page(page, pfn, zone_idx, nid);
5951
5952                 /*
5953                  * Mark page reserved as it will need to wait for onlining
5954                  * phase for it to be fully associated with a zone.
5955                  *
5956                  * We can use the non-atomic __set_bit operation for setting
5957                  * the flag as we are still initializing the pages.
5958                  */
5959                 __SetPageReserved(page);
5960
5961                 /*
5962                  * ZONE_DEVICE pages union ->lru with a ->pgmap back
5963                  * pointer and hmm_data.  It is a bug if a ZONE_DEVICE
5964                  * page is ever freed or placed on a driver-private list.
5965                  */
5966                 page->pgmap = pgmap;
5967                 page->hmm_data = 0;
5968
5969                 /*
5970                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
5971                  * movable at startup. This will force kernel allocations
5972                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
5973                  * the address space during boot when many long-lived
5974                  * kernel allocations are made.
5975                  *
5976                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
5977                  * can be created for invalid pages (for alignment)
5978                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
5979                  * pfn out of zone.
5980                  *
5981                  * Please note that MEMMAP_HOTPLUG path doesn't clear memmap
5982                  * because this is done early in sparse_add_one_section
5983                  */
5984                 if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1))) {
5985                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
5986                         cond_resched();
5987                 }
5988         }
5989
5990         pr_info("%s initialised, %lu pages in %ums\n", dev_name(pgmap->dev),
5991                 size, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
5992 }
5993
5994 #endif
5995 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
5996 {
5997         unsigned int order, t;
5998         for_each_migratetype_order(order, t) {
5999                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
6000                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
6001         }
6002 }
6003
6004 void __meminit __weak memmap_init(unsigned long size, int nid,
6005                                   unsigned long zone, unsigned long start_pfn)
6006 {
6007         memmap_init_zone(size, nid, zone, start_pfn, MEMMAP_EARLY, NULL);
6008 }
6009
6010 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
6011 {
6012 #ifdef CONFIG_MMU
6013         int batch;
6014
6015         /*
6016          * The per-cpu-pages pools are set to around 1000th of the
6017          * size of the zone.
6018          */
6019         batch = zone_managed_pages(zone) / 1024;
6020         /* But no more than a meg. */
6021         if (batch * PAGE_SIZE > 1024 * 1024)
6022                 batch = (1024 * 1024) / PAGE_SIZE;
6023         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
6024         if (batch < 1)
6025                 batch = 1;
6026
6027         /*
6028          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
6029          * of 2 value was found to be more likely to have
6030          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
6031          *
6032          * For example if 2 tasks are alternately allocating
6033          * batches of pages, one task can end up with a lot
6034          * of pages of one half of the possible page colors
6035          * and the other with pages of the other colors.
6036          */
6037         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
6038
6039         return batch;
6040
6041 #else
6042         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
6043          * conditions.
6044          *
6045          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
6046          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
6047          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
6048          *
6049          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
6050          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
6051          * can be a significant delay between the individual batches being
6052          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
6053          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
6054          */
6055         return 0;
6056 #endif
6057 }
6058
6059 /*
6060  * pcp->high and pcp->batch values are related and dependent on one another:
6061  * ->batch must never be higher then ->high.
6062  * The following function updates them in a safe manner without read side
6063  * locking.
6064  *
6065  * Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they can cope with
6066  * those fields changing asynchronously (acording the the above rule).
6067  *
6068  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
6069  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
6070  * exist).
6071  */
6072 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
6073                 unsigned long batch)
6074 {
6075        /* start with a fail safe value for batch */
6076         pcp->batch = 1;
6077         smp_wmb();
6078
6079        /* Update high, then batch, in order */
6080         pcp->high = high;
6081         smp_wmb();
6082
6083         pcp->batch = batch;
6084 }
6085
6086 /* a companion to pageset_set_high() */
6087 static void pageset_set_batch(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
6088 {
6089         pageset_update(&p->pcp, 6 * batch, max(1UL, 1 * batch));
6090 }
6091
6092 static void pageset_init(struct per_cpu_pageset *p)
6093 {
6094         struct per_cpu_pages *pcp;
6095         int migratetype;
6096
6097         memset(p, 0, sizeof(*p));
6098
6099         pcp = &p->pcp;
6100         for (migratetype = 0; migratetype < MIGRATE_PCPTYPES; migratetype++)
6101                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[migratetype]);
6102 }
6103
6104 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
6105 {
6106         pageset_init(p);
6107         pageset_set_batch(p, batch);
6108 }
6109
6110 /*
6111  * pageset_set_high() sets the high water mark for hot per_cpu_pagelist
6112  * to the value high for the pageset p.
6113  */
6114 static void pageset_set_high(struct per_cpu_pageset *p,
6115                                 unsigned long high)
6116 {
6117         unsigned long batch = max(1UL, high / 4);
6118         if ((high / 4) > (PAGE_SHIFT * 8))
6119                 batch = PAGE_SHIFT * 8;
6120
6121         pageset_update(&p->pcp, high, batch);
6122 }
6123
6124 static void pageset_set_high_and_batch(struct zone *zone,
6125                                        struct per_cpu_pageset *pcp)
6126 {
6127         if (percpu_pagelist_fraction)
6128                 pageset_set_high(pcp,
6129                         (zone_managed_pages(zone) /
6130                                 percpu_pagelist_fraction));
6131         else
6132                 pageset_set_batch(pcp, zone_batchsize(zone));
6133 }
6134
6135 static void __meminit zone_pageset_init(struct zone *zone, int cpu)
6136 {
6137         struct per_cpu_pageset *pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
6138
6139         pageset_init(pcp);
6140         pageset_set_high_and_batch(zone, pcp);
6141 }
6142
6143 void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
6144 {
6145         int cpu;
6146         zone->pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pageset);
6147         for_each_possible_cpu(cpu)
6148                 zone_pageset_init(zone, cpu);
6149 }
6150
6151 /*
6152  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
6153  * Before this call only boot pagesets were available.
6154  */
6155 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
6156 {
6157         struct pglist_data *pgdat;
6158         struct zone *zone;
6159
6160         for_each_populated_zone(zone)
6161                 setup_zone_pageset(zone);
6162
6163         for_each_online_pgdat(pgdat)
6164                 pgdat->per_cpu_nodestats =
6165                         alloc_percpu(struct per_cpu_nodestat);
6166 }
6167
6168 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
6169 {
6170         /*
6171          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
6172          * relies on the ability of the linker to provide the
6173          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
6174          */
6175         zone->pageset = &boot_pageset;
6176
6177         if (populated_zone(zone))
6178                 printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n",
6179                         zone->name, zone->present_pages,
6180                                          zone_batchsize(zone));
6181 }
6182
6183 void __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
6184                                         unsigned long zone_start_pfn,
6185                                         unsigned long size)
6186 {
6187         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
6188         int zone_idx = zone_idx(zone) + 1;
6189
6190         if (zone_idx > pgdat->nr_zones)
6191                 pgdat->nr_zones = zone_idx;
6192
6193         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
6194
6195         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
6196                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
6197                         pgdat->node_id,
6198                         (unsigned long)zone_idx(zone),
6199                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
6200
6201         zone_init_free_lists(zone);
6202         zone->initialized = 1;
6203 }
6204
6205 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
6206 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID
6207
6208 /*
6209  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
6210  */
6211 int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn,
6212                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
6213 {
6214         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6215         int nid;
6216
6217         if (state->last_start <= pfn && pfn < state->last_end)
6218                 return state->last_nid;
6219
6220         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
6221         if (nid != NUMA_NO_NODE) {
6222                 state->last_start = start_pfn;
6223                 state->last_end = end_pfn;
6224                 state->last_nid = nid;
6225         }
6226
6227         return nid;
6228 }
6229 #endif /* CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID */
6230
6231 /**
6232  * free_bootmem_with_active_regions - Call memblock_free_early_nid for each active range
6233  * @nid: The node to free memory on. If MAX_NUMNODES, all nodes are freed.
6234  * @max_low_pfn: The highest PFN that will be passed to memblock_free_early_nid
6235  *
6236  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes
6237  * and may be freed, this this function may be used instead of calling
6238  * memblock_free_early_nid() manually.
6239  */
6240 void __init free_bootmem_with_active_regions(int nid, unsigned long max_low_pfn)
6241 {
6242         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6243         int i, this_nid;
6244
6245         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid) {
6246                 start_pfn = min(start_pfn, max_low_pfn);
6247                 end_pfn = min(end_pfn, max_low_pfn);
6248
6249                 if (start_pfn < end_pfn)
6250                         memblock_free_early_nid(PFN_PHYS(start_pfn),
6251                                         (end_pfn - start_pfn) << PAGE_SHIFT,
6252                                         this_nid);
6253         }
6254 }
6255
6256 /**
6257  * sparse_memory_present_with_active_regions - Call memory_present for each active range
6258  * @nid: The node to call memory_present for. If MAX_NUMNODES, all nodes will be used.
6259  *
6260  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes and may
6261  * be freed, this function may be used instead of calling memory_present() manually.
6262  */
6263 void __init sparse_memory_present_with_active_regions(int nid)
6264 {
6265         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6266         int i, this_nid;
6267
6268         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid)
6269                 memory_present(this_nid, start_pfn, end_pfn);
6270 }
6271
6272 /**
6273  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
6274  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
6275  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
6276  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
6277  *
6278  * It returns the start and end page frame of a node based on information
6279  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
6280  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
6281  * PFNs will be 0.
6282  */
6283 void __init get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
6284                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
6285 {
6286         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
6287         int i;
6288
6289         *start_pfn = -1UL;
6290         *end_pfn = 0;
6291
6292         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
6293                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
6294                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
6295         }
6296
6297         if (*start_pfn == -1UL)
6298                 *start_pfn = 0;
6299 }
6300
6301 /*
6302  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
6303  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
6304  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
6305  */
6306 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
6307 {
6308         int zone_index;
6309         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
6310                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
6311                         continue;
6312
6313                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
6314                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
6315                         break;
6316         }
6317
6318         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
6319         movable_zone = zone_index;
6320 }
6321
6322 /*
6323  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
6324  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
6325  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
6326  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
6327  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
6328  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
6329  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
6330  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
6331  */
6332 static void __init adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
6333                                         unsigned long zone_type,
6334                                         unsigned long node_start_pfn,
6335                                         unsigned long node_end_pfn,
6336                                         unsigned long *zone_start_pfn,
6337                                         unsigned long *zone_end_pfn)
6338 {
6339         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
6340         if (zone_movable_pfn[nid]) {
6341                 /* Size ZONE_MOVABLE */
6342                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
6343                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
6344                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
6345                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
6346
6347                 /* Adjust for ZONE_MOVABLE starting within this range */
6348                 } else if (!mirrored_kernelcore &&
6349                         *zone_start_pfn < zone_movable_pfn[nid] &&
6350                         *zone_end_pfn > zone_movable_pfn[nid]) {
6351                         *zone_end_pfn = zone_movable_pfn[nid];
6352
6353                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
6354                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
6355                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
6356         }
6357 }
6358
6359 /*
6360  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
6361  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
6362  */
6363 static unsigned long __init zone_spanned_pages_in_node(int nid,
6364                                         unsigned long zone_type,
6365                                         unsigned long node_start_pfn,
6366                                         unsigned long node_end_pfn,
6367                                         unsigned long *zone_start_pfn,
6368                                         unsigned long *zone_end_pfn,
6369                                         unsigned long *ignored)
6370 {
6371         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
6372         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
6373         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
6374         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
6375                 return 0;
6376
6377         /* Get the start and end of the zone */
6378         *zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
6379         *zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
6380         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
6381                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
6382                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6383
6384         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
6385         if (*zone_end_pfn < node_start_pfn || *zone_start_pfn > node_end_pfn)
6386                 return 0;
6387
6388         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
6389         *zone_end_pfn = min(*zone_end_pfn, node_end_pfn);
6390         *zone_start_pfn = max(*zone_start_pfn, node_start_pfn);
6391
6392         /* Return the spanned pages */
6393         return *zone_end_pfn - *zone_start_pfn;
6394 }
6395
6396 /*
6397  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
6398  * then all holes in the requested range will be accounted for.
6399  */
6400 unsigned long __init __absent_pages_in_range(int nid,
6401                                 unsigned long range_start_pfn,
6402                                 unsigned long range_end_pfn)
6403 {
6404         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
6405         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6406         int i;
6407
6408         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
6409                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
6410                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
6411                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
6412         }
6413         return nr_absent;
6414 }
6415
6416 /**
6417  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
6418  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
6419  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
6420  *
6421  * Return: the number of pages frames in memory holes within a range.
6422  */
6423 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
6424                                                         unsigned long end_pfn)
6425 {
6426         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
6427 }
6428
6429 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
6430 static unsigned long __init zone_absent_pages_in_node(int nid,
6431                                         unsigned long zone_type,
6432                                         unsigned long node_start_pfn,
6433                                         unsigned long node_end_pfn,
6434                                         unsigned long *ignored)
6435 {
6436         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
6437         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
6438         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
6439         unsigned long nr_absent;
6440
6441         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
6442         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
6443                 return 0;
6444
6445         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
6446         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
6447
6448         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
6449                         node_start_pfn, node_end_pfn,
6450                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
6451         nr_absent = __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6452
6453         /*
6454          * ZONE_MOVABLE handling.
6455          * Treat pages to be ZONE_MOVABLE in ZONE_NORMAL as absent pages
6456          * and vice versa.
6457          */
6458         if (mirrored_kernelcore && zone_movable_pfn[nid]) {
6459                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
6460                 struct memblock_region *r;
6461
6462                 for_each_memblock(memory, r) {
6463                         start_pfn = clamp(memblock_region_memory_base_pfn(r),
6464                                           zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6465                         end_pfn = clamp(memblock_region_memory_end_pfn(r),
6466                                         zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6467
6468                         if (zone_type == ZONE_MOVABLE &&
6469                             memblock_is_mirror(r))
6470                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
6471
6472                         if (zone_type == ZONE_NORMAL &&
6473                             !memblock_is_mirror(r))
6474                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
6475                 }
6476         }
6477
6478         return nr_absent;
6479 }
6480
6481 #else /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6482 static inline unsigned long __init zone_spanned_pages_in_node(int nid,
6483                                         unsigned long zone_type,
6484                                         unsigned long node_start_pfn,
6485                                         unsigned long node_end_pfn,
6486                                         unsigned long *zone_start_pfn,
6487                                         unsigned long *zone_end_pfn,
6488                                         unsigned long *zones_size)
6489 {
6490         unsigned int zone;
6491
6492         *zone_start_pfn = node_start_pfn;
6493         for (zone = 0; zone < zone_type; zone++)
6494                 *zone_start_pfn += zones_size[zone];
6495
6496         *zone_end_pfn = *zone_start_pfn + zones_size[zone_type];
6497
6498         return zones_size[zone_type];
6499 }
6500
6501 static inline unsigned long __init zone_absent_pages_in_node(int nid,
6502                                                 unsigned long zone_type,
6503                                                 unsigned long node_start_pfn,
6504                                                 unsigned long node_end_pfn,
6505                                                 unsigned long *zholes_size)
6506 {
6507         if (!zholes_size)
6508                 return 0;
6509
6510         return zholes_size[zone_type];
6511 }
6512
6513 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6514
6515 static void __init calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
6516                                                 unsigned long node_start_pfn,
6517                                                 unsigned long node_end_pfn,
6518                                                 unsigned long *zones_size,
6519                                                 unsigned long *zholes_size)
6520 {
6521         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
6522         enum zone_type i;
6523
6524         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6525                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
6526                 unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
6527                 unsigned long size, real_size;
6528
6529                 size = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
6530                                                   node_start_pfn,
6531                                                   node_end_pfn,
6532                                                   &zone_start_pfn,
6533                                                   &zone_end_pfn,
6534                                                   zones_size);
6535                 real_size = size - zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
6536                                                   node_start_pfn, node_end_pfn,
6537                                                   zholes_size);
6538                 if (size)
6539                         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
6540                 else
6541                         zone->zone_start_pfn = 0;
6542                 zone->spanned_pages = size;
6543                 zone->present_pages = real_size;
6544
6545                 totalpages += size;
6546                 realtotalpages += real_size;
6547         }
6548
6549         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
6550         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
6551         printk(KERN_DEBUG "On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id,
6552                                                         realtotalpages);
6553 }
6554
6555 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
6556 /*
6557  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
6558  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
6559  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
6560  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
6561  * bytes.
6562  */
6563 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
6564 {
6565         unsigned long usemapsize;
6566
6567         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
6568         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
6569         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
6570         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
6571         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
6572
6573         return usemapsize / 8;
6574 }
6575
6576 static void __ref setup_usemap(struct pglist_data *pgdat,
6577                                 struct zone *zone,
6578                                 unsigned long zone_start_pfn,
6579                                 unsigned long zonesize)
6580 {
6581         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone_start_pfn, zonesize);
6582         zone->pageblock_flags = NULL;
6583         if (usemapsize) {
6584                 zone->pageblock_flags =
6585                         memblock_alloc_node(usemapsize, SMP_CACHE_BYTES,
6586                                             pgdat->node_id);
6587                 if (!zone->pageblock_flags)
6588                         panic("Failed to allocate %ld bytes for zone %s pageblock flags on node %d\n",
6589                               usemapsize, zone->name, pgdat->node_id);
6590         }
6591 }
6592 #else
6593 static inline void setup_usemap(struct pglist_data *pgdat, struct zone *zone,
6594                                 unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize) {}
6595 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
6596
6597 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
6598
6599 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
6600 void __init set_pageblock_order(void)
6601 {
6602         unsigned int order;
6603
6604         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
6605         if (pageblock_order)
6606                 return;
6607
6608         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT)
6609                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
6610         else
6611                 order = MAX_ORDER - 1;
6612
6613         /*
6614          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
6615          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
6616          * powerpc.
6617          */
6618         pageblock_order = order;
6619 }
6620 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
6621
6622 /*
6623  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
6624  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
6625  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
6626  * the kernel config
6627  */
6628 void __init set_pageblock_order(void)
6629 {
6630 }
6631
6632 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
6633
6634 static unsigned long __init calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
6635                                                 unsigned long present_pages)
6636 {
6637         unsigned long pages = spanned_pages;
6638
6639         /*
6640          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
6641          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
6642          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
6643          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
6644          * populated regions may not be naturally aligned on page boundary.
6645          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
6646          */
6647         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
6648             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
6649                 pages = present_pages;
6650
6651         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
6652 }
6653
6654 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
6655 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat)
6656 {
6657         spin_lock_init(&pgdat->split_queue_lock);
6658         INIT_LIST_HEAD(&pgdat->split_queue);
6659         pgdat->split_queue_len = 0;
6660 }
6661 #else
6662 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat) {}
6663 #endif
6664
6665 #ifdef CONFIG_COMPACTION
6666 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat)
6667 {
6668         init_waitqueue_head(&pgdat->kcompactd_wait);
6669 }
6670 #else
6671 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat) {}
6672 #endif
6673
6674 static void __meminit pgdat_init_internals(struct pglist_data *pgdat)
6675 {
6676         pgdat_resize_init(pgdat);
6677
6678         pgdat_init_split_queue(pgdat);
6679         pgdat_init_kcompactd(pgdat);
6680
6681         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
6682         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
6683
6684         pgdat_page_ext_init(pgdat);
6685         spin_lock_init(&pgdat->lru_lock);
6686         lruvec_init(node_lruvec(pgdat));
6687 }
6688
6689 static void __meminit zone_init_internals(struct zone *zone, enum zone_type idx, int nid,
6690                                                         unsigned long remaining_pages)
6691 {
6692         atomic_long_set(&zone->managed_pages, remaining_pages);
6693         zone_set_nid(zone, nid);
6694         zone->name = zone_names[idx];
6695         zone->zone_pgdat = NODE_DATA(nid);
6696         spin_lock_init(&zone->lock);
6697         zone_seqlock_init(zone);
6698         zone_pcp_init(zone);
6699 }
6700
6701 /*
6702  * Set up the zone data structures
6703  * - init pgdat internals
6704  * - init all zones belonging to this node
6705  *
6706  * NOTE: this function is only called during memory hotplug
6707  */
6708 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
6709 void __ref free_area_init_core_hotplug(int nid)
6710 {
6711         enum zone_type z;
6712         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6713
6714         pgdat_init_internals(pgdat);
6715         for (z = 0; z < MAX_NR_ZONES; z++)
6716                 zone_init_internals(&pgdat->node_zones[z], z, nid, 0);
6717 }
6718 #endif
6719
6720 /*
6721  * Set up the zone data structures:
6722  *   - mark all pages reserved
6723  *   - mark all memory queues empty
6724  *   - clear the memory bitmaps
6725  *
6726  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
6727  * NOTE: this function is only called during early init.
6728  */
6729 static void __init free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat)
6730 {
6731         enum zone_type j;
6732         int nid = pgdat->node_id;
6733
6734         pgdat_init_internals(pgdat);
6735         pgdat->per_cpu_nodestats = &boot_nodestats;
6736
6737         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6738                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
6739                 unsigned long size, freesize, memmap_pages;
6740                 unsigned long zone_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
6741
6742                 size = zone->spanned_pages;
6743                 freesize = zone->present_pages;
6744
6745                 /*
6746                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
6747                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
6748                  * and per-cpu initialisations
6749                  */
6750                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, freesize);
6751                 if (!is_highmem_idx(j)) {
6752                         if (freesize >= memmap_pages) {
6753                                 freesize -= memmap_pages;
6754                                 if (memmap_pages)
6755                                         printk(KERN_DEBUG
6756                                                "  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
6757                                                zone_names[j], memmap_pages);
6758                         } else
6759                                 pr_warn("  %s zone: %lu pages exceeds freesize %lu\n",
6760                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
6761                 }
6762
6763                 /* Account for reserved pages */
6764                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
6765                         freesize -= dma_reserve;
6766                         printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages reserved\n",
6767                                         zone_names[0], dma_reserve);
6768                 }
6769
6770                 if (!is_highmem_idx(j))
6771                         nr_kernel_pages += freesize;
6772                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
6773                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
6774                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
6775                 nr_all_pages += freesize;
6776
6777                 /*
6778                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
6779                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
6780                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
6781                  */
6782                 zone_init_internals(zone, j, nid, freesize);
6783
6784                 if (!size)
6785                         continue;
6786
6787                 set_pageblock_order();
6788                 setup_usemap(pgdat, zone, zone_start_pfn, size);
6789                 init_currently_empty_zone(zone, zone_start_pfn, size);
6790                 memmap_init(size, nid, j, zone_start_pfn);
6791         }
6792 }
6793
6794 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
6795 static void __ref alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
6796 {
6797         unsigned long __maybe_unused start = 0;
6798         unsigned long __maybe_unused offset = 0;
6799
6800         /* Skip empty nodes */
6801         if (!pgdat->node_spanned_pages)
6802                 return;
6803
6804         start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
6805         offset = pgdat->node_start_pfn - start;
6806         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
6807         if (!pgdat->node_mem_map) {
6808                 unsigned long size, end;
6809                 struct page *map;
6810
6811                 /*
6812                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
6813                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
6814                  * for the buddy allocator to function correctly.
6815                  */
6816                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
6817                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
6818                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
6819                 map = memblock_alloc_node(size, SMP_CACHE_BYTES,
6820                                           pgdat->node_id);
6821                 if (!map)
6822                         panic("Failed to allocate %ld bytes for node %d memory map\n",
6823                               size, pgdat->node_id);
6824                 pgdat->node_mem_map = map + offset;
6825         }
6826         pr_debug("%s: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
6827                                 __func__, pgdat->node_id, (unsigned long)pgdat,
6828                                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
6829 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
6830         /*
6831          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
6832          */
6833         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
6834                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
6835 #if defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP) || defined(CONFIG_FLATMEM)
6836                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
6837                         mem_map -= offset;
6838 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6839         }
6840 #endif
6841 }
6842 #else
6843 static void __ref alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat) { }
6844 #endif /* CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
6845
6846 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
6847 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat)
6848 {
6849         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
6850 }
6851 #else
6852 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat) {}
6853 #endif
6854
6855 void __init free_area_init_node(int nid, unsigned long *zones_size,
6856                                    unsigned long node_start_pfn,
6857                                    unsigned long *zholes_size)
6858 {
6859         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6860         unsigned long start_pfn = 0;
6861         unsigned long end_pfn = 0;
6862
6863         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
6864         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->kswapd_classzone_idx);
6865
6866         pgdat->node_id = nid;
6867         pgdat->node_start_pfn = node_start_pfn;
6868         pgdat->per_cpu_nodestats = NULL;
6869 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
6870         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
6871         pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
6872                 (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
6873                 end_pfn ? ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1 : 0);
6874 #else
6875         start_pfn = node_start_pfn;
6876 #endif
6877         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn,
6878                                   zones_size, zholes_size);
6879
6880         alloc_node_mem_map(pgdat);
6881         pgdat_set_deferred_range(pgdat);
6882
6883         free_area_init_core(pgdat);
6884 }
6885
6886 #if !defined(CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP)
6887 /*
6888  * Zero all valid struct pages in range [spfn, epfn), return number of struct
6889  * pages zeroed
6890  */
6891 static u64 zero_pfn_range(unsigned long spfn, unsigned long epfn)
6892 {
6893         unsigned long pfn;
6894         u64 pgcnt = 0;
6895
6896         for (pfn = spfn; pfn < epfn; pfn++) {
6897                 if (!pfn_valid(ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages))) {
6898                         pfn = ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages)
6899                                 + pageblock_nr_pages - 1;
6900                         continue;
6901                 }
6902                 mm_zero_struct_page(pfn_to_page(pfn));
6903                 pgcnt++;
6904         }
6905
6906         return pgcnt;
6907 }
6908
6909 /*
6910  * Only struct pages that are backed by physical memory are zeroed and
6911  * initialized by going through __init_single_page(). But, there are some
6912  * struct pages which are reserved in memblock allocator and their fields
6913  * may be accessed (for example page_to_pfn() on some configuration accesses
6914  * flags). We must explicitly zero those struct pages.
6915  *
6916  * This function also addresses a similar issue where struct pages are left
6917  * uninitialized because the physical address range is not covered by
6918  * memblock.memory or memblock.reserved. That could happen when memblock
6919  * layout is manually configured via memmap=.
6920  */
6921 void __init zero_resv_unavail(void)
6922 {
6923         phys_addr_t start, end;
6924         u64 i, pgcnt;
6925         phys_addr_t next = 0;
6926
6927         /*
6928          * Loop through unavailable ranges not covered by memblock.memory.
6929          */
6930         pgcnt = 0;
6931         for_each_mem_range(i, &memblock.memory, NULL,
6932                         NUMA_NO_NODE, MEMBLOCK_NONE, &start, &end, NULL) {
6933                 if (next < start)
6934                         pgcnt += zero_pfn_range(PFN_DOWN(next), PFN_UP(start));
6935                 next = end;
6936         }
6937         pgcnt += zero_pfn_range(PFN_DOWN(next), max_pfn);
6938
6939         /*
6940          * Struct pages that do not have backing memory. This could be because
6941          * firmware is using some of this memory, or for some other reasons.
6942          */
6943         if (pgcnt)
6944                 pr_info("Zeroed struct page in unavailable ranges: %lld pages", pgcnt);
6945 }
6946 #endif /* !CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
6947
6948 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
6949
6950 #if MAX_NUMNODES > 1
6951 /*
6952  * Figure out the number of possible node ids.
6953  */
6954 void __init setup_nr_node_ids(void)
6955 {
6956         unsigned int highest;
6957
6958         highest = find_last_bit(node_possible_map.bits, MAX_NUMNODES);
6959         nr_node_ids = highest + 1;
6960 }
6961 #endif
6962
6963 /**
6964  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
6965  *
6966  * This function should be called after node map is populated and sorted.
6967  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
6968  * all the nodes.
6969  *
6970  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
6971  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
6972  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
6973  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
6974  *
6975  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
6976  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
6977  * populated node map.
6978  *
6979  * Return: the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
6980  * requirement (single node).
6981  */
6982 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
6983 {
6984         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
6985         unsigned long start, end, mask;
6986         int last_nid = NUMA_NO_NODE;
6987         int i, nid;
6988
6989         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
6990                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
6991                         last_nid = nid;
6992                         last_end = end;
6993                         continue;
6994                 }
6995
6996                 /*
6997                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
6998                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
6999                  * too coarse to separate the current node from the last.
7000                  */
7001                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
7002                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
7003                         mask <<= 1;
7004
7005                 /* accumulate all internode masks */
7006                 accl_mask |= mask;
7007         }
7008
7009         /* convert mask to number of pages */
7010         return ~accl_mask + 1;
7011 }
7012
7013 /* Find the lowest pfn for a node */
7014 static unsigned long __init find_min_pfn_for_node(int nid)
7015 {
7016         unsigned long min_pfn = ULONG_MAX;
7017         unsigned long start_pfn;
7018         int i;
7019
7020         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, NULL, NULL)
7021                 min_pfn = min(min_pfn, start_pfn);
7022
7023         if (min_pfn == ULONG_MAX) {
7024                 pr_warn("Could not find start_pfn for node %d\n", nid);
7025                 return 0;
7026         }
7027
7028         return min_pfn;
7029 }
7030
7031 /**
7032  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
7033  *
7034  * Return: the minimum PFN based on information provided via
7035  * memblock_set_node().
7036  */
7037 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
7038 {
7039         return find_min_pfn_for_node(MAX_NUMNODES);
7040 }
7041
7042 /*
7043  * early_calculate_totalpages()
7044  * Sum pages in active regions for movable zone.
7045  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
7046  */
7047 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
7048 {
7049         unsigned long totalpages = 0;
7050         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7051         int i, nid;
7052
7053         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
7054                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
7055
7056                 totalpages += pages;
7057                 if (pages)
7058                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
7059         }
7060         return totalpages;
7061 }
7062
7063 /*
7064  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
7065  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
7066  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
7067  * others
7068  */
7069 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
7070 {
7071         int i, nid;
7072         unsigned long usable_startpfn;
7073         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
7074         /* save the state before borrow the nodemask */
7075         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
7076         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
7077         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
7078         struct memblock_region *r;
7079
7080         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
7081         find_usable_zone_for_movable();
7082
7083         /*
7084          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
7085          * options.
7086          */
7087         if (movable_node_is_enabled()) {
7088                 for_each_memblock(memory, r) {
7089                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
7090                                 continue;
7091
7092                         nid = r->nid;
7093
7094                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
7095                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
7096                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
7097                                 usable_startpfn;
7098                 }
7099
7100                 goto out2;
7101         }
7102
7103         /*
7104          * If kernelcore=mirror is specified, ignore movablecore option
7105          */
7106         if (mirrored_kernelcore) {
7107                 bool mem_below_4gb_not_mirrored = false;
7108
7109                 for_each_memblock(memory, r) {
7110                         if (memblock_is_mirror(r))
7111                                 continue;
7112
7113                         nid = r->nid;
7114
7115                         usable_startpfn = memblock_region_memory_base_pfn(r);
7116
7117                         if (usable_startpfn < 0x100000) {
7118                                 mem_below_4gb_not_mirrored = true;
7119                                 continue;
7120                         }
7121
7122                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
7123                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
7124                                 usable_startpfn;
7125                 }
7126
7127                 if (mem_below_4gb_not_mirrored)
7128                         pr_warn("This configuration results in unmirrored kernel memory.");
7129
7130                 goto out2;
7131         }
7132
7133         /*
7134          * If kernelcore=nn% or movablecore=nn% was specified, calculate the
7135          * amount of necessary memory.
7136          */
7137         if (required_kernelcore_percent)
7138                 required_kernelcore = (totalpages * 100 * required_kernelcore_percent) /
7139                                        10000UL;
7140         if (required_movablecore_percent)
7141                 required_movablecore = (totalpages * 100 * required_movablecore_percent) /
7142                                         10000UL;
7143
7144         /*
7145          * If movablecore= was specified, calculate what size of
7146          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
7147          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
7148          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
7149          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
7150          * what movablecore would have allowed.
7151          */
7152         if (required_movablecore) {
7153                 unsigned long corepages;
7154
7155                 /*
7156                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
7157                  * was requested by the user
7158                  */
7159                 required_movablecore =
7160                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
7161                 required_movablecore = min(totalpages, required_movablecore);
7162                 corepages = totalpages - required_movablecore;
7163
7164                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
7165         }
7166
7167         /*
7168          * If kernelcore was not specified or kernelcore size is larger
7169          * than totalpages, there is no ZONE_MOVABLE.
7170          */
7171         if (!required_kernelcore || required_kernelcore >= totalpages)
7172                 goto out;
7173
7174         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
7175         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
7176
7177 restart:
7178         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
7179         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
7180         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
7181                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
7182
7183                 /*
7184                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
7185                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
7186                  * amount of memory for the kernel
7187                  */
7188                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
7189                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
7190
7191                 /*
7192                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
7193                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
7194                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
7195                  */
7196                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
7197
7198                 /* Go through each range of PFNs within this node */
7199                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
7200                         unsigned long size_pages;
7201
7202                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
7203                         if (start_pfn >= end_pfn)
7204                                 continue;
7205
7206                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
7207                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
7208                                 unsigned long kernel_pages;
7209                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
7210                                                                 - start_pfn;
7211
7212                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
7213                                                         kernelcore_remaining);
7214                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
7215                                                         required_kernelcore);
7216
7217                                 /* Continue if range is now fully accounted */
7218                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
7219
7220                                         /*
7221                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
7222                                          * that if we have to rebalance
7223                                          * kernelcore across nodes, we will
7224                                          * not double account here
7225                                          */
7226                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
7227                                         continue;
7228                                 }
7229                                 start_pfn = usable_startpfn;
7230                         }
7231
7232                         /*
7233                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
7234                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
7235                          * number of pages used as kernelcore
7236                          */
7237                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
7238                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
7239                                 size_pages = kernelcore_remaining;
7240                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
7241
7242                         /*
7243                          * Some kernelcore has been met, update counts and
7244                          * break if the kernelcore for this node has been
7245                          * satisfied
7246                          */
7247                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
7248                                                                 size_pages);
7249                         kernelcore_remaining -= size_pages;
7250                         if (!kernelcore_remaining)
7251                                 break;
7252                 }
7253         }
7254
7255         /*
7256          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
7257          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
7258          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
7259          * satisfied
7260          */
7261         usable_nodes--;
7262         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
7263                 goto restart;
7264
7265 out2:
7266         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
7267         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++)
7268                 zone_movable_pfn[nid] =
7269                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
7270
7271 out:
7272         /* restore the node_state */
7273         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
7274 }
7275
7276 /* Any regular or high memory on that node ? */
7277 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
7278 {
7279         enum zone_type zone_type;
7280
7281         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
7282                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
7283                 if (populated_zone(zone)) {
7284                         if (IS_ENABLED(CONFIG_HIGHMEM))
7285                                 node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
7286                         if (zone_type <= ZONE_NORMAL)
7287                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
7288                         break;
7289                 }
7290         }
7291 }
7292
7293 /**
7294  * free_area_init_nodes - Initialise all pg_data_t and zone data
7295  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
7296  *
7297  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
7298  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
7299  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
7300  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
7301  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
7302  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
7303  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
7304  * at arch_max_dma_pfn.
7305  */
7306 void __init free_area_init_nodes(unsigned long *max_zone_pfn)
7307 {
7308         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7309         int i, nid;
7310
7311         /* Record where the zone boundaries are */
7312         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
7313                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
7314         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
7315                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
7316
7317         start_pfn = find_min_pfn_with_active_regions();
7318
7319         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7320                 if (i == ZONE_MOVABLE)
7321                         continue;
7322
7323                 end_pfn = max(max_zone_pfn[i], start_pfn);
7324                 arch_zone_lowest_possible_pfn[i] = start_pfn;
7325                 arch_zone_highest_possible_pfn[i] = end_pfn;
7326
7327                 start_pfn = end_pfn;
7328         }
7329
7330         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
7331         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
7332         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
7333
7334         /* Print out the zone ranges */
7335         pr_info("Zone ranges:\n");
7336         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7337                 if (i == ZONE_MOVABLE)
7338                         continue;
7339                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
7340                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
7341                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
7342                         pr_cont("empty\n");
7343                 else
7344                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
7345                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
7346                                         << PAGE_SHIFT,
7347                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
7348                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
7349         }
7350
7351         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
7352         pr_info("Movable zone start for each node\n");
7353         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
7354                 if (zone_movable_pfn[i])
7355                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
7356                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
7357         }
7358
7359         /* Print out the early node map */
7360         pr_info("Early memory node ranges\n");
7361         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid)
7362                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
7363                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
7364                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
7365
7366         /* Initialise every node */
7367         mminit_verify_pageflags_layout();
7368         setup_nr_node_ids();
7369         zero_resv_unavail();
7370         for_each_online_node(nid) {
7371                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
7372                 free_area_init_node(nid, NULL,
7373                                 find_min_pfn_for_node(nid), NULL);
7374
7375                 /* Any memory on that node */
7376                 if (pgdat->node_present_pages)
7377                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
7378                 check_for_memory(pgdat, nid);
7379         }
7380 }
7381
7382 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core,
7383                                      unsigned long *percent)
7384 {
7385         unsigned long long coremem;
7386         char *endptr;
7387
7388         if (!p)
7389                 return -EINVAL;
7390
7391         /* Value may be a percentage of total memory, otherwise bytes */
7392         coremem = simple_strtoull(p, &endptr, 0);
7393         if (*endptr == '%') {
7394                 /* Paranoid check for percent values greater than 100 */
7395                 WARN_ON(coremem > 100);
7396
7397                 *percent = coremem;
7398         } else {
7399                 coremem = memparse(p, &p);
7400                 /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
7401                 WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
7402
7403                 *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
7404                 *percent = 0UL;
7405         }
7406         return 0;
7407 }
7408
7409 /*
7410  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
7411  * cannot be reclaimed or migrated.
7412  */
7413 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
7414 {
7415         /* parse kernelcore=mirror */
7416         if (parse_option_str(p, "mirror")) {
7417                 mirrored_kernelcore = true;
7418                 return 0;
7419         }
7420
7421         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore,
7422                                   &required_kernelcore_percent);
7423 }
7424
7425 /*
7426  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
7427  * can be reclaimed or migrated.
7428  */
7429 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
7430 {
7431         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore,
7432                                   &required_movablecore_percent);
7433 }
7434
7435 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
7436 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
7437
7438 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
7439
7440 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
7441 {
7442         atomic_long_add(count, &page_zone(page)->managed_pages);
7443         totalram_pages_add(count);
7444 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
7445         if (PageHighMem(page))
7446                 totalhigh_pages_add(count);
7447 #endif
7448 }
7449 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
7450
7451 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, const char *s)
7452 {
7453         void *pos;
7454         unsigned long pages = 0;
7455
7456         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
7457         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
7458         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
7459                 struct page *page = virt_to_page(pos);
7460                 void *direct_map_addr;
7461
7462                 /*
7463                  * 'direct_map_addr' might be different from 'pos'
7464                  * because some architectures' virt_to_page()
7465                  * work with aliases.  Getting the direct map
7466                  * address ensures that we get a _writeable_
7467                  * alias for the memset().
7468                  */
7469                 direct_map_addr = page_address(page);
7470                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
7471                         memset(direct_map_addr, poison, PAGE_SIZE);
7472
7473                 free_reserved_page(page);
7474         }
7475
7476         if (pages && s)
7477                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK\n",
7478                         s, pages << (PAGE_SHIFT - 10));
7479
7480         return pages;
7481 }
7482
7483 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7484 void free_highmem_page(struct page *page)
7485 {
7486         __free_reserved_page(page);
7487         totalram_pages_inc();
7488         atomic_long_inc(&page_zone(page)->managed_pages);
7489         totalhigh_pages_inc();
7490 }
7491 #endif
7492
7493
7494 void __init mem_init_print_info(const char *str)
7495 {
7496         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
7497         unsigned long init_code_size, init_data_size;
7498
7499         physpages = get_num_physpages();
7500         codesize = _etext - _stext;
7501         datasize = _edata - _sdata;
7502         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
7503         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
7504         init_data_size = __init_end - __init_begin;
7505         init_code_size = _einittext - _sinittext;
7506
7507         /*
7508          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
7509          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
7510          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
7511          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
7512          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
7513          */
7514 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
7515         do { \
7516                 if (start <= pos && pos < end && size > adj) \
7517                         size -= adj; \
7518         } while (0)
7519
7520         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
7521                      _sinittext, init_code_size);
7522         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
7523         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
7524         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
7525         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
7526
7527 #undef  adj_init_size
7528
7529         pr_info("Memory: %luK/%luK available (%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, %luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
7530 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7531                 ", %luK highmem"
7532 #endif
7533                 "%s%s)\n",
7534                 nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
7535                 physpages << (PAGE_SHIFT - 10),
7536                 codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
7537                 (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
7538                 (physpages - totalram_pages() - totalcma_pages) << (PAGE_SHIFT - 10),
7539                 totalcma_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
7540 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7541                 totalhigh_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
7542 #endif
7543                 str ? ", " : "", str ? str : "");
7544 }
7545
7546 /**
7547  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
7548  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
7549  *
7550  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by managed_pages.
7551  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
7552  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
7553  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
7554  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
7555  * smaller per-cpu batchsize.
7556  */
7557 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
7558 {
7559         dma_reserve = new_dma_reserve;
7560 }
7561
7562 void __init free_area_init(unsigned long *zones_size)
7563 {
7564         zero_resv_unavail();
7565         free_area_init_node(0, zones_size,
7566                         __pa(PAGE_OFFSET) >> PAGE_SHIFT, NULL);
7567 }
7568
7569 static int page_alloc_cpu_dead(unsigned int cpu)
7570 {
7571
7572         lru_add_drain_cpu(cpu);
7573         drain_pages(cpu);
7574
7575         /*
7576          * Spill the event counters of the dead processor
7577          * into the current processors event counters.
7578          * This artificially elevates the count of the current
7579          * processor.
7580          */
7581         vm_events_fold_cpu(cpu);
7582
7583         /*
7584          * Zero the differential counters of the dead processor
7585          * so that the vm statistics are consistent.
7586          *
7587          * This is only okay since the processor is dead and cannot
7588          * race with what we are doing.
7589          */
7590         cpu_vm_stats_fold(cpu);
7591         return 0;
7592 }
7593
7594 #ifdef CONFIG_NUMA
7595 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
7596
7597 static int __init set_hashdist(char *str)
7598 {
7599         if (!str)
7600                 return 0;
7601         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
7602         return 1;
7603 }
7604 __setup("hashdist=", set_hashdist);
7605 #endif
7606
7607 void __init page_alloc_init(void)
7608 {
7609         int ret;
7610
7611 #ifdef CONFIG_NUMA
7612         if (num_node_state(N_MEMORY) == 1)
7613                 hashdist = 0;
7614 #endif
7615
7616         ret = cpuhp_setup_state_nocalls(CPUHP_PAGE_ALLOC_DEAD,
7617                                         "mm/page_alloc:dead", NULL,
7618                                         page_alloc_cpu_dead);
7619         WARN_ON(ret < 0);
7620 }
7621
7622 /*
7623  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
7624  *      or min_free_kbytes changes.
7625  */
7626 static void calculate_totalreserve_pages(void)
7627 {
7628         struct pglist_data *pgdat;
7629         unsigned long reserve_pages = 0;
7630         enum zone_type i, j;
7631
7632         for_each_online_pgdat(pgdat) {
7633
7634                 pgdat->totalreserve_pages = 0;
7635
7636                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7637                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
7638                         long max = 0;
7639                         unsigned long managed_pages = zone_managed_pages(zone);
7640
7641                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
7642                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
7643                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
7644                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
7645                         }
7646
7647                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
7648                         max += high_wmark_pages(zone);
7649
7650                         if (max > managed_pages)
7651                                 max = managed_pages;
7652
7653                         pgdat->totalreserve_pages += max;
7654
7655                         reserve_pages += max;
7656                 }
7657         }
7658         totalreserve_pages = reserve_pages;
7659 }
7660
7661 /*
7662  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
7663  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
7664  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
7665  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
7666  */
7667 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
7668 {
7669         struct pglist_data *pgdat;
7670         enum zone_type j, idx;
7671
7672         for_each_online_pgdat(pgdat) {
7673                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
7674                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
7675                         unsigned long managed_pages = zone_managed_pages(zone);
7676
7677                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
7678
7679                         idx = j;
7680                         while (idx) {
7681                                 struct zone *lower_zone;
7682
7683                                 idx--;
7684                                 lower_zone = pgdat->node_zones + idx;
7685
7686                                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] < 1) {
7687                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] = 0;
7688                                         lower_zone->lowmem_reserve[j] = 0;
7689                                 } else {
7690                                         lower_zone->lowmem_reserve[j] =
7691                                                 managed_pages / sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx];
7692                                 }
7693                                 managed_pages += zone_managed_pages(lower_zone);
7694                         }
7695                 }
7696         }
7697
7698         /* update totalreserve_pages */
7699         calculate_totalreserve_pages();
7700 }
7701
7702 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
7703 {
7704         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
7705         unsigned long lowmem_pages = 0;
7706         struct zone *zone;
7707         unsigned long flags;
7708
7709         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
7710         for_each_zone(zone) {
7711                 if (!is_highmem(zone))
7712                         lowmem_pages += zone_managed_pages(zone);
7713         }
7714
7715         for_each_zone(zone) {
7716                 u64 tmp;
7717
7718                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7719                 tmp = (u64)pages_min * zone_managed_pages(zone);
7720                 do_div(tmp, lowmem_pages);
7721                 if (is_highmem(zone)) {
7722                         /*
7723                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
7724                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
7725                          * value here.
7726                          *
7727                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
7728                          * deltas control async page reclaim, and so should
7729                          * not be capped for highmem.
7730                          */
7731                         unsigned long min_pages;
7732
7733                         min_pages = zone_managed_pages(zone) / 1024;
7734                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
7735                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
7736                 } else {
7737                         /*
7738                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
7739                          * proportionate to the zone's size.
7740                          */
7741                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = tmp;
7742                 }
7743
7744                 /*
7745                  * Set the kswapd watermarks distance according to the
7746                  * scale factor in proportion to available memory, but
7747                  * ensure a minimum size on small systems.
7748                  */
7749                 tmp = max_t(u64, tmp >> 2,
7750                             mult_frac(zone_managed_pages(zone),
7751                                       watermark_scale_factor, 10000));
7752
7753                 zone->_watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + tmp;
7754                 zone->_watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) + tmp * 2;
7755                 zone->watermark_boost = 0;
7756
7757                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7758         }
7759
7760         /* update totalreserve_pages */
7761         calculate_totalreserve_pages();
7762 }
7763
7764 /**
7765  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
7766  * or when memory is hot-{added|removed}
7767  *
7768  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
7769  * correctly with respect to min_free_kbytes.
7770  */
7771 void setup_per_zone_wmarks(void)
7772 {
7773         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
7774
7775         spin_lock(&lock);
7776         __setup_per_zone_wmarks();
7777         spin_unlock(&lock);
7778 }
7779
7780 /*
7781  * Initialise min_free_kbytes.
7782  *
7783  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
7784  * we want it large (64MB max).  But it is not linear, because network
7785  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
7786  *
7787  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
7788  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
7789  *
7790  * which yields
7791  *
7792  * 16MB:        512k
7793  * 32MB:        724k
7794  * 64MB:        1024k
7795  * 128MB:       1448k
7796  * 256MB:       2048k
7797  * 512MB:       2896k
7798  * 1024MB:      4096k
7799  * 2048MB:      5792k
7800  * 4096MB:      8192k
7801  * 8192MB:      11584k
7802  * 16384MB:     16384k
7803  */
7804 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
7805 {
7806         unsigned long lowmem_kbytes;
7807         int new_min_free_kbytes;
7808
7809         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
7810         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
7811
7812         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes) {
7813                 min_free_kbytes = new_min_free_kbytes;
7814                 if (min_free_kbytes < 128)
7815                         min_free_kbytes = 128;
7816                 if (min_free_kbytes > 65536)
7817                         min_free_kbytes = 65536;
7818         } else {
7819                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
7820                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
7821         }
7822         setup_per_zone_wmarks();
7823         refresh_zone_stat_thresholds();
7824         setup_per_zone_lowmem_reserve();
7825
7826 #ifdef CONFIG_NUMA
7827         setup_min_unmapped_ratio();
7828         setup_min_slab_ratio();
7829 #endif
7830
7831         return 0;
7832 }
7833 core_initcall(init_per_zone_wmark_min)
7834
7835 /*
7836  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
7837  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
7838  *      changes.
7839  */
7840 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7841         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7842 {
7843         int rc;
7844
7845         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7846         if (rc)
7847                 return rc;
7848
7849         if (write) {
7850                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
7851                 setup_per_zone_wmarks();
7852         }
7853         return 0;
7854 }
7855
7856 int watermark_boost_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7857         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7858 {
7859         int rc;
7860
7861         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7862         if (rc)
7863                 return rc;
7864
7865         return 0;
7866 }
7867
7868 int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7869         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7870 {
7871         int rc;
7872
7873         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7874         if (rc)
7875                 return rc;
7876
7877         if (write)
7878                 setup_per_zone_wmarks();
7879
7880         return 0;
7881 }
7882
7883 #ifdef CONFIG_NUMA
7884 static void setup_min_unmapped_ratio(void)
7885 {
7886         pg_data_t *pgdat;
7887         struct zone *zone;
7888
7889         for_each_online_pgdat(pgdat)
7890                 pgdat->min_unmapped_pages = 0;
7891
7892         for_each_zone(zone)
7893                 zone->zone_pgdat->min_unmapped_pages += (zone_managed_pages(zone) *
7894                                                          sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
7895 }
7896
7897
7898 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7899         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7900 {
7901         int rc;
7902
7903         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7904         if (rc)
7905                 return rc;
7906
7907         setup_min_unmapped_ratio();
7908
7909         return 0;
7910 }
7911
7912 static void setup_min_slab_ratio(void)
7913 {
7914         pg_data_t *pgdat;
7915         struct zone *zone;
7916
7917         for_each_online_pgdat(pgdat)
7918                 pgdat->min_slab_pages = 0;
7919
7920         for_each_zone(zone)
7921                 zone->zone_pgdat->min_slab_pages += (zone_managed_pages(zone) *
7922                                                      sysctl_min_slab_ratio) / 100;
7923 }
7924
7925 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7926         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7927 {
7928         int rc;
7929
7930         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7931         if (rc)
7932                 return rc;
7933
7934         setup_min_slab_ratio();
7935
7936         return 0;
7937 }
7938 #endif
7939
7940 /*
7941  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
7942  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
7943  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
7944  *
7945  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
7946  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
7947  * if in function of the boot time zone sizes.
7948  */
7949 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7950         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7951 {
7952         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7953         setup_per_zone_lowmem_reserve();
7954         return 0;
7955 }
7956
7957 /*
7958  * percpu_pagelist_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
7959  * cpu.  It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
7960  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
7961  */
7962 int percpu_pagelist_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7963         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7964 {
7965         struct zone *zone;
7966         int old_percpu_pagelist_fraction;
7967         int ret;
7968
7969         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
7970         old_percpu_pagelist_fraction = percpu_pagelist_fraction;
7971
7972         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7973         if (!write || ret < 0)
7974                 goto out;
7975
7976         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
7977         if (percpu_pagelist_fraction &&
7978             percpu_pagelist_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION) {
7979                 percpu_pagelist_fraction = old_percpu_pagelist_fraction;
7980                 ret = -EINVAL;
7981                 goto out;
7982         }
7983
7984         /* No change? */
7985         if (percpu_pagelist_fraction == old_percpu_pagelist_fraction)
7986                 goto out;
7987
7988         for_each_populated_zone(zone) {
7989                 unsigned int cpu;
7990
7991                 for_each_possible_cpu(cpu)
7992                         pageset_set_high_and_batch(zone,
7993                                         per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
7994         }
7995 out:
7996         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
7997         return ret;
7998 }
7999
8000 #ifndef __HAVE_ARCH_RESERVED_KERNEL_PAGES
8001 /*
8002  * Returns the number of pages that arch has reserved but
8003  * is not known to alloc_large_system_hash().
8004  */
8005 static unsigned long __init arch_reserved_kernel_pages(void)
8006 {
8007         return 0;
8008 }
8009 #endif
8010
8011 /*
8012  * Adaptive scale is meant to reduce sizes of hash tables on large memory
8013  * machines. As memory size is increased the scale is also increased but at
8014  * slower pace.  Starting from ADAPT_SCALE_BASE (64G), every time memory
8015  * quadruples the scale is increased by one, which means the size of hash table
8016  * only doubles, instead of quadrupling as well.
8017  * Because 32-bit systems cannot have large physical memory, where this scaling
8018  * makes sense, it is disabled on such platforms.
8019  */
8020 #if __BITS_PER_LONG > 32
8021 #define ADAPT_SCALE_BASE        (64ul << 30)
8022 #define ADAPT_SCALE_SHIFT       2
8023 #define ADAPT_SCALE_NPAGES      (ADAPT_SCALE_BASE >> PAGE_SHIFT)
8024 #endif
8025
8026 /*
8027  * allocate a large system hash table from bootmem
8028  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
8029  *   quantity of entries
8030  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
8031  */
8032 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
8033                                      unsigned long bucketsize,
8034                                      unsigned long numentries,
8035                                      int scale,
8036                                      int flags,
8037                                      unsigned int *_hash_shift,
8038                                      unsigned int *_hash_mask,
8039                                      unsigned long low_limit,
8040                                      unsigned long high_limit)
8041 {
8042         unsigned long long max = high_limit;
8043         unsigned long log2qty, size;
8044         void *table = NULL;
8045         gfp_t gfp_flags;
8046         bool virt;
8047
8048         /* allow the kernel cmdline to have a say */
8049         if (!numentries) {
8050                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
8051                 numentries = nr_kernel_pages;
8052                 numentries -= arch_reserved_kernel_pages();
8053
8054                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
8055                 if (PAGE_SHIFT < 20)
8056                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
8057
8058 #if __BITS_PER_LONG > 32
8059                 if (!high_limit) {
8060                         unsigned long adapt;
8061
8062                         for (adapt = ADAPT_SCALE_NPAGES; adapt < numentries;
8063                              adapt <<= ADAPT_SCALE_SHIFT)
8064                                 scale++;
8065                 }
8066 #endif
8067
8068                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
8069                 if (scale > PAGE_SHIFT)
8070                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
8071                 else
8072                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
8073
8074                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
8075                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
8076                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
8077                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
8078                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
8079                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
8080                                 BUG_ON(!numentries);
8081                         }
8082                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
8083                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
8084         }
8085         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
8086
8087         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
8088         if (max == 0) {
8089                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
8090                 do_div(max, bucketsize);
8091         }
8092         max = min(max, 0x80000000ULL);
8093
8094         if (numentries < low_limit)
8095                 numentries = low_limit;
8096         if (numentries > max)
8097                 numentries = max;
8098
8099         log2qty = ilog2(numentries);
8100
8101         gfp_flags = (flags & HASH_ZERO) ? GFP_ATOMIC | __GFP_ZERO : GFP_ATOMIC;
8102         do {
8103                 virt = false;
8104                 size = bucketsize << log2qty;
8105                 if (flags & HASH_EARLY) {
8106                         if (flags & HASH_ZERO)
8107                                 table = memblock_alloc(size, SMP_CACHE_BYTES);
8108                         else
8109                                 table = memblock_alloc_raw(size,
8110                                                            SMP_CACHE_BYTES);
8111                 } else if (get_order(size) >= MAX_ORDER || hashdist) {
8112                         table = __vmalloc(size, gfp_flags, PAGE_KERNEL);
8113                         virt = true;
8114                 } else {
8115                         /*
8116                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
8117                          * some pages at the end of hash table which
8118                          * alloc_pages_exact() automatically does
8119                          */
8120                         table = alloc_pages_exact(size, gfp_flags);
8121                         kmemleak_alloc(table, size, 1, gfp_flags);
8122                 }
8123         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
8124
8125         if (!table)
8126                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
8127
8128         pr_info("%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes, %s)\n",
8129                 tablename, 1UL << log2qty, ilog2(size) - PAGE_SHIFT, size,
8130                 virt ? "vmalloc" : "linear");
8131
8132         if (_hash_shift)
8133                 *_hash_shift = log2qty;
8134         if (_hash_mask)
8135                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
8136
8137         return table;
8138 }
8139
8140 /*
8141  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
8142  * If @count is not zero, it is okay to include less @count unmovable pages
8143  *
8144  * PageLRU check without isolation or lru_lock could race so that
8145  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. And __PageMovable
8146  * check without lock_page also may miss some movable non-lru pages at
8147  * race condition. So you can't expect this function should be exact.
8148  */
8149 bool has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page, int count,
8150                          int migratetype, int flags)
8151 {
8152         unsigned long found;
8153         unsigned long iter = 0;
8154         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8155         const char *reason = "unmovable page";
8156
8157         /*
8158          * TODO we could make this much more efficient by not checking every
8159          * page in the range if we know all of them are in MOVABLE_ZONE and
8160          * that the movable zone guarantees that pages are migratable but
8161          * the later is not the case right now unfortunatelly. E.g. movablecore
8162          * can still lead to having bootmem allocations in zone_movable.
8163          */
8164
8165         if (is_migrate_cma_page(page)) {
8166                 /*
8167                  * CMA allocations (alloc_contig_range) really need to mark
8168                  * isolate CMA pageblocks even when they are not movable in fact
8169                  * so consider them movable here.
8170                  */
8171                 if (is_migrate_cma(migratetype))
8172                         return false;
8173
8174                 reason = "CMA page";
8175                 goto unmovable;
8176         }
8177
8178         for (found = 0; iter < pageblock_nr_pages; iter++) {
8179                 unsigned long check = pfn + iter;
8180
8181                 if (!pfn_valid_within(check))
8182                         continue;
8183
8184                 page = pfn_to_page(check);
8185
8186                 if (PageReserved(page))
8187                         goto unmovable;
8188
8189                 /*
8190                  * If the zone is movable and we have ruled out all reserved
8191                  * pages then it should be reasonably safe to assume the rest
8192                  * is movable.
8193                  */
8194                 if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
8195                         continue;
8196
8197                 /*
8198                  * Hugepages are not in LRU lists, but they're movable.
8199                  * We need not scan over tail pages because we don't
8200                  * handle each tail page individually in migration.
8201                  */
8202                 if (PageHuge(page)) {
8203                         struct page *head = compound_head(page);
8204                         unsigned int skip_pages;
8205
8206                         if (!hugepage_migration_supported(page_hstate(head)))
8207                                 goto unmovable;
8208
8209                         skip_pages = (1 << compound_order(head)) - (page - head);
8210                         iter += skip_pages - 1;
8211                         continue;
8212                 }
8213
8214                 /*
8215                  * We can't use page_count without pin a page
8216                  * because another CPU can free compound page.
8217                  * This check already skips compound tails of THP
8218                  * because their page->_refcount is zero at all time.
8219                  */
8220                 if (!page_ref_count(page)) {
8221                         if (PageBuddy(page))
8222                                 iter += (1 << page_order(page)) - 1;
8223                         continue;
8224                 }
8225
8226                 /*
8227                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
8228                  * page_count() is not 0.
8229                  */
8230                 if ((flags & SKIP_HWPOISON) && PageHWPoison(page))
8231                         continue;
8232
8233                 if (__PageMovable(page))
8234                         continue;
8235
8236                 if (!PageLRU(page))
8237                         found++;
8238                 /*
8239                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check
8240                  * it.  But now, memory offline itself doesn't call
8241                  * shrink_node_slabs() and it still to be fixed.
8242                  */
8243                 /*
8244                  * If the page is not RAM, page_count()should be 0.
8245                  * we don't need more check. This is an _used_ not-movable page.
8246                  *
8247                  * The problematic thing here is PG_reserved pages. PG_reserved
8248                  * is set to both of a memory hole page and a _used_ kernel
8249                  * page at boot.
8250                  */
8251                 if (found > count)
8252                         goto unmovable;
8253         }
8254         return false;
8255 unmovable:
8256         WARN_ON_ONCE(zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE);
8257         if (flags & REPORT_FAILURE)
8258                 dump_page(pfn_to_page(pfn + iter), reason);
8259         return true;
8260 }
8261
8262 #ifdef CONFIG_CONTIG_ALLOC
8263 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
8264 {
8265         return pfn & ~(max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
8266                              pageblock_nr_pages) - 1);
8267 }
8268
8269 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
8270 {
8271         return ALIGN(pfn, max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
8272                                 pageblock_nr_pages));
8273 }
8274
8275 /* [start, end) must belong to a single zone. */
8276 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
8277                                         unsigned long start, unsigned long end)
8278 {
8279         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
8280         unsigned long nr_reclaimed;
8281         unsigned long pfn = start;
8282         unsigned int tries = 0;
8283         int ret = 0;
8284
8285         migrate_prep();
8286
8287         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
8288                 if (fatal_signal_pending(current)) {
8289                         ret = -EINTR;
8290                         break;
8291                 }
8292
8293                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
8294                         cc->nr_migratepages = 0;
8295                         pfn = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
8296                         if (!pfn) {
8297                                 ret = -EINTR;
8298                                 break;
8299                         }
8300                         tries = 0;
8301                 } else if (++tries == 5) {
8302                         ret = ret < 0 ? ret : -EBUSY;
8303                         break;
8304                 }
8305
8306                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
8307                                                         &cc->migratepages);
8308                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
8309
8310                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migrate_target,
8311                                     NULL, 0, cc->mode, MR_CONTIG_RANGE);
8312         }
8313         if (ret < 0) {
8314                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
8315                 return ret;
8316         }
8317         return 0;
8318 }
8319
8320 /**
8321  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
8322  * @start:      start PFN to allocate
8323  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
8324  * @migratetype:        migratetype of the underlaying pageblocks (either
8325  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
8326  *                      in range must have the same migratetype and it must
8327  *                      be either of the two.
8328  * @gfp_mask:   GFP mask to use during compaction
8329  *
8330  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
8331  * aligned.  The PFN range must belong to a single zone.
8332  *
8333  * The first thing this routine does is attempt to MIGRATE_ISOLATE all
8334  * pageblocks in the range.  Once isolated, the pageblocks should not
8335  * be modified by others.
8336  *
8337  * Return: zero on success or negative error code.  On success all
8338  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
8339  * need to be freed with free_contig_range().
8340  */
8341 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
8342                        unsigned migratetype, gfp_t gfp_mask)
8343 {
8344         unsigned long outer_start, outer_end;
8345         unsigned int order;
8346         int ret = 0;
8347
8348         struct compact_control cc = {
8349                 .nr_migratepages = 0,
8350                 .order = -1,
8351                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
8352                 .mode = MIGRATE_SYNC,
8353                 .ignore_skip_hint = true,
8354                 .no_set_skip_hint = true,
8355                 .gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask),
8356         };
8357         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
8358
8359         /*
8360          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
8361          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
8362          * have different sizes, and due to the way page allocator
8363          * work, we align the range to biggest of the two pages so
8364          * that page allocator won't try to merge buddies from
8365          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
8366          * other migration type.
8367          *
8368          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
8369          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
8370          * we are interested in).  This will put all the pages in
8371          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
8372          *
8373          * When this is done, we take the pages in range from page
8374          * allocator removing them from the buddy system.  This way
8375          * page allocator will never consider using them.
8376          *
8377          * This lets us mark the pageblocks back as
8378          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
8379          * aligned range but not in the unaligned, original range are
8380          * put back to page allocator so that buddy can use them.
8381          */
8382
8383         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
8384                                        pfn_max_align_up(end), migratetype, 0);
8385         if (ret < 0)
8386                 return ret;
8387
8388         /*
8389          * In case of -EBUSY, we'd like to know which page causes problem.
8390          * So, just fall through. test_pages_isolated() has a tracepoint
8391          * which will report the busy page.
8392          *
8393          * It is possible that busy pages could become available before
8394          * the call to test_pages_isolated, and the range will actually be
8395          * allocated.  So, if we fall through be sure to clear ret so that
8396          * -EBUSY is not accidentally used or returned to caller.
8397          */
8398         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
8399         if (ret && ret != -EBUSY)
8400                 goto done;
8401         ret =0;
8402
8403         /*
8404          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
8405          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
8406          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
8407          * What we are going to do is to allocate all pages from
8408          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
8409          *
8410          * The only problem is that pages at the beginning and at the
8411          * end of interesting range may be not aligned with pages that
8412          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
8413          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
8414          * once this is done free the pages we are not interested in.
8415          *
8416          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
8417          * isolated thus they won't get removed from buddy.
8418          */
8419
8420         lru_add_drain_all();
8421
8422         order = 0;
8423         outer_start = start;
8424         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
8425                 if (++order >= MAX_ORDER) {
8426                         outer_start = start;
8427                         break;
8428                 }
8429                 outer_start &= ~0UL << order;
8430         }
8431
8432         if (outer_start != start) {
8433                 order = page_order(pfn_to_page(outer_start));
8434
8435                 /*
8436                  * outer_start page could be small order buddy page and
8437                  * it doesn't include start page. Adjust outer_start
8438                  * in this case to report failed page properly
8439                  * on tracepoint in test_pages_isolated()
8440                  */
8441                 if (outer_start + (1UL << order) <= start)
8442                         outer_start = start;
8443         }
8444
8445         /* Make sure the range is really isolated. */
8446         if (test_pages_isolated(outer_start, end, false)) {
8447                 pr_info_ratelimited("%s: [%lx, %lx) PFNs busy\n",
8448                         __func__, outer_start, end);
8449                 ret = -EBUSY;
8450                 goto done;
8451         }
8452
8453         /* Grab isolated pages from freelists. */
8454         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
8455         if (!outer_end) {
8456                 ret = -EBUSY;
8457                 goto done;
8458         }
8459
8460         /* Free head and tail (if any) */
8461         if (start != outer_start)
8462                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
8463         if (end != outer_end)
8464                 free_contig_range(end, outer_end - end);
8465
8466 done:
8467         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
8468                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
8469         return ret;
8470 }
8471 #endif /* CONFIG_CONTIG_ALLOC */
8472
8473 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned int nr_pages)
8474 {
8475         unsigned int count = 0;
8476
8477         for (; nr_pages--; pfn++) {
8478                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
8479
8480                 count += page_count(page) != 1;
8481                 __free_page(page);
8482         }
8483         WARN(count != 0, "%d pages are still in use!\n", count);
8484 }
8485
8486 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
8487 /*
8488  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
8489  * page high values need to be recalulated.
8490  */
8491 void __meminit zone_pcp_update(struct zone *zone)
8492 {
8493         unsigned cpu;
8494         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
8495         for_each_possible_cpu(cpu)
8496                 pageset_set_high_and_batch(zone,
8497                                 per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
8498         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
8499 }
8500 #endif
8501
8502 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
8503 {
8504         unsigned long flags;
8505         int cpu;
8506         struct per_cpu_pageset *pset;
8507
8508         /* avoid races with drain_pages()  */
8509         local_irq_save(flags);
8510         if (zone->pageset != &boot_pageset) {
8511                 for_each_online_cpu(cpu) {
8512                         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
8513                         drain_zonestat(zone, pset);
8514                 }
8515                 free_percpu(zone->pageset);
8516                 zone->pageset = &boot_pageset;
8517         }
8518         local_irq_restore(flags);
8519 }
8520
8521 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
8522 /*
8523  * All pages in the range must be in a single zone and isolated
8524  * before calling this.
8525  */
8526 unsigned long
8527 __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
8528 {
8529         struct page *page;
8530         struct zone *zone;
8531         unsigned int order, i;
8532         unsigned long pfn;
8533         unsigned long flags;
8534         unsigned long offlined_pages = 0;
8535
8536         /* find the first valid pfn */
8537         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++)
8538                 if (pfn_valid(pfn))
8539                         break;
8540         if (pfn == end_pfn)
8541                 return offlined_pages;
8542
8543         offline_mem_sections(pfn, end_pfn);
8544         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
8545         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8546         pfn = start_pfn;
8547         while (pfn < end_pfn) {
8548                 if (!pfn_valid(pfn)) {
8549                         pfn++;
8550                         continue;
8551                 }
8552                 page = pfn_to_page(pfn);
8553                 /*
8554                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
8555                  * page_count() is not 0.
8556                  */
8557                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
8558                         pfn++;
8559                         SetPageReserved(page);
8560                         offlined_pages++;
8561                         continue;
8562                 }
8563
8564                 BUG_ON(page_count(page));
8565                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
8566                 order = page_order(page);
8567                 offlined_pages += 1 << order;
8568 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
8569                 pr_info("remove from free list %lx %d %lx\n",
8570                         pfn, 1 << order, end_pfn);
8571 #endif
8572                 del_page_from_free_area(page, &zone->free_area[order]);
8573                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
8574                         SetPageReserved((page+i));
8575                 pfn += (1 << order);
8576         }
8577         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8578
8579         return offlined_pages;
8580 }
8581 #endif
8582
8583 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
8584 {
8585         struct zone *zone = page_zone(page);
8586         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8587         unsigned long flags;
8588         unsigned int order;
8589
8590         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8591         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
8592                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
8593
8594                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order)
8595                         break;
8596         }
8597         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8598
8599         return order < MAX_ORDER;
8600 }
8601
8602 #ifdef CONFIG_MEMORY_FAILURE
8603 /*
8604  * Set PG_hwpoison flag if a given page is confirmed to be a free page.  This
8605  * test is performed under the zone lock to prevent a race against page
8606  * allocation.
8607  */
8608 bool set_hwpoison_free_buddy_page(struct page *page)
8609 {
8610         struct zone *zone = page_zone(page);
8611         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8612         unsigned long flags;
8613         unsigned int order;
8614         bool hwpoisoned = false;
8615
8616         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8617         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
8618                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
8619
8620                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order) {
8621                         if (!TestSetPageHWPoison(page))
8622                                 hwpoisoned = true;
8623                         break;
8624                 }
8625         }
8626         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8627
8628         return hwpoisoned;
8629 }
8630 #endif