Merge tag 'for-6.1/passthrough-2022-10-04' of git://git.kernel.dk/linux
[linux-block.git] / mm / page_alloc.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
2 /*
3  *  linux/mm/page_alloc.c
4  *
5  *  Manages the free list, the system allocates free pages here.
6  *  Note that kmalloc() lives in slab.c
7  *
8  *  Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
9  *  Swap reorganised 29.12.95, Stephen Tweedie
10  *  Support of BIGMEM added by Gerhard Wichert, Siemens AG, July 1999
11  *  Reshaped it to be a zoned allocator, Ingo Molnar, Red Hat, 1999
12  *  Discontiguous memory support, Kanoj Sarcar, SGI, Nov 1999
13  *  Zone balancing, Kanoj Sarcar, SGI, Jan 2000
14  *  Per cpu hot/cold page lists, bulk allocation, Martin J. Bligh, Sept 2002
15  *          (lots of bits borrowed from Ingo Molnar & Andrew Morton)
16  */
17
18 #include <linux/stddef.h>
19 #include <linux/mm.h>
20 #include <linux/highmem.h>
21 #include <linux/swap.h>
22 #include <linux/swapops.h>
23 #include <linux/interrupt.h>
24 #include <linux/pagemap.h>
25 #include <linux/jiffies.h>
26 #include <linux/memblock.h>
27 #include <linux/compiler.h>
28 #include <linux/kernel.h>
29 #include <linux/kasan.h>
30 #include <linux/module.h>
31 #include <linux/suspend.h>
32 #include <linux/pagevec.h>
33 #include <linux/blkdev.h>
34 #include <linux/slab.h>
35 #include <linux/ratelimit.h>
36 #include <linux/oom.h>
37 #include <linux/topology.h>
38 #include <linux/sysctl.h>
39 #include <linux/cpu.h>
40 #include <linux/cpuset.h>
41 #include <linux/memory_hotplug.h>
42 #include <linux/nodemask.h>
43 #include <linux/vmalloc.h>
44 #include <linux/vmstat.h>
45 #include <linux/mempolicy.h>
46 #include <linux/memremap.h>
47 #include <linux/stop_machine.h>
48 #include <linux/random.h>
49 #include <linux/sort.h>
50 #include <linux/pfn.h>
51 #include <linux/backing-dev.h>
52 #include <linux/fault-inject.h>
53 #include <linux/page-isolation.h>
54 #include <linux/debugobjects.h>
55 #include <linux/kmemleak.h>
56 #include <linux/compaction.h>
57 #include <trace/events/kmem.h>
58 #include <trace/events/oom.h>
59 #include <linux/prefetch.h>
60 #include <linux/mm_inline.h>
61 #include <linux/mmu_notifier.h>
62 #include <linux/migrate.h>
63 #include <linux/hugetlb.h>
64 #include <linux/sched/rt.h>
65 #include <linux/sched/mm.h>
66 #include <linux/page_owner.h>
67 #include <linux/page_table_check.h>
68 #include <linux/kthread.h>
69 #include <linux/memcontrol.h>
70 #include <linux/ftrace.h>
71 #include <linux/lockdep.h>
72 #include <linux/nmi.h>
73 #include <linux/psi.h>
74 #include <linux/padata.h>
75 #include <linux/khugepaged.h>
76 #include <linux/buffer_head.h>
77 #include <linux/delayacct.h>
78 #include <asm/sections.h>
79 #include <asm/tlbflush.h>
80 #include <asm/div64.h>
81 #include "internal.h"
82 #include "shuffle.h"
83 #include "page_reporting.h"
84 #include "swap.h"
85
86 /* Free Page Internal flags: for internal, non-pcp variants of free_pages(). */
87 typedef int __bitwise fpi_t;
88
89 /* No special request */
90 #define FPI_NONE                ((__force fpi_t)0)
91
92 /*
93  * Skip free page reporting notification for the (possibly merged) page.
94  * This does not hinder free page reporting from grabbing the page,
95  * reporting it and marking it "reported" -  it only skips notifying
96  * the free page reporting infrastructure about a newly freed page. For
97  * example, used when temporarily pulling a page from a freelist and
98  * putting it back unmodified.
99  */
100 #define FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY  ((__force fpi_t)BIT(0))
101
102 /*
103  * Place the (possibly merged) page to the tail of the freelist. Will ignore
104  * page shuffling (relevant code - e.g., memory onlining - is expected to
105  * shuffle the whole zone).
106  *
107  * Note: No code should rely on this flag for correctness - it's purely
108  *       to allow for optimizations when handing back either fresh pages
109  *       (memory onlining) or untouched pages (page isolation, free page
110  *       reporting).
111  */
112 #define FPI_TO_TAIL             ((__force fpi_t)BIT(1))
113
114 /*
115  * Don't poison memory with KASAN (only for the tag-based modes).
116  * During boot, all non-reserved memblock memory is exposed to page_alloc.
117  * Poisoning all that memory lengthens boot time, especially on systems with
118  * large amount of RAM. This flag is used to skip that poisoning.
119  * This is only done for the tag-based KASAN modes, as those are able to
120  * detect memory corruptions with the memory tags assigned by default.
121  * All memory allocated normally after boot gets poisoned as usual.
122  */
123 #define FPI_SKIP_KASAN_POISON   ((__force fpi_t)BIT(2))
124
125 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
126 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
127 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_HIGH_FRACTION (8)
128
129 #if defined(CONFIG_SMP) || defined(CONFIG_PREEMPT_RT)
130 /*
131  * On SMP, spin_trylock is sufficient protection.
132  * On PREEMPT_RT, spin_trylock is equivalent on both SMP and UP.
133  */
134 #define pcp_trylock_prepare(flags)      do { } while (0)
135 #define pcp_trylock_finish(flag)        do { } while (0)
136 #else
137
138 /* UP spin_trylock always succeeds so disable IRQs to prevent re-entrancy. */
139 #define pcp_trylock_prepare(flags)      local_irq_save(flags)
140 #define pcp_trylock_finish(flags)       local_irq_restore(flags)
141 #endif
142
143 /*
144  * Locking a pcp requires a PCP lookup followed by a spinlock. To avoid
145  * a migration causing the wrong PCP to be locked and remote memory being
146  * potentially allocated, pin the task to the CPU for the lookup+lock.
147  * preempt_disable is used on !RT because it is faster than migrate_disable.
148  * migrate_disable is used on RT because otherwise RT spinlock usage is
149  * interfered with and a high priority task cannot preempt the allocator.
150  */
151 #ifndef CONFIG_PREEMPT_RT
152 #define pcpu_task_pin()         preempt_disable()
153 #define pcpu_task_unpin()       preempt_enable()
154 #else
155 #define pcpu_task_pin()         migrate_disable()
156 #define pcpu_task_unpin()       migrate_enable()
157 #endif
158
159 /*
160  * Generic helper to lookup and a per-cpu variable with an embedded spinlock.
161  * Return value should be used with equivalent unlock helper.
162  */
163 #define pcpu_spin_lock(type, member, ptr)                               \
164 ({                                                                      \
165         type *_ret;                                                     \
166         pcpu_task_pin();                                                \
167         _ret = this_cpu_ptr(ptr);                                       \
168         spin_lock(&_ret->member);                                       \
169         _ret;                                                           \
170 })
171
172 #define pcpu_spin_lock_irqsave(type, member, ptr, flags)                \
173 ({                                                                      \
174         type *_ret;                                                     \
175         pcpu_task_pin();                                                \
176         _ret = this_cpu_ptr(ptr);                                       \
177         spin_lock_irqsave(&_ret->member, flags);                        \
178         _ret;                                                           \
179 })
180
181 #define pcpu_spin_trylock_irqsave(type, member, ptr, flags)             \
182 ({                                                                      \
183         type *_ret;                                                     \
184         pcpu_task_pin();                                                \
185         _ret = this_cpu_ptr(ptr);                                       \
186         if (!spin_trylock_irqsave(&_ret->member, flags)) {              \
187                 pcpu_task_unpin();                                      \
188                 _ret = NULL;                                            \
189         }                                                               \
190         _ret;                                                           \
191 })
192
193 #define pcpu_spin_unlock(member, ptr)                                   \
194 ({                                                                      \
195         spin_unlock(&ptr->member);                                      \
196         pcpu_task_unpin();                                              \
197 })
198
199 #define pcpu_spin_unlock_irqrestore(member, ptr, flags)                 \
200 ({                                                                      \
201         spin_unlock_irqrestore(&ptr->member, flags);                    \
202         pcpu_task_unpin();                                              \
203 })
204
205 /* struct per_cpu_pages specific helpers. */
206 #define pcp_spin_lock(ptr)                                              \
207         pcpu_spin_lock(struct per_cpu_pages, lock, ptr)
208
209 #define pcp_spin_lock_irqsave(ptr, flags)                               \
210         pcpu_spin_lock_irqsave(struct per_cpu_pages, lock, ptr, flags)
211
212 #define pcp_spin_trylock_irqsave(ptr, flags)                            \
213         pcpu_spin_trylock_irqsave(struct per_cpu_pages, lock, ptr, flags)
214
215 #define pcp_spin_unlock(ptr)                                            \
216         pcpu_spin_unlock(lock, ptr)
217
218 #define pcp_spin_unlock_irqrestore(ptr, flags)                          \
219         pcpu_spin_unlock_irqrestore(lock, ptr, flags)
220 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
221 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
222 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
223 #endif
224
225 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(vm_numa_stat_key);
226
227 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
228 /*
229  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
230  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
231  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
232  * defined in <linux/topology.h>.
233  */
234 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
235 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
236 #endif
237
238 static DEFINE_MUTEX(pcpu_drain_mutex);
239
240 #ifdef CONFIG_GCC_PLUGIN_LATENT_ENTROPY
241 volatile unsigned long latent_entropy __latent_entropy;
242 EXPORT_SYMBOL(latent_entropy);
243 #endif
244
245 /*
246  * Array of node states.
247  */
248 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
249         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
250         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
251 #ifndef CONFIG_NUMA
252         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
253 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
254         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
255 #endif
256         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
257         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
258 #endif  /* NUMA */
259 };
260 EXPORT_SYMBOL(node_states);
261
262 atomic_long_t _totalram_pages __read_mostly;
263 EXPORT_SYMBOL(_totalram_pages);
264 unsigned long totalreserve_pages __read_mostly;
265 unsigned long totalcma_pages __read_mostly;
266
267 int percpu_pagelist_high_fraction;
268 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
269 DEFINE_STATIC_KEY_MAYBE(CONFIG_INIT_ON_ALLOC_DEFAULT_ON, init_on_alloc);
270 EXPORT_SYMBOL(init_on_alloc);
271
272 DEFINE_STATIC_KEY_MAYBE(CONFIG_INIT_ON_FREE_DEFAULT_ON, init_on_free);
273 EXPORT_SYMBOL(init_on_free);
274
275 static bool _init_on_alloc_enabled_early __read_mostly
276                                 = IS_ENABLED(CONFIG_INIT_ON_ALLOC_DEFAULT_ON);
277 static int __init early_init_on_alloc(char *buf)
278 {
279
280         return kstrtobool(buf, &_init_on_alloc_enabled_early);
281 }
282 early_param("init_on_alloc", early_init_on_alloc);
283
284 static bool _init_on_free_enabled_early __read_mostly
285                                 = IS_ENABLED(CONFIG_INIT_ON_FREE_DEFAULT_ON);
286 static int __init early_init_on_free(char *buf)
287 {
288         return kstrtobool(buf, &_init_on_free_enabled_early);
289 }
290 early_param("init_on_free", early_init_on_free);
291
292 /*
293  * A cached value of the page's pageblock's migratetype, used when the page is
294  * put on a pcplist. Used to avoid the pageblock migratetype lookup when
295  * freeing from pcplists in most cases, at the cost of possibly becoming stale.
296  * Also the migratetype set in the page does not necessarily match the pcplist
297  * index, e.g. page might have MIGRATE_CMA set but be on a pcplist with any
298  * other index - this ensures that it will be put on the correct CMA freelist.
299  */
300 static inline int get_pcppage_migratetype(struct page *page)
301 {
302         return page->index;
303 }
304
305 static inline void set_pcppage_migratetype(struct page *page, int migratetype)
306 {
307         page->index = migratetype;
308 }
309
310 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
311 /*
312  * The following functions are used by the suspend/hibernate code to temporarily
313  * change gfp_allowed_mask in order to avoid using I/O during memory allocations
314  * while devices are suspended.  To avoid races with the suspend/hibernate code,
315  * they should always be called with system_transition_mutex held
316  * (gfp_allowed_mask also should only be modified with system_transition_mutex
317  * held, unless the suspend/hibernate code is guaranteed not to run in parallel
318  * with that modification).
319  */
320
321 static gfp_t saved_gfp_mask;
322
323 void pm_restore_gfp_mask(void)
324 {
325         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
326         if (saved_gfp_mask) {
327                 gfp_allowed_mask = saved_gfp_mask;
328                 saved_gfp_mask = 0;
329         }
330 }
331
332 void pm_restrict_gfp_mask(void)
333 {
334         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
335         WARN_ON(saved_gfp_mask);
336         saved_gfp_mask = gfp_allowed_mask;
337         gfp_allowed_mask &= ~(__GFP_IO | __GFP_FS);
338 }
339
340 bool pm_suspended_storage(void)
341 {
342         if ((gfp_allowed_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
343                 return false;
344         return true;
345 }
346 #endif /* CONFIG_PM_SLEEP */
347
348 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
349 unsigned int pageblock_order __read_mostly;
350 #endif
351
352 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order,
353                             fpi_t fpi_flags);
354
355 /*
356  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
357  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
358  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
359  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
360  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
361  *      HIGHMEM allocation will leave (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
362  *
363  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
364  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
365  */
366 int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES] = {
367 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
368         [ZONE_DMA] = 256,
369 #endif
370 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
371         [ZONE_DMA32] = 256,
372 #endif
373         [ZONE_NORMAL] = 32,
374 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
375         [ZONE_HIGHMEM] = 0,
376 #endif
377         [ZONE_MOVABLE] = 0,
378 };
379
380 static char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
381 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
382          "DMA",
383 #endif
384 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
385          "DMA32",
386 #endif
387          "Normal",
388 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
389          "HighMem",
390 #endif
391          "Movable",
392 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
393          "Device",
394 #endif
395 };
396
397 const char * const migratetype_names[MIGRATE_TYPES] = {
398         "Unmovable",
399         "Movable",
400         "Reclaimable",
401         "HighAtomic",
402 #ifdef CONFIG_CMA
403         "CMA",
404 #endif
405 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
406         "Isolate",
407 #endif
408 };
409
410 compound_page_dtor * const compound_page_dtors[NR_COMPOUND_DTORS] = {
411         [NULL_COMPOUND_DTOR] = NULL,
412         [COMPOUND_PAGE_DTOR] = free_compound_page,
413 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
414         [HUGETLB_PAGE_DTOR] = free_huge_page,
415 #endif
416 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
417         [TRANSHUGE_PAGE_DTOR] = free_transhuge_page,
418 #endif
419 };
420
421 int min_free_kbytes = 1024;
422 int user_min_free_kbytes = -1;
423 int watermark_boost_factor __read_mostly = 15000;
424 int watermark_scale_factor = 10;
425
426 static unsigned long nr_kernel_pages __initdata;
427 static unsigned long nr_all_pages __initdata;
428 static unsigned long dma_reserve __initdata;
429
430 static unsigned long arch_zone_lowest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __initdata;
431 static unsigned long arch_zone_highest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __initdata;
432 static unsigned long required_kernelcore __initdata;
433 static unsigned long required_kernelcore_percent __initdata;
434 static unsigned long required_movablecore __initdata;
435 static unsigned long required_movablecore_percent __initdata;
436 static unsigned long zone_movable_pfn[MAX_NUMNODES] __initdata;
437 bool mirrored_kernelcore __initdata_memblock;
438
439 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
440 int movable_zone;
441 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
442
443 #if MAX_NUMNODES > 1
444 unsigned int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
445 unsigned int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
446 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
447 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
448 #endif
449
450 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
451
452 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
453 /*
454  * During boot we initialize deferred pages on-demand, as needed, but once
455  * page_alloc_init_late() has finished, the deferred pages are all initialized,
456  * and we can permanently disable that path.
457  */
458 static DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(deferred_pages);
459
460 static inline bool deferred_pages_enabled(void)
461 {
462         return static_branch_unlikely(&deferred_pages);
463 }
464
465 /* Returns true if the struct page for the pfn is uninitialised */
466 static inline bool __meminit early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
467 {
468         int nid = early_pfn_to_nid(pfn);
469
470         if (node_online(nid) && pfn >= NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn)
471                 return true;
472
473         return false;
474 }
475
476 /*
477  * Returns true when the remaining initialisation should be deferred until
478  * later in the boot cycle when it can be parallelised.
479  */
480 static bool __meminit
481 defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
482 {
483         static unsigned long prev_end_pfn, nr_initialised;
484
485         /*
486          * prev_end_pfn static that contains the end of previous zone
487          * No need to protect because called very early in boot before smp_init.
488          */
489         if (prev_end_pfn != end_pfn) {
490                 prev_end_pfn = end_pfn;
491                 nr_initialised = 0;
492         }
493
494         /* Always populate low zones for address-constrained allocations */
495         if (end_pfn < pgdat_end_pfn(NODE_DATA(nid)))
496                 return false;
497
498         if (NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn != ULONG_MAX)
499                 return true;
500         /*
501          * We start only with one section of pages, more pages are added as
502          * needed until the rest of deferred pages are initialized.
503          */
504         nr_initialised++;
505         if ((nr_initialised > PAGES_PER_SECTION) &&
506             (pfn & (PAGES_PER_SECTION - 1)) == 0) {
507                 NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn = pfn;
508                 return true;
509         }
510         return false;
511 }
512 #else
513 static inline bool deferred_pages_enabled(void)
514 {
515         return false;
516 }
517
518 static inline bool early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
519 {
520         return false;
521 }
522
523 static inline bool defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
524 {
525         return false;
526 }
527 #endif
528
529 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
530 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(const struct page *page,
531                                                         unsigned long pfn)
532 {
533 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
534         return section_to_usemap(__pfn_to_section(pfn));
535 #else
536         return page_zone(page)->pageblock_flags;
537 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
538 }
539
540 static inline int pfn_to_bitidx(const struct page *page, unsigned long pfn)
541 {
542 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
543         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
544 #else
545         pfn = pfn - round_down(page_zone(page)->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
546 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
547         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
548 }
549
550 static __always_inline
551 unsigned long __get_pfnblock_flags_mask(const struct page *page,
552                                         unsigned long pfn,
553                                         unsigned long mask)
554 {
555         unsigned long *bitmap;
556         unsigned long bitidx, word_bitidx;
557         unsigned long word;
558
559         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
560         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
561         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
562         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
563         /*
564          * This races, without locks, with set_pfnblock_flags_mask(). Ensure
565          * a consistent read of the memory array, so that results, even though
566          * racy, are not corrupted.
567          */
568         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
569         return (word >> bitidx) & mask;
570 }
571
572 /**
573  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
574  * @page: The page within the block of interest
575  * @pfn: The target page frame number
576  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
577  *
578  * Return: pageblock_bits flags
579  */
580 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(const struct page *page,
581                                         unsigned long pfn, unsigned long mask)
582 {
583         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, mask);
584 }
585
586 static __always_inline int get_pfnblock_migratetype(const struct page *page,
587                                         unsigned long pfn)
588 {
589         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, MIGRATETYPE_MASK);
590 }
591
592 /**
593  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
594  * @page: The page within the block of interest
595  * @flags: The flags to set
596  * @pfn: The target page frame number
597  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
598  */
599 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
600                                         unsigned long pfn,
601                                         unsigned long mask)
602 {
603         unsigned long *bitmap;
604         unsigned long bitidx, word_bitidx;
605         unsigned long word;
606
607         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
608         BUILD_BUG_ON(MIGRATE_TYPES > (1 << PB_migratetype_bits));
609
610         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
611         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
612         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
613         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
614
615         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(page_zone(page), pfn), page);
616
617         mask <<= bitidx;
618         flags <<= bitidx;
619
620         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
621         do {
622         } while (!try_cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], &word, (word & ~mask) | flags));
623 }
624
625 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
626 {
627         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
628                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
629                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
630
631         set_pfnblock_flags_mask(page, (unsigned long)migratetype,
632                                 page_to_pfn(page), MIGRATETYPE_MASK);
633 }
634
635 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
636 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
637 {
638         int ret = 0;
639         unsigned seq;
640         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
641         unsigned long sp, start_pfn;
642
643         do {
644                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
645                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
646                 sp = zone->spanned_pages;
647                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
648                         ret = 1;
649         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
650
651         if (ret)
652                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
653                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
654                         start_pfn, start_pfn + sp);
655
656         return ret;
657 }
658
659 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
660 {
661         if (zone != page_zone(page))
662                 return 0;
663
664         return 1;
665 }
666 /*
667  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
668  */
669 static int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
670 {
671         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
672                 return 1;
673         if (!page_is_consistent(zone, page))
674                 return 1;
675
676         return 0;
677 }
678 #else
679 static inline int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
680 {
681         return 0;
682 }
683 #endif
684
685 static void bad_page(struct page *page, const char *reason)
686 {
687         static unsigned long resume;
688         static unsigned long nr_shown;
689         static unsigned long nr_unshown;
690
691         /*
692          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
693          * or allow a steady drip of one report per second.
694          */
695         if (nr_shown == 60) {
696                 if (time_before(jiffies, resume)) {
697                         nr_unshown++;
698                         goto out;
699                 }
700                 if (nr_unshown) {
701                         pr_alert(
702                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
703                                 nr_unshown);
704                         nr_unshown = 0;
705                 }
706                 nr_shown = 0;
707         }
708         if (nr_shown++ == 0)
709                 resume = jiffies + 60 * HZ;
710
711         pr_alert("BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
712                 current->comm, page_to_pfn(page));
713         dump_page(page, reason);
714
715         print_modules();
716         dump_stack();
717 out:
718         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
719         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
720         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
721 }
722
723 static inline unsigned int order_to_pindex(int migratetype, int order)
724 {
725         int base = order;
726
727 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
728         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) {
729                 VM_BUG_ON(order != pageblock_order);
730                 return NR_LOWORDER_PCP_LISTS;
731         }
732 #else
733         VM_BUG_ON(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
734 #endif
735
736         return (MIGRATE_PCPTYPES * base) + migratetype;
737 }
738
739 static inline int pindex_to_order(unsigned int pindex)
740 {
741         int order = pindex / MIGRATE_PCPTYPES;
742
743 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
744         if (pindex == NR_LOWORDER_PCP_LISTS)
745                 order = pageblock_order;
746 #else
747         VM_BUG_ON(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
748 #endif
749
750         return order;
751 }
752
753 static inline bool pcp_allowed_order(unsigned int order)
754 {
755         if (order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
756                 return true;
757 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
758         if (order == pageblock_order)
759                 return true;
760 #endif
761         return false;
762 }
763
764 static inline void free_the_page(struct page *page, unsigned int order)
765 {
766         if (pcp_allowed_order(order))           /* Via pcp? */
767                 free_unref_page(page, order);
768         else
769                 __free_pages_ok(page, order, FPI_NONE);
770 }
771
772 /*
773  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
774  *
775  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page" and have PG_head set.
776  *
777  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages". PageTail() is encoded
778  * in bit 0 of page->compound_head. The rest of bits is pointer to head page.
779  *
780  * The first tail page's ->compound_dtor holds the offset in array of compound
781  * page destructors. See compound_page_dtors.
782  *
783  * The first tail page's ->compound_order holds the order of allocation.
784  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
785  */
786
787 void free_compound_page(struct page *page)
788 {
789         mem_cgroup_uncharge(page_folio(page));
790         free_the_page(page, compound_order(page));
791 }
792
793 static void prep_compound_head(struct page *page, unsigned int order)
794 {
795         set_compound_page_dtor(page, COMPOUND_PAGE_DTOR);
796         set_compound_order(page, order);
797         atomic_set(compound_mapcount_ptr(page), -1);
798         atomic_set(compound_pincount_ptr(page), 0);
799 }
800
801 static void prep_compound_tail(struct page *head, int tail_idx)
802 {
803         struct page *p = head + tail_idx;
804
805         p->mapping = TAIL_MAPPING;
806         set_compound_head(p, head);
807 }
808
809 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned int order)
810 {
811         int i;
812         int nr_pages = 1 << order;
813
814         __SetPageHead(page);
815         for (i = 1; i < nr_pages; i++)
816                 prep_compound_tail(page, i);
817
818         prep_compound_head(page, order);
819 }
820
821 void destroy_large_folio(struct folio *folio)
822 {
823         enum compound_dtor_id dtor = folio_page(folio, 1)->compound_dtor;
824
825         VM_BUG_ON_FOLIO(dtor >= NR_COMPOUND_DTORS, folio);
826         compound_page_dtors[dtor](&folio->page);
827 }
828
829 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
830 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
831
832 bool _debug_pagealloc_enabled_early __read_mostly
833                         = IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC_ENABLE_DEFAULT);
834 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled_early);
835 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(_debug_pagealloc_enabled);
836 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled);
837
838 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(_debug_guardpage_enabled);
839
840 static int __init early_debug_pagealloc(char *buf)
841 {
842         return kstrtobool(buf, &_debug_pagealloc_enabled_early);
843 }
844 early_param("debug_pagealloc", early_debug_pagealloc);
845
846 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
847 {
848         unsigned long res;
849
850         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
851                 pr_err("Bad debug_guardpage_minorder value\n");
852                 return 0;
853         }
854         _debug_guardpage_minorder = res;
855         pr_info("Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
856         return 0;
857 }
858 early_param("debug_guardpage_minorder", debug_guardpage_minorder_setup);
859
860 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
861                                 unsigned int order, int migratetype)
862 {
863         if (!debug_guardpage_enabled())
864                 return false;
865
866         if (order >= debug_guardpage_minorder())
867                 return false;
868
869         __SetPageGuard(page);
870         INIT_LIST_HEAD(&page->buddy_list);
871         set_page_private(page, order);
872         /* Guard pages are not available for any usage */
873         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order), migratetype);
874
875         return true;
876 }
877
878 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
879                                 unsigned int order, int migratetype)
880 {
881         if (!debug_guardpage_enabled())
882                 return;
883
884         __ClearPageGuard(page);
885
886         set_page_private(page, 0);
887         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
888                 __mod_zone_freepage_state(zone, (1 << order), migratetype);
889 }
890 #else
891 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
892                         unsigned int order, int migratetype) { return false; }
893 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
894                                 unsigned int order, int migratetype) {}
895 #endif
896
897 /*
898  * Enable static keys related to various memory debugging and hardening options.
899  * Some override others, and depend on early params that are evaluated in the
900  * order of appearance. So we need to first gather the full picture of what was
901  * enabled, and then make decisions.
902  */
903 void init_mem_debugging_and_hardening(void)
904 {
905         bool page_poisoning_requested = false;
906
907 #ifdef CONFIG_PAGE_POISONING
908         /*
909          * Page poisoning is debug page alloc for some arches. If
910          * either of those options are enabled, enable poisoning.
911          */
912         if (page_poisoning_enabled() ||
913              (!IS_ENABLED(CONFIG_ARCH_SUPPORTS_DEBUG_PAGEALLOC) &&
914               debug_pagealloc_enabled())) {
915                 static_branch_enable(&_page_poisoning_enabled);
916                 page_poisoning_requested = true;
917         }
918 #endif
919
920         if ((_init_on_alloc_enabled_early || _init_on_free_enabled_early) &&
921             page_poisoning_requested) {
922                 pr_info("mem auto-init: CONFIG_PAGE_POISONING is on, "
923                         "will take precedence over init_on_alloc and init_on_free\n");
924                 _init_on_alloc_enabled_early = false;
925                 _init_on_free_enabled_early = false;
926         }
927
928         if (_init_on_alloc_enabled_early)
929                 static_branch_enable(&init_on_alloc);
930         else
931                 static_branch_disable(&init_on_alloc);
932
933         if (_init_on_free_enabled_early)
934                 static_branch_enable(&init_on_free);
935         else
936                 static_branch_disable(&init_on_free);
937
938 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
939         if (!debug_pagealloc_enabled())
940                 return;
941
942         static_branch_enable(&_debug_pagealloc_enabled);
943
944         if (!debug_guardpage_minorder())
945                 return;
946
947         static_branch_enable(&_debug_guardpage_enabled);
948 #endif
949 }
950
951 static inline void set_buddy_order(struct page *page, unsigned int order)
952 {
953         set_page_private(page, order);
954         __SetPageBuddy(page);
955 }
956
957 #ifdef CONFIG_COMPACTION
958 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
959 {
960         struct capture_control *capc = current->capture_control;
961
962         return unlikely(capc) &&
963                 !(current->flags & PF_KTHREAD) &&
964                 !capc->page &&
965                 capc->cc->zone == zone ? capc : NULL;
966 }
967
968 static inline bool
969 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
970                    int order, int migratetype)
971 {
972         if (!capc || order != capc->cc->order)
973                 return false;
974
975         /* Do not accidentally pollute CMA or isolated regions*/
976         if (is_migrate_cma(migratetype) ||
977             is_migrate_isolate(migratetype))
978                 return false;
979
980         /*
981          * Do not let lower order allocations pollute a movable pageblock.
982          * This might let an unmovable request use a reclaimable pageblock
983          * and vice-versa but no more than normal fallback logic which can
984          * have trouble finding a high-order free page.
985          */
986         if (order < pageblock_order && migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
987                 return false;
988
989         capc->page = page;
990         return true;
991 }
992
993 #else
994 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
995 {
996         return NULL;
997 }
998
999 static inline bool
1000 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
1001                    int order, int migratetype)
1002 {
1003         return false;
1004 }
1005 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
1006
1007 /* Used for pages not on another list */
1008 static inline void add_to_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
1009                                     unsigned int order, int migratetype)
1010 {
1011         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
1012
1013         list_add(&page->buddy_list, &area->free_list[migratetype]);
1014         area->nr_free++;
1015 }
1016
1017 /* Used for pages not on another list */
1018 static inline void add_to_free_list_tail(struct page *page, struct zone *zone,
1019                                          unsigned int order, int migratetype)
1020 {
1021         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
1022
1023         list_add_tail(&page->buddy_list, &area->free_list[migratetype]);
1024         area->nr_free++;
1025 }
1026
1027 /*
1028  * Used for pages which are on another list. Move the pages to the tail
1029  * of the list - so the moved pages won't immediately be considered for
1030  * allocation again (e.g., optimization for memory onlining).
1031  */
1032 static inline void move_to_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
1033                                      unsigned int order, int migratetype)
1034 {
1035         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
1036
1037         list_move_tail(&page->buddy_list, &area->free_list[migratetype]);
1038 }
1039
1040 static inline void del_page_from_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
1041                                            unsigned int order)
1042 {
1043         /* clear reported state and update reported page count */
1044         if (page_reported(page))
1045                 __ClearPageReported(page);
1046
1047         list_del(&page->buddy_list);
1048         __ClearPageBuddy(page);
1049         set_page_private(page, 0);
1050         zone->free_area[order].nr_free--;
1051 }
1052
1053 /*
1054  * If this is not the largest possible page, check if the buddy
1055  * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
1056  * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
1057  * that is happening, add the free page to the tail of the list
1058  * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
1059  * as a higher order page
1060  */
1061 static inline bool
1062 buddy_merge_likely(unsigned long pfn, unsigned long buddy_pfn,
1063                    struct page *page, unsigned int order)
1064 {
1065         unsigned long higher_page_pfn;
1066         struct page *higher_page;
1067
1068         if (order >= MAX_ORDER - 2)
1069                 return false;
1070
1071         higher_page_pfn = buddy_pfn & pfn;
1072         higher_page = page + (higher_page_pfn - pfn);
1073
1074         return find_buddy_page_pfn(higher_page, higher_page_pfn, order + 1,
1075                         NULL) != NULL;
1076 }
1077
1078 /*
1079  * Freeing function for a buddy system allocator.
1080  *
1081  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
1082  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
1083  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
1084  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
1085  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
1086  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
1087  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
1088  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
1089  * parts of the VM system.
1090  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
1091  * free pages of length of (1 << order) and marked with PageBuddy.
1092  * Page's order is recorded in page_private(page) field.
1093  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
1094  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
1095  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
1096  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
1097  * triggers coalescing into a block of larger size.
1098  *
1099  * -- nyc
1100  */
1101
1102 static inline void __free_one_page(struct page *page,
1103                 unsigned long pfn,
1104                 struct zone *zone, unsigned int order,
1105                 int migratetype, fpi_t fpi_flags)
1106 {
1107         struct capture_control *capc = task_capc(zone);
1108         unsigned long buddy_pfn;
1109         unsigned long combined_pfn;
1110         struct page *buddy;
1111         bool to_tail;
1112
1113         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
1114         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
1115
1116         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
1117         if (likely(!is_migrate_isolate(migratetype)))
1118                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
1119
1120         VM_BUG_ON_PAGE(pfn & ((1 << order) - 1), page);
1121         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
1122
1123         while (order < MAX_ORDER - 1) {
1124                 if (compaction_capture(capc, page, order, migratetype)) {
1125                         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
1126                                                                 migratetype);
1127                         return;
1128                 }
1129
1130                 buddy = find_buddy_page_pfn(page, pfn, order, &buddy_pfn);
1131                 if (!buddy)
1132                         goto done_merging;
1133
1134                 if (unlikely(order >= pageblock_order)) {
1135                         /*
1136                          * We want to prevent merge between freepages on pageblock
1137                          * without fallbacks and normal pageblock. Without this,
1138                          * pageblock isolation could cause incorrect freepage or CMA
1139                          * accounting or HIGHATOMIC accounting.
1140                          */
1141                         int buddy_mt = get_pageblock_migratetype(buddy);
1142
1143                         if (migratetype != buddy_mt
1144                                         && (!migratetype_is_mergeable(migratetype) ||
1145                                                 !migratetype_is_mergeable(buddy_mt)))
1146                                 goto done_merging;
1147                 }
1148
1149                 /*
1150                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
1151                  * merge with it and move up one order.
1152                  */
1153                 if (page_is_guard(buddy))
1154                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
1155                 else
1156                         del_page_from_free_list(buddy, zone, order);
1157                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
1158                 page = page + (combined_pfn - pfn);
1159                 pfn = combined_pfn;
1160                 order++;
1161         }
1162
1163 done_merging:
1164         set_buddy_order(page, order);
1165
1166         if (fpi_flags & FPI_TO_TAIL)
1167                 to_tail = true;
1168         else if (is_shuffle_order(order))
1169                 to_tail = shuffle_pick_tail();
1170         else
1171                 to_tail = buddy_merge_likely(pfn, buddy_pfn, page, order);
1172
1173         if (to_tail)
1174                 add_to_free_list_tail(page, zone, order, migratetype);
1175         else
1176                 add_to_free_list(page, zone, order, migratetype);
1177
1178         /* Notify page reporting subsystem of freed page */
1179         if (!(fpi_flags & FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY))
1180                 page_reporting_notify_free(order);
1181 }
1182
1183 /**
1184  * split_free_page() -- split a free page at split_pfn_offset
1185  * @free_page:          the original free page
1186  * @order:              the order of the page
1187  * @split_pfn_offset:   split offset within the page
1188  *
1189  * Return -ENOENT if the free page is changed, otherwise 0
1190  *
1191  * It is used when the free page crosses two pageblocks with different migratetypes
1192  * at split_pfn_offset within the page. The split free page will be put into
1193  * separate migratetype lists afterwards. Otherwise, the function achieves
1194  * nothing.
1195  */
1196 int split_free_page(struct page *free_page,
1197                         unsigned int order, unsigned long split_pfn_offset)
1198 {
1199         struct zone *zone = page_zone(free_page);
1200         unsigned long free_page_pfn = page_to_pfn(free_page);
1201         unsigned long pfn;
1202         unsigned long flags;
1203         int free_page_order;
1204         int mt;
1205         int ret = 0;
1206
1207         if (split_pfn_offset == 0)
1208                 return ret;
1209
1210         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1211
1212         if (!PageBuddy(free_page) || buddy_order(free_page) != order) {
1213                 ret = -ENOENT;
1214                 goto out;
1215         }
1216
1217         mt = get_pageblock_migratetype(free_page);
1218         if (likely(!is_migrate_isolate(mt)))
1219                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
1220
1221         del_page_from_free_list(free_page, zone, order);
1222         for (pfn = free_page_pfn;
1223              pfn < free_page_pfn + (1UL << order);) {
1224                 int mt = get_pfnblock_migratetype(pfn_to_page(pfn), pfn);
1225
1226                 free_page_order = min_t(unsigned int,
1227                                         pfn ? __ffs(pfn) : order,
1228                                         __fls(split_pfn_offset));
1229                 __free_one_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zone, free_page_order,
1230                                 mt, FPI_NONE);
1231                 pfn += 1UL << free_page_order;
1232                 split_pfn_offset -= (1UL << free_page_order);
1233                 /* we have done the first part, now switch to second part */
1234                 if (split_pfn_offset == 0)
1235                         split_pfn_offset = (1UL << order) - (pfn - free_page_pfn);
1236         }
1237 out:
1238         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1239         return ret;
1240 }
1241 /*
1242  * A bad page could be due to a number of fields. Instead of multiple branches,
1243  * try and check multiple fields with one check. The caller must do a detailed
1244  * check if necessary.
1245  */
1246 static inline bool page_expected_state(struct page *page,
1247                                         unsigned long check_flags)
1248 {
1249         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1250                 return false;
1251
1252         if (unlikely((unsigned long)page->mapping |
1253                         page_ref_count(page) |
1254 #ifdef CONFIG_MEMCG
1255                         page->memcg_data |
1256 #endif
1257                         (page->flags & check_flags)))
1258                 return false;
1259
1260         return true;
1261 }
1262
1263 static const char *page_bad_reason(struct page *page, unsigned long flags)
1264 {
1265         const char *bad_reason = NULL;
1266
1267         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1268                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1269         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1270                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1271         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
1272                 bad_reason = "nonzero _refcount";
1273         if (unlikely(page->flags & flags)) {
1274                 if (flags == PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)
1275                         bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag(s) set";
1276                 else
1277                         bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
1278         }
1279 #ifdef CONFIG_MEMCG
1280         if (unlikely(page->memcg_data))
1281                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
1282 #endif
1283         return bad_reason;
1284 }
1285
1286 static void check_free_page_bad(struct page *page)
1287 {
1288         bad_page(page,
1289                  page_bad_reason(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE));
1290 }
1291
1292 static inline int check_free_page(struct page *page)
1293 {
1294         if (likely(page_expected_state(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)))
1295                 return 0;
1296
1297         /* Something has gone sideways, find it */
1298         check_free_page_bad(page);
1299         return 1;
1300 }
1301
1302 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
1303 {
1304         int ret = 1;
1305
1306         /*
1307          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
1308          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
1309          */
1310         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
1311
1312         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM)) {
1313                 ret = 0;
1314                 goto out;
1315         }
1316         switch (page - head_page) {
1317         case 1:
1318                 /* the first tail page: ->mapping may be compound_mapcount() */
1319                 if (unlikely(compound_mapcount(page))) {
1320                         bad_page(page, "nonzero compound_mapcount");
1321                         goto out;
1322                 }
1323                 break;
1324         case 2:
1325                 /*
1326                  * the second tail page: ->mapping is
1327                  * deferred_list.next -- ignore value.
1328                  */
1329                 break;
1330         default:
1331                 if (page->mapping != TAIL_MAPPING) {
1332                         bad_page(page, "corrupted mapping in tail page");
1333                         goto out;
1334                 }
1335                 break;
1336         }
1337         if (unlikely(!PageTail(page))) {
1338                 bad_page(page, "PageTail not set");
1339                 goto out;
1340         }
1341         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
1342                 bad_page(page, "compound_head not consistent");
1343                 goto out;
1344         }
1345         ret = 0;
1346 out:
1347         page->mapping = NULL;
1348         clear_compound_head(page);
1349         return ret;
1350 }
1351
1352 /*
1353  * Skip KASAN memory poisoning when either:
1354  *
1355  * 1. Deferred memory initialization has not yet completed,
1356  *    see the explanation below.
1357  * 2. Skipping poisoning is requested via FPI_SKIP_KASAN_POISON,
1358  *    see the comment next to it.
1359  * 3. Skipping poisoning is requested via __GFP_SKIP_KASAN_POISON,
1360  *    see the comment next to it.
1361  *
1362  * Poisoning pages during deferred memory init will greatly lengthen the
1363  * process and cause problem in large memory systems as the deferred pages
1364  * initialization is done with interrupt disabled.
1365  *
1366  * Assuming that there will be no reference to those newly initialized
1367  * pages before they are ever allocated, this should have no effect on
1368  * KASAN memory tracking as the poison will be properly inserted at page
1369  * allocation time. The only corner case is when pages are allocated by
1370  * on-demand allocation and then freed again before the deferred pages
1371  * initialization is done, but this is not likely to happen.
1372  */
1373 static inline bool should_skip_kasan_poison(struct page *page, fpi_t fpi_flags)
1374 {
1375         return deferred_pages_enabled() ||
1376                (!IS_ENABLED(CONFIG_KASAN_GENERIC) &&
1377                 (fpi_flags & FPI_SKIP_KASAN_POISON)) ||
1378                PageSkipKASanPoison(page);
1379 }
1380
1381 static void kernel_init_pages(struct page *page, int numpages)
1382 {
1383         int i;
1384
1385         /* s390's use of memset() could override KASAN redzones. */
1386         kasan_disable_current();
1387         for (i = 0; i < numpages; i++)
1388                 clear_highpage_kasan_tagged(page + i);
1389         kasan_enable_current();
1390 }
1391
1392 static __always_inline bool free_pages_prepare(struct page *page,
1393                         unsigned int order, bool check_free, fpi_t fpi_flags)
1394 {
1395         int bad = 0;
1396         bool init = want_init_on_free();
1397
1398         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
1399
1400         trace_mm_page_free(page, order);
1401
1402         if (unlikely(PageHWPoison(page)) && !order) {
1403                 /*
1404                  * Do not let hwpoison pages hit pcplists/buddy
1405                  * Untie memcg state and reset page's owner
1406                  */
1407                 if (memcg_kmem_enabled() && PageMemcgKmem(page))
1408                         __memcg_kmem_uncharge_page(page, order);
1409                 reset_page_owner(page, order);
1410                 page_table_check_free(page, order);
1411                 return false;
1412         }
1413
1414         /*
1415          * Check tail pages before head page information is cleared to
1416          * avoid checking PageCompound for order-0 pages.
1417          */
1418         if (unlikely(order)) {
1419                 bool compound = PageCompound(page);
1420                 int i;
1421
1422                 VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
1423
1424                 if (compound) {
1425                         ClearPageDoubleMap(page);
1426                         ClearPageHasHWPoisoned(page);
1427                 }
1428                 for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1429                         if (compound)
1430                                 bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
1431                         if (unlikely(check_free_page(page + i))) {
1432                                 bad++;
1433                                 continue;
1434                         }
1435                         (page + i)->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1436                 }
1437         }
1438         if (PageMappingFlags(page))
1439                 page->mapping = NULL;
1440         if (memcg_kmem_enabled() && PageMemcgKmem(page))
1441                 __memcg_kmem_uncharge_page(page, order);
1442         if (check_free)
1443                 bad += check_free_page(page);
1444         if (bad)
1445                 return false;
1446
1447         page_cpupid_reset_last(page);
1448         page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1449         reset_page_owner(page, order);
1450         page_table_check_free(page, order);
1451
1452         if (!PageHighMem(page)) {
1453                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1454                                            PAGE_SIZE << order);
1455                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1456                                            PAGE_SIZE << order);
1457         }
1458
1459         kernel_poison_pages(page, 1 << order);
1460
1461         /*
1462          * As memory initialization might be integrated into KASAN,
1463          * KASAN poisoning and memory initialization code must be
1464          * kept together to avoid discrepancies in behavior.
1465          *
1466          * With hardware tag-based KASAN, memory tags must be set before the
1467          * page becomes unavailable via debug_pagealloc or arch_free_page.
1468          */
1469         if (!should_skip_kasan_poison(page, fpi_flags)) {
1470                 kasan_poison_pages(page, order, init);
1471
1472                 /* Memory is already initialized if KASAN did it internally. */
1473                 if (kasan_has_integrated_init())
1474                         init = false;
1475         }
1476         if (init)
1477                 kernel_init_pages(page, 1 << order);
1478
1479         /*
1480          * arch_free_page() can make the page's contents inaccessible.  s390
1481          * does this.  So nothing which can access the page's contents should
1482          * happen after this.
1483          */
1484         arch_free_page(page, order);
1485
1486         debug_pagealloc_unmap_pages(page, 1 << order);
1487
1488         return true;
1489 }
1490
1491 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1492 /*
1493  * With DEBUG_VM enabled, order-0 pages are checked immediately when being freed
1494  * to pcp lists. With debug_pagealloc also enabled, they are also rechecked when
1495  * moved from pcp lists to free lists.
1496  */
1497 static bool free_pcp_prepare(struct page *page, unsigned int order)
1498 {
1499         return free_pages_prepare(page, order, true, FPI_NONE);
1500 }
1501
1502 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1503 {
1504         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1505                 return check_free_page(page);
1506         else
1507                 return false;
1508 }
1509 #else
1510 /*
1511  * With DEBUG_VM disabled, order-0 pages being freed are checked only when
1512  * moving from pcp lists to free list in order to reduce overhead. With
1513  * debug_pagealloc enabled, they are checked also immediately when being freed
1514  * to the pcp lists.
1515  */
1516 static bool free_pcp_prepare(struct page *page, unsigned int order)
1517 {
1518         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1519                 return free_pages_prepare(page, order, true, FPI_NONE);
1520         else
1521                 return free_pages_prepare(page, order, false, FPI_NONE);
1522 }
1523
1524 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1525 {
1526         return check_free_page(page);
1527 }
1528 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1529
1530 /*
1531  * Frees a number of pages from the PCP lists
1532  * Assumes all pages on list are in same zone.
1533  * count is the number of pages to free.
1534  */
1535 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
1536                                         struct per_cpu_pages *pcp,
1537                                         int pindex)
1538 {
1539         int min_pindex = 0;
1540         int max_pindex = NR_PCP_LISTS - 1;
1541         unsigned int order;
1542         bool isolated_pageblocks;
1543         struct page *page;
1544
1545         /*
1546          * Ensure proper count is passed which otherwise would stuck in the
1547          * below while (list_empty(list)) loop.
1548          */
1549         count = min(pcp->count, count);
1550
1551         /* Ensure requested pindex is drained first. */
1552         pindex = pindex - 1;
1553
1554         /* Caller must hold IRQ-safe pcp->lock so IRQs are disabled. */
1555         spin_lock(&zone->lock);
1556         isolated_pageblocks = has_isolate_pageblock(zone);
1557
1558         while (count > 0) {
1559                 struct list_head *list;
1560                 int nr_pages;
1561
1562                 /* Remove pages from lists in a round-robin fashion. */
1563                 do {
1564                         if (++pindex > max_pindex)
1565                                 pindex = min_pindex;
1566                         list = &pcp->lists[pindex];
1567                         if (!list_empty(list))
1568                                 break;
1569
1570                         if (pindex == max_pindex)
1571                                 max_pindex--;
1572                         if (pindex == min_pindex)
1573                                 min_pindex++;
1574                 } while (1);
1575
1576                 order = pindex_to_order(pindex);
1577                 nr_pages = 1 << order;
1578                 BUILD_BUG_ON(MAX_ORDER >= (1<<NR_PCP_ORDER_WIDTH));
1579                 do {
1580                         int mt;
1581
1582                         page = list_last_entry(list, struct page, pcp_list);
1583                         mt = get_pcppage_migratetype(page);
1584
1585                         /* must delete to avoid corrupting pcp list */
1586                         list_del(&page->pcp_list);
1587                         count -= nr_pages;
1588                         pcp->count -= nr_pages;
1589
1590                         if (bulkfree_pcp_prepare(page))
1591                                 continue;
1592
1593                         /* MIGRATE_ISOLATE page should not go to pcplists */
1594                         VM_BUG_ON_PAGE(is_migrate_isolate(mt), page);
1595                         /* Pageblock could have been isolated meanwhile */
1596                         if (unlikely(isolated_pageblocks))
1597                                 mt = get_pageblock_migratetype(page);
1598
1599                         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, order, mt, FPI_NONE);
1600                         trace_mm_page_pcpu_drain(page, order, mt);
1601                 } while (count > 0 && !list_empty(list));
1602         }
1603
1604         spin_unlock(&zone->lock);
1605 }
1606
1607 static void free_one_page(struct zone *zone,
1608                                 struct page *page, unsigned long pfn,
1609                                 unsigned int order,
1610                                 int migratetype, fpi_t fpi_flags)
1611 {
1612         unsigned long flags;
1613
1614         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1615         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1616                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1617                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1618         }
1619         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype, fpi_flags);
1620         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1621 }
1622
1623 static void __meminit __init_single_page(struct page *page, unsigned long pfn,
1624                                 unsigned long zone, int nid)
1625 {
1626         mm_zero_struct_page(page);
1627         set_page_links(page, zone, nid, pfn);
1628         init_page_count(page);
1629         page_mapcount_reset(page);
1630         page_cpupid_reset_last(page);
1631         page_kasan_tag_reset(page);
1632
1633         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1634 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
1635         /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
1636         if (!is_highmem_idx(zone))
1637                 set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
1638 #endif
1639 }
1640
1641 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1642 static void __meminit init_reserved_page(unsigned long pfn)
1643 {
1644         pg_data_t *pgdat;
1645         int nid, zid;
1646
1647         if (!early_page_uninitialised(pfn))
1648                 return;
1649
1650         nid = early_pfn_to_nid(pfn);
1651         pgdat = NODE_DATA(nid);
1652
1653         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1654                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zid];
1655
1656                 if (zone_spans_pfn(zone, pfn))
1657                         break;
1658         }
1659         __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zid, nid);
1660 }
1661 #else
1662 static inline void init_reserved_page(unsigned long pfn)
1663 {
1664 }
1665 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1666
1667 /*
1668  * Initialised pages do not have PageReserved set. This function is
1669  * called for each range allocated by the bootmem allocator and
1670  * marks the pages PageReserved. The remaining valid pages are later
1671  * sent to the buddy page allocator.
1672  */
1673 void __meminit reserve_bootmem_region(phys_addr_t start, phys_addr_t end)
1674 {
1675         unsigned long start_pfn = PFN_DOWN(start);
1676         unsigned long end_pfn = PFN_UP(end);
1677
1678         for (; start_pfn < end_pfn; start_pfn++) {
1679                 if (pfn_valid(start_pfn)) {
1680                         struct page *page = pfn_to_page(start_pfn);
1681
1682                         init_reserved_page(start_pfn);
1683
1684                         /* Avoid false-positive PageTail() */
1685                         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1686
1687                         /*
1688                          * no need for atomic set_bit because the struct
1689                          * page is not visible yet so nobody should
1690                          * access it yet.
1691                          */
1692                         __SetPageReserved(page);
1693                 }
1694         }
1695 }
1696
1697 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order,
1698                             fpi_t fpi_flags)
1699 {
1700         unsigned long flags;
1701         int migratetype;
1702         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1703         struct zone *zone = page_zone(page);
1704
1705         if (!free_pages_prepare(page, order, true, fpi_flags))
1706                 return;
1707
1708         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1709
1710         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1711         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1712                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1713                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1714         }
1715         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype, fpi_flags);
1716         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1717
1718         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1719 }
1720
1721 void __free_pages_core(struct page *page, unsigned int order)
1722 {
1723         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1724         struct page *p = page;
1725         unsigned int loop;
1726
1727         /*
1728          * When initializing the memmap, __init_single_page() sets the refcount
1729          * of all pages to 1 ("allocated"/"not free"). We have to set the
1730          * refcount of all involved pages to 0.
1731          */
1732         prefetchw(p);
1733         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1734                 prefetchw(p + 1);
1735                 __ClearPageReserved(p);
1736                 set_page_count(p, 0);
1737         }
1738         __ClearPageReserved(p);
1739         set_page_count(p, 0);
1740
1741         atomic_long_add(nr_pages, &page_zone(page)->managed_pages);
1742
1743         /*
1744          * Bypass PCP and place fresh pages right to the tail, primarily
1745          * relevant for memory onlining.
1746          */
1747         __free_pages_ok(page, order, FPI_TO_TAIL | FPI_SKIP_KASAN_POISON);
1748 }
1749
1750 #ifdef CONFIG_NUMA
1751
1752 /*
1753  * During memory init memblocks map pfns to nids. The search is expensive and
1754  * this caches recent lookups. The implementation of __early_pfn_to_nid
1755  * treats start/end as pfns.
1756  */
1757 struct mminit_pfnnid_cache {
1758         unsigned long last_start;
1759         unsigned long last_end;
1760         int last_nid;
1761 };
1762
1763 static struct mminit_pfnnid_cache early_pfnnid_cache __meminitdata;
1764
1765 /*
1766  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
1767  */
1768 static int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn,
1769                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1770 {
1771         unsigned long start_pfn, end_pfn;
1772         int nid;
1773
1774         if (state->last_start <= pfn && pfn < state->last_end)
1775                 return state->last_nid;
1776
1777         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
1778         if (nid != NUMA_NO_NODE) {
1779                 state->last_start = start_pfn;
1780                 state->last_end = end_pfn;
1781                 state->last_nid = nid;
1782         }
1783
1784         return nid;
1785 }
1786
1787 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
1788 {
1789         static DEFINE_SPINLOCK(early_pfn_lock);
1790         int nid;
1791
1792         spin_lock(&early_pfn_lock);
1793         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1794         if (nid < 0)
1795                 nid = first_online_node;
1796         spin_unlock(&early_pfn_lock);
1797
1798         return nid;
1799 }
1800 #endif /* CONFIG_NUMA */
1801
1802 void __init memblock_free_pages(struct page *page, unsigned long pfn,
1803                                                         unsigned int order)
1804 {
1805         if (early_page_uninitialised(pfn))
1806                 return;
1807         __free_pages_core(page, order);
1808 }
1809
1810 /*
1811  * Check that the whole (or subset of) a pageblock given by the interval of
1812  * [start_pfn, end_pfn) is valid and within the same zone, before scanning it
1813  * with the migration of free compaction scanner.
1814  *
1815  * Return struct page pointer of start_pfn, or NULL if checks were not passed.
1816  *
1817  * It's possible on some configurations to have a setup like node0 node1 node0
1818  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of pages do not
1819  * belong to a single zone. We assume that a border between node0 and node1
1820  * can occur within a single pageblock, but not a node0 node1 node0
1821  * interleaving within a single pageblock. It is therefore sufficient to check
1822  * the first and last page of a pageblock and avoid checking each individual
1823  * page in a pageblock.
1824  */
1825 struct page *__pageblock_pfn_to_page(unsigned long start_pfn,
1826                                      unsigned long end_pfn, struct zone *zone)
1827 {
1828         struct page *start_page;
1829         struct page *end_page;
1830
1831         /* end_pfn is one past the range we are checking */
1832         end_pfn--;
1833
1834         if (!pfn_valid(start_pfn) || !pfn_valid(end_pfn))
1835                 return NULL;
1836
1837         start_page = pfn_to_online_page(start_pfn);
1838         if (!start_page)
1839                 return NULL;
1840
1841         if (page_zone(start_page) != zone)
1842                 return NULL;
1843
1844         end_page = pfn_to_page(end_pfn);
1845
1846         /* This gives a shorter code than deriving page_zone(end_page) */
1847         if (page_zone_id(start_page) != page_zone_id(end_page))
1848                 return NULL;
1849
1850         return start_page;
1851 }
1852
1853 void set_zone_contiguous(struct zone *zone)
1854 {
1855         unsigned long block_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
1856         unsigned long block_end_pfn;
1857
1858         block_end_pfn = ALIGN(block_start_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
1859         for (; block_start_pfn < zone_end_pfn(zone);
1860                         block_start_pfn = block_end_pfn,
1861                          block_end_pfn += pageblock_nr_pages) {
1862
1863                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, zone_end_pfn(zone));
1864
1865                 if (!__pageblock_pfn_to_page(block_start_pfn,
1866                                              block_end_pfn, zone))
1867                         return;
1868                 cond_resched();
1869         }
1870
1871         /* We confirm that there is no hole */
1872         zone->contiguous = true;
1873 }
1874
1875 void clear_zone_contiguous(struct zone *zone)
1876 {
1877         zone->contiguous = false;
1878 }
1879
1880 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1881 static void __init deferred_free_range(unsigned long pfn,
1882                                        unsigned long nr_pages)
1883 {
1884         struct page *page;
1885         unsigned long i;
1886
1887         if (!nr_pages)
1888                 return;
1889
1890         page = pfn_to_page(pfn);
1891
1892         /* Free a large naturally-aligned chunk if possible */
1893         if (nr_pages == pageblock_nr_pages &&
1894             (pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0) {
1895                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1896                 __free_pages_core(page, pageblock_order);
1897                 return;
1898         }
1899
1900         for (i = 0; i < nr_pages; i++, page++, pfn++) {
1901                 if ((pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0)
1902                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1903                 __free_pages_core(page, 0);
1904         }
1905 }
1906
1907 /* Completion tracking for deferred_init_memmap() threads */
1908 static atomic_t pgdat_init_n_undone __initdata;
1909 static __initdata DECLARE_COMPLETION(pgdat_init_all_done_comp);
1910
1911 static inline void __init pgdat_init_report_one_done(void)
1912 {
1913         if (atomic_dec_and_test(&pgdat_init_n_undone))
1914                 complete(&pgdat_init_all_done_comp);
1915 }
1916
1917 /*
1918  * Returns true if page needs to be initialized or freed to buddy allocator.
1919  *
1920  * First we check if pfn is valid on architectures where it is possible to have
1921  * holes within pageblock_nr_pages. On systems where it is not possible, this
1922  * function is optimized out.
1923  *
1924  * Then, we check if a current large page is valid by only checking the validity
1925  * of the head pfn.
1926  */
1927 static inline bool __init deferred_pfn_valid(unsigned long pfn)
1928 {
1929         if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) && !pfn_valid(pfn))
1930                 return false;
1931         return true;
1932 }
1933
1934 /*
1935  * Free pages to buddy allocator. Try to free aligned pages in
1936  * pageblock_nr_pages sizes.
1937  */
1938 static void __init deferred_free_pages(unsigned long pfn,
1939                                        unsigned long end_pfn)
1940 {
1941         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1942         unsigned long nr_free = 0;
1943
1944         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1945                 if (!deferred_pfn_valid(pfn)) {
1946                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1947                         nr_free = 0;
1948                 } else if (!(pfn & nr_pgmask)) {
1949                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1950                         nr_free = 1;
1951                 } else {
1952                         nr_free++;
1953                 }
1954         }
1955         /* Free the last block of pages to allocator */
1956         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1957 }
1958
1959 /*
1960  * Initialize struct pages.  We minimize pfn page lookups and scheduler checks
1961  * by performing it only once every pageblock_nr_pages.
1962  * Return number of pages initialized.
1963  */
1964 static unsigned long  __init deferred_init_pages(struct zone *zone,
1965                                                  unsigned long pfn,
1966                                                  unsigned long end_pfn)
1967 {
1968         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1969         int nid = zone_to_nid(zone);
1970         unsigned long nr_pages = 0;
1971         int zid = zone_idx(zone);
1972         struct page *page = NULL;
1973
1974         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1975                 if (!deferred_pfn_valid(pfn)) {
1976                         page = NULL;
1977                         continue;
1978                 } else if (!page || !(pfn & nr_pgmask)) {
1979                         page = pfn_to_page(pfn);
1980                 } else {
1981                         page++;
1982                 }
1983                 __init_single_page(page, pfn, zid, nid);
1984                 nr_pages++;
1985         }
1986         return (nr_pages);
1987 }
1988
1989 /*
1990  * This function is meant to pre-load the iterator for the zone init.
1991  * Specifically it walks through the ranges until we are caught up to the
1992  * first_init_pfn value and exits there. If we never encounter the value we
1993  * return false indicating there are no valid ranges left.
1994  */
1995 static bool __init
1996 deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(u64 *i, struct zone *zone,
1997                                     unsigned long *spfn, unsigned long *epfn,
1998                                     unsigned long first_init_pfn)
1999 {
2000         u64 j;
2001
2002         /*
2003          * Start out by walking through the ranges in this zone that have
2004          * already been initialized. We don't need to do anything with them
2005          * so we just need to flush them out of the system.
2006          */
2007         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone(j, zone, spfn, epfn) {
2008                 if (*epfn <= first_init_pfn)
2009                         continue;
2010                 if (*spfn < first_init_pfn)
2011                         *spfn = first_init_pfn;
2012                 *i = j;
2013                 return true;
2014         }
2015
2016         return false;
2017 }
2018
2019 /*
2020  * Initialize and free pages. We do it in two loops: first we initialize
2021  * struct page, then free to buddy allocator, because while we are
2022  * freeing pages we can access pages that are ahead (computing buddy
2023  * page in __free_one_page()).
2024  *
2025  * In order to try and keep some memory in the cache we have the loop
2026  * broken along max page order boundaries. This way we will not cause
2027  * any issues with the buddy page computation.
2028  */
2029 static unsigned long __init
2030 deferred_init_maxorder(u64 *i, struct zone *zone, unsigned long *start_pfn,
2031                        unsigned long *end_pfn)
2032 {
2033         unsigned long mo_pfn = ALIGN(*start_pfn + 1, MAX_ORDER_NR_PAGES);
2034         unsigned long spfn = *start_pfn, epfn = *end_pfn;
2035         unsigned long nr_pages = 0;
2036         u64 j = *i;
2037
2038         /* First we loop through and initialize the page values */
2039         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone_from(j, zone, start_pfn, end_pfn) {
2040                 unsigned long t;
2041
2042                 if (mo_pfn <= *start_pfn)
2043                         break;
2044
2045                 t = min(mo_pfn, *end_pfn);
2046                 nr_pages += deferred_init_pages(zone, *start_pfn, t);
2047
2048                 if (mo_pfn < *end_pfn) {
2049                         *start_pfn = mo_pfn;
2050                         break;
2051                 }
2052         }
2053
2054         /* Reset values and now loop through freeing pages as needed */
2055         swap(j, *i);
2056
2057         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone_from(j, zone, &spfn, &epfn) {
2058                 unsigned long t;
2059
2060                 if (mo_pfn <= spfn)
2061                         break;
2062
2063                 t = min(mo_pfn, epfn);
2064                 deferred_free_pages(spfn, t);
2065
2066                 if (mo_pfn <= epfn)
2067                         break;
2068         }
2069
2070         return nr_pages;
2071 }
2072
2073 static void __init
2074 deferred_init_memmap_chunk(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn,
2075                            void *arg)
2076 {
2077         unsigned long spfn, epfn;
2078         struct zone *zone = arg;
2079         u64 i;
2080
2081         deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn, start_pfn);
2082
2083         /*
2084          * Initialize and free pages in MAX_ORDER sized increments so that we
2085          * can avoid introducing any issues with the buddy allocator.
2086          */
2087         while (spfn < end_pfn) {
2088                 deferred_init_maxorder(&i, zone, &spfn, &epfn);
2089                 cond_resched();
2090         }
2091 }
2092
2093 /* An arch may override for more concurrency. */
2094 __weak int __init
2095 deferred_page_init_max_threads(const struct cpumask *node_cpumask)
2096 {
2097         return 1;
2098 }
2099
2100 /* Initialise remaining memory on a node */
2101 static int __init deferred_init_memmap(void *data)
2102 {
2103         pg_data_t *pgdat = data;
2104         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
2105         unsigned long spfn = 0, epfn = 0;
2106         unsigned long first_init_pfn, flags;
2107         unsigned long start = jiffies;
2108         struct zone *zone;
2109         int zid, max_threads;
2110         u64 i;
2111
2112         /* Bind memory initialisation thread to a local node if possible */
2113         if (!cpumask_empty(cpumask))
2114                 set_cpus_allowed_ptr(current, cpumask);
2115
2116         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
2117         first_init_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
2118         if (first_init_pfn == ULONG_MAX) {
2119                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2120                 pgdat_init_report_one_done();
2121                 return 0;
2122         }
2123
2124         /* Sanity check boundaries */
2125         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn < pgdat->node_start_pfn);
2126         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn > pgdat_end_pfn(pgdat));
2127         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
2128
2129         /*
2130          * Once we unlock here, the zone cannot be grown anymore, thus if an
2131          * interrupt thread must allocate this early in boot, zone must be
2132          * pre-grown prior to start of deferred page initialization.
2133          */
2134         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2135
2136         /* Only the highest zone is deferred so find it */
2137         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
2138                 zone = pgdat->node_zones + zid;
2139                 if (first_init_pfn < zone_end_pfn(zone))
2140                         break;
2141         }
2142
2143         /* If the zone is empty somebody else may have cleared out the zone */
2144         if (!deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
2145                                                  first_init_pfn))
2146                 goto zone_empty;
2147
2148         max_threads = deferred_page_init_max_threads(cpumask);
2149
2150         while (spfn < epfn) {
2151                 unsigned long epfn_align = ALIGN(epfn, PAGES_PER_SECTION);
2152                 struct padata_mt_job job = {
2153                         .thread_fn   = deferred_init_memmap_chunk,
2154                         .fn_arg      = zone,
2155                         .start       = spfn,
2156                         .size        = epfn_align - spfn,
2157                         .align       = PAGES_PER_SECTION,
2158                         .min_chunk   = PAGES_PER_SECTION,
2159                         .max_threads = max_threads,
2160                 };
2161
2162                 padata_do_multithreaded(&job);
2163                 deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
2164                                                     epfn_align);
2165         }
2166 zone_empty:
2167         /* Sanity check that the next zone really is unpopulated */
2168         WARN_ON(++zid < MAX_NR_ZONES && populated_zone(++zone));
2169
2170         pr_info("node %d deferred pages initialised in %ums\n",
2171                 pgdat->node_id, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
2172
2173         pgdat_init_report_one_done();
2174         return 0;
2175 }
2176
2177 /*
2178  * If this zone has deferred pages, try to grow it by initializing enough
2179  * deferred pages to satisfy the allocation specified by order, rounded up to
2180  * the nearest PAGES_PER_SECTION boundary.  So we're adding memory in increments
2181  * of SECTION_SIZE bytes by initializing struct pages in increments of
2182  * PAGES_PER_SECTION * sizeof(struct page) bytes.
2183  *
2184  * Return true when zone was grown, otherwise return false. We return true even
2185  * when we grow less than requested, to let the caller decide if there are
2186  * enough pages to satisfy the allocation.
2187  *
2188  * Note: We use noinline because this function is needed only during boot, and
2189  * it is called from a __ref function _deferred_grow_zone. This way we are
2190  * making sure that it is not inlined into permanent text section.
2191  */
2192 static noinline bool __init
2193 deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
2194 {
2195         unsigned long nr_pages_needed = ALIGN(1 << order, PAGES_PER_SECTION);
2196         pg_data_t *pgdat = zone->zone_pgdat;
2197         unsigned long first_deferred_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
2198         unsigned long spfn, epfn, flags;
2199         unsigned long nr_pages = 0;
2200         u64 i;
2201
2202         /* Only the last zone may have deferred pages */
2203         if (zone_end_pfn(zone) != pgdat_end_pfn(pgdat))
2204                 return false;
2205
2206         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
2207
2208         /*
2209          * If someone grew this zone while we were waiting for spinlock, return
2210          * true, as there might be enough pages already.
2211          */
2212         if (first_deferred_pfn != pgdat->first_deferred_pfn) {
2213                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2214                 return true;
2215         }
2216
2217         /* If the zone is empty somebody else may have cleared out the zone */
2218         if (!deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
2219                                                  first_deferred_pfn)) {
2220                 pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
2221                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2222                 /* Retry only once. */
2223                 return first_deferred_pfn != ULONG_MAX;
2224         }
2225
2226         /*
2227          * Initialize and free pages in MAX_ORDER sized increments so
2228          * that we can avoid introducing any issues with the buddy
2229          * allocator.
2230          */
2231         while (spfn < epfn) {
2232                 /* update our first deferred PFN for this section */
2233                 first_deferred_pfn = spfn;
2234
2235                 nr_pages += deferred_init_maxorder(&i, zone, &spfn, &epfn);
2236                 touch_nmi_watchdog();
2237
2238                 /* We should only stop along section boundaries */
2239                 if ((first_deferred_pfn ^ spfn) < PAGES_PER_SECTION)
2240                         continue;
2241
2242                 /* If our quota has been met we can stop here */
2243                 if (nr_pages >= nr_pages_needed)
2244                         break;
2245         }
2246
2247         pgdat->first_deferred_pfn = spfn;
2248         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2249
2250         return nr_pages > 0;
2251 }
2252
2253 /*
2254  * deferred_grow_zone() is __init, but it is called from
2255  * get_page_from_freelist() during early boot until deferred_pages permanently
2256  * disables this call. This is why we have refdata wrapper to avoid warning,
2257  * and to ensure that the function body gets unloaded.
2258  */
2259 static bool __ref
2260 _deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
2261 {
2262         return deferred_grow_zone(zone, order);
2263 }
2264
2265 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
2266
2267 void __init page_alloc_init_late(void)
2268 {
2269         struct zone *zone;
2270         int nid;
2271
2272 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
2273
2274         /* There will be num_node_state(N_MEMORY) threads */
2275         atomic_set(&pgdat_init_n_undone, num_node_state(N_MEMORY));
2276         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
2277                 kthread_run(deferred_init_memmap, NODE_DATA(nid), "pgdatinit%d", nid);
2278         }
2279
2280         /* Block until all are initialised */
2281         wait_for_completion(&pgdat_init_all_done_comp);
2282
2283         /*
2284          * We initialized the rest of the deferred pages.  Permanently disable
2285          * on-demand struct page initialization.
2286          */
2287         static_branch_disable(&deferred_pages);
2288
2289         /* Reinit limits that are based on free pages after the kernel is up */
2290         files_maxfiles_init();
2291 #endif
2292
2293         buffer_init();
2294
2295         /* Discard memblock private memory */
2296         memblock_discard();
2297
2298         for_each_node_state(nid, N_MEMORY)
2299                 shuffle_free_memory(NODE_DATA(nid));
2300
2301         for_each_populated_zone(zone)
2302                 set_zone_contiguous(zone);
2303 }
2304
2305 #ifdef CONFIG_CMA
2306 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
2307 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
2308 {
2309         unsigned i = pageblock_nr_pages;
2310         struct page *p = page;
2311
2312         do {
2313                 __ClearPageReserved(p);
2314                 set_page_count(p, 0);
2315         } while (++p, --i);
2316
2317         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
2318         set_page_refcounted(page);
2319         __free_pages(page, pageblock_order);
2320
2321         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
2322         page_zone(page)->cma_pages += pageblock_nr_pages;
2323 }
2324 #endif
2325
2326 /*
2327  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
2328  * Please do not alter this order without good reasons and regression
2329  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
2330  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
2331  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
2332  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
2333  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
2334  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
2335  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
2336  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
2337  *
2338  * -- nyc
2339  */
2340 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
2341         int low, int high, int migratetype)
2342 {
2343         unsigned long size = 1 << high;
2344
2345         while (high > low) {
2346                 high--;
2347                 size >>= 1;
2348                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
2349
2350                 /*
2351                  * Mark as guard pages (or page), that will allow to
2352                  * merge back to allocator when buddy will be freed.
2353                  * Corresponding page table entries will not be touched,
2354                  * pages will stay not present in virtual address space
2355                  */
2356                 if (set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype))
2357                         continue;
2358
2359                 add_to_free_list(&page[size], zone, high, migratetype);
2360                 set_buddy_order(&page[size], high);
2361         }
2362 }
2363
2364 static void check_new_page_bad(struct page *page)
2365 {
2366         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
2367                 /* Don't complain about hwpoisoned pages */
2368                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
2369                 return;
2370         }
2371
2372         bad_page(page,
2373                  page_bad_reason(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP));
2374 }
2375
2376 /*
2377  * This page is about to be returned from the page allocator
2378  */
2379 static inline int check_new_page(struct page *page)
2380 {
2381         if (likely(page_expected_state(page,
2382                                 PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP|__PG_HWPOISON)))
2383                 return 0;
2384
2385         check_new_page_bad(page);
2386         return 1;
2387 }
2388
2389 static bool check_new_pages(struct page *page, unsigned int order)
2390 {
2391         int i;
2392         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
2393                 struct page *p = page + i;
2394
2395                 if (unlikely(check_new_page(p)))
2396                         return true;
2397         }
2398
2399         return false;
2400 }
2401
2402 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
2403 /*
2404  * With DEBUG_VM enabled, order-0 pages are checked for expected state when
2405  * being allocated from pcp lists. With debug_pagealloc also enabled, they are
2406  * also checked when pcp lists are refilled from the free lists.
2407  */
2408 static inline bool check_pcp_refill(struct page *page, unsigned int order)
2409 {
2410         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2411                 return check_new_pages(page, order);
2412         else
2413                 return false;
2414 }
2415
2416 static inline bool check_new_pcp(struct page *page, unsigned int order)
2417 {
2418         return check_new_pages(page, order);
2419 }
2420 #else
2421 /*
2422  * With DEBUG_VM disabled, free order-0 pages are checked for expected state
2423  * when pcp lists are being refilled from the free lists. With debug_pagealloc
2424  * enabled, they are also checked when being allocated from the pcp lists.
2425  */
2426 static inline bool check_pcp_refill(struct page *page, unsigned int order)
2427 {
2428         return check_new_pages(page, order);
2429 }
2430 static inline bool check_new_pcp(struct page *page, unsigned int order)
2431 {
2432         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2433                 return check_new_pages(page, order);
2434         else
2435                 return false;
2436 }
2437 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
2438
2439 static inline bool should_skip_kasan_unpoison(gfp_t flags)
2440 {
2441         /* Don't skip if a software KASAN mode is enabled. */
2442         if (IS_ENABLED(CONFIG_KASAN_GENERIC) ||
2443             IS_ENABLED(CONFIG_KASAN_SW_TAGS))
2444                 return false;
2445
2446         /* Skip, if hardware tag-based KASAN is not enabled. */
2447         if (!kasan_hw_tags_enabled())
2448                 return true;
2449
2450         /*
2451          * With hardware tag-based KASAN enabled, skip if this has been
2452          * requested via __GFP_SKIP_KASAN_UNPOISON.
2453          */
2454         return flags & __GFP_SKIP_KASAN_UNPOISON;
2455 }
2456
2457 static inline bool should_skip_init(gfp_t flags)
2458 {
2459         /* Don't skip, if hardware tag-based KASAN is not enabled. */
2460         if (!kasan_hw_tags_enabled())
2461                 return false;
2462
2463         /* For hardware tag-based KASAN, skip if requested. */
2464         return (flags & __GFP_SKIP_ZERO);
2465 }
2466
2467 inline void post_alloc_hook(struct page *page, unsigned int order,
2468                                 gfp_t gfp_flags)
2469 {
2470         bool init = !want_init_on_free() && want_init_on_alloc(gfp_flags) &&
2471                         !should_skip_init(gfp_flags);
2472         bool init_tags = init && (gfp_flags & __GFP_ZEROTAGS);
2473         int i;
2474
2475         set_page_private(page, 0);
2476         set_page_refcounted(page);
2477
2478         arch_alloc_page(page, order);
2479         debug_pagealloc_map_pages(page, 1 << order);
2480
2481         /*
2482          * Page unpoisoning must happen before memory initialization.
2483          * Otherwise, the poison pattern will be overwritten for __GFP_ZERO
2484          * allocations and the page unpoisoning code will complain.
2485          */
2486         kernel_unpoison_pages(page, 1 << order);
2487
2488         /*
2489          * As memory initialization might be integrated into KASAN,
2490          * KASAN unpoisoning and memory initializion code must be
2491          * kept together to avoid discrepancies in behavior.
2492          */
2493
2494         /*
2495          * If memory tags should be zeroed (which happens only when memory
2496          * should be initialized as well).
2497          */
2498         if (init_tags) {
2499                 /* Initialize both memory and tags. */
2500                 for (i = 0; i != 1 << order; ++i)
2501                         tag_clear_highpage(page + i);
2502
2503                 /* Note that memory is already initialized by the loop above. */
2504                 init = false;
2505         }
2506         if (!should_skip_kasan_unpoison(gfp_flags)) {
2507                 /* Unpoison shadow memory or set memory tags. */
2508                 kasan_unpoison_pages(page, order, init);
2509
2510                 /* Note that memory is already initialized by KASAN. */
2511                 if (kasan_has_integrated_init())
2512                         init = false;
2513         } else {
2514                 /* Ensure page_address() dereferencing does not fault. */
2515                 for (i = 0; i != 1 << order; ++i)
2516                         page_kasan_tag_reset(page + i);
2517         }
2518         /* If memory is still not initialized, do it now. */
2519         if (init)
2520                 kernel_init_pages(page, 1 << order);
2521         /* Propagate __GFP_SKIP_KASAN_POISON to page flags. */
2522         if (kasan_hw_tags_enabled() && (gfp_flags & __GFP_SKIP_KASAN_POISON))
2523                 SetPageSkipKASanPoison(page);
2524
2525         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
2526         page_table_check_alloc(page, order);
2527 }
2528
2529 static void prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
2530                                                         unsigned int alloc_flags)
2531 {
2532         post_alloc_hook(page, order, gfp_flags);
2533
2534         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
2535                 prep_compound_page(page, order);
2536
2537         /*
2538          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
2539          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
2540          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
2541          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
2542          */
2543         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
2544                 set_page_pfmemalloc(page);
2545         else
2546                 clear_page_pfmemalloc(page);
2547 }
2548
2549 /*
2550  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
2551  * the smallest available page from the freelists
2552  */
2553 static __always_inline
2554 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
2555                                                 int migratetype)
2556 {
2557         unsigned int current_order;
2558         struct free_area *area;
2559         struct page *page;
2560
2561         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
2562         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
2563                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2564                 page = get_page_from_free_area(area, migratetype);
2565                 if (!page)
2566                         continue;
2567                 del_page_from_free_list(page, zone, current_order);
2568                 expand(zone, page, order, current_order, migratetype);
2569                 set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2570                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype,
2571                                 pcp_allowed_order(order) &&
2572                                 migratetype < MIGRATE_PCPTYPES);
2573                 return page;
2574         }
2575
2576         return NULL;
2577 }
2578
2579
2580 /*
2581  * This array describes the order lists are fallen back to when
2582  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
2583  *
2584  * The other migratetypes do not have fallbacks.
2585  */
2586 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][3] = {
2587         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2588         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_TYPES },
2589         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2590 };
2591
2592 #ifdef CONFIG_CMA
2593 static __always_inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2594                                         unsigned int order)
2595 {
2596         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
2597 }
2598 #else
2599 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2600                                         unsigned int order) { return NULL; }
2601 #endif
2602
2603 /*
2604  * Move the free pages in a range to the freelist tail of the requested type.
2605  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
2606  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
2607  */
2608 static int move_freepages(struct zone *zone,
2609                           unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn,
2610                           int migratetype, int *num_movable)
2611 {
2612         struct page *page;
2613         unsigned long pfn;
2614         unsigned int order;
2615         int pages_moved = 0;
2616
2617         for (pfn = start_pfn; pfn <= end_pfn;) {
2618                 page = pfn_to_page(pfn);
2619                 if (!PageBuddy(page)) {
2620                         /*
2621                          * We assume that pages that could be isolated for
2622                          * migration are movable. But we don't actually try
2623                          * isolating, as that would be expensive.
2624                          */
2625                         if (num_movable &&
2626                                         (PageLRU(page) || __PageMovable(page)))
2627                                 (*num_movable)++;
2628                         pfn++;
2629                         continue;
2630                 }
2631
2632                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
2633                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
2634                 VM_BUG_ON_PAGE(page_zone(page) != zone, page);
2635
2636                 order = buddy_order(page);
2637                 move_to_free_list(page, zone, order, migratetype);
2638                 pfn += 1 << order;
2639                 pages_moved += 1 << order;
2640         }
2641
2642         return pages_moved;
2643 }
2644
2645 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
2646                                 int migratetype, int *num_movable)
2647 {
2648         unsigned long start_pfn, end_pfn, pfn;
2649
2650         if (num_movable)
2651                 *num_movable = 0;
2652
2653         pfn = page_to_pfn(page);
2654         start_pfn = pfn & ~(pageblock_nr_pages - 1);
2655         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
2656
2657         /* Do not cross zone boundaries */
2658         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
2659                 start_pfn = pfn;
2660         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
2661                 return 0;
2662
2663         return move_freepages(zone, start_pfn, end_pfn, migratetype,
2664                                                                 num_movable);
2665 }
2666
2667 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
2668                                         int start_order, int migratetype)
2669 {
2670         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
2671
2672         while (nr_pageblocks--) {
2673                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
2674                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
2675         }
2676 }
2677
2678 /*
2679  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
2680  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
2681  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
2682  *
2683  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
2684  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
2685  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
2686  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
2687  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
2688  * pageblocks.
2689  */
2690 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
2691 {
2692         /*
2693          * Leaving this order check is intended, although there is
2694          * relaxed order check in next check. The reason is that
2695          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
2696          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
2697          * so could be changed anytime.
2698          */
2699         if (order >= pageblock_order)
2700                 return true;
2701
2702         if (order >= pageblock_order / 2 ||
2703                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
2704                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
2705                 page_group_by_mobility_disabled)
2706                 return true;
2707
2708         return false;
2709 }
2710
2711 static inline bool boost_watermark(struct zone *zone)
2712 {
2713         unsigned long max_boost;
2714
2715         if (!watermark_boost_factor)
2716                 return false;
2717         /*
2718          * Don't bother in zones that are unlikely to produce results.
2719          * On small machines, including kdump capture kernels running
2720          * in a small area, boosting the watermark can cause an out of
2721          * memory situation immediately.
2722          */
2723         if ((pageblock_nr_pages * 4) > zone_managed_pages(zone))
2724                 return false;
2725
2726         max_boost = mult_frac(zone->_watermark[WMARK_HIGH],
2727                         watermark_boost_factor, 10000);
2728
2729         /*
2730          * high watermark may be uninitialised if fragmentation occurs
2731          * very early in boot so do not boost. We do not fall
2732          * through and boost by pageblock_nr_pages as failing
2733          * allocations that early means that reclaim is not going
2734          * to help and it may even be impossible to reclaim the
2735          * boosted watermark resulting in a hang.
2736          */
2737         if (!max_boost)
2738                 return false;
2739
2740         max_boost = max(pageblock_nr_pages, max_boost);
2741
2742         zone->watermark_boost = min(zone->watermark_boost + pageblock_nr_pages,
2743                 max_boost);
2744
2745         return true;
2746 }
2747
2748 /*
2749  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
2750  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
2751  * pageblock to our migratetype and determine how many already-allocated pages
2752  * are there in the pageblock with a compatible migratetype. If at least half
2753  * of pages are free or compatible, we can change migratetype of the pageblock
2754  * itself, so pages freed in the future will be put on the correct free list.
2755  */
2756 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
2757                 unsigned int alloc_flags, int start_type, bool whole_block)
2758 {
2759         unsigned int current_order = buddy_order(page);
2760         int free_pages, movable_pages, alike_pages;
2761         int old_block_type;
2762
2763         old_block_type = get_pageblock_migratetype(page);
2764
2765         /*
2766          * This can happen due to races and we want to prevent broken
2767          * highatomic accounting.
2768          */
2769         if (is_migrate_highatomic(old_block_type))
2770                 goto single_page;
2771
2772         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
2773         if (current_order >= pageblock_order) {
2774                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
2775                 goto single_page;
2776         }
2777
2778         /*
2779          * Boost watermarks to increase reclaim pressure to reduce the
2780          * likelihood of future fallbacks. Wake kswapd now as the node
2781          * may be balanced overall and kswapd will not wake naturally.
2782          */
2783         if (boost_watermark(zone) && (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD))
2784                 set_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
2785
2786         /* We are not allowed to try stealing from the whole block */
2787         if (!whole_block)
2788                 goto single_page;
2789
2790         free_pages = move_freepages_block(zone, page, start_type,
2791                                                 &movable_pages);
2792         /*
2793          * Determine how many pages are compatible with our allocation.
2794          * For movable allocation, it's the number of movable pages which
2795          * we just obtained. For other types it's a bit more tricky.
2796          */
2797         if (start_type == MIGRATE_MOVABLE) {
2798                 alike_pages = movable_pages;
2799         } else {
2800                 /*
2801                  * If we are falling back a RECLAIMABLE or UNMOVABLE allocation
2802                  * to MOVABLE pageblock, consider all non-movable pages as
2803                  * compatible. If it's UNMOVABLE falling back to RECLAIMABLE or
2804                  * vice versa, be conservative since we can't distinguish the
2805                  * exact migratetype of non-movable pages.
2806                  */
2807                 if (old_block_type == MIGRATE_MOVABLE)
2808                         alike_pages = pageblock_nr_pages
2809                                                 - (free_pages + movable_pages);
2810                 else
2811                         alike_pages = 0;
2812         }
2813
2814         /* moving whole block can fail due to zone boundary conditions */
2815         if (!free_pages)
2816                 goto single_page;
2817
2818         /*
2819          * If a sufficient number of pages in the block are either free or of
2820          * comparable migratability as our allocation, claim the whole block.
2821          */
2822         if (free_pages + alike_pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
2823                         page_group_by_mobility_disabled)
2824                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
2825
2826         return;
2827
2828 single_page:
2829         move_to_free_list(page, zone, current_order, start_type);
2830 }
2831
2832 /*
2833  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
2834  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
2835  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
2836  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
2837  */
2838 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
2839                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
2840 {
2841         int i;
2842         int fallback_mt;
2843
2844         if (area->nr_free == 0)
2845                 return -1;
2846
2847         *can_steal = false;
2848         for (i = 0;; i++) {
2849                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
2850                 if (fallback_mt == MIGRATE_TYPES)
2851                         break;
2852
2853                 if (free_area_empty(area, fallback_mt))
2854                         continue;
2855
2856                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
2857                         *can_steal = true;
2858
2859                 if (!only_stealable)
2860                         return fallback_mt;
2861
2862                 if (*can_steal)
2863                         return fallback_mt;
2864         }
2865
2866         return -1;
2867 }
2868
2869 /*
2870  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
2871  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
2872  */
2873 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone,
2874                                 unsigned int alloc_order)
2875 {
2876         int mt;
2877         unsigned long max_managed, flags;
2878
2879         /*
2880          * Limit the number reserved to 1 pageblock or roughly 1% of a zone.
2881          * Check is race-prone but harmless.
2882          */
2883         max_managed = (zone_managed_pages(zone) / 100) + pageblock_nr_pages;
2884         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2885                 return;
2886
2887         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2888
2889         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
2890         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2891                 goto out_unlock;
2892
2893         /* Yoink! */
2894         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2895         /* Only reserve normal pageblocks (i.e., they can merge with others) */
2896         if (migratetype_is_mergeable(mt)) {
2897                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
2898                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2899                 move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_HIGHATOMIC, NULL);
2900         }
2901
2902 out_unlock:
2903         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2904 }
2905
2906 /*
2907  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
2908  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
2909  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
2910  * to recover from than an OOM.
2911  *
2912  * If @force is true, try to unreserve a pageblock even though highatomic
2913  * pageblock is exhausted.
2914  */
2915 static bool unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac,
2916                                                 bool force)
2917 {
2918         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2919         unsigned long flags;
2920         struct zoneref *z;
2921         struct zone *zone;
2922         struct page *page;
2923         int order;
2924         bool ret;
2925
2926         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->highest_zoneidx,
2927                                                                 ac->nodemask) {
2928                 /*
2929                  * Preserve at least one pageblock unless memory pressure
2930                  * is really high.
2931                  */
2932                 if (!force && zone->nr_reserved_highatomic <=
2933                                         pageblock_nr_pages)
2934                         continue;
2935
2936                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2937                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
2938                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
2939
2940                         page = get_page_from_free_area(area, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2941                         if (!page)
2942                                 continue;
2943
2944                         /*
2945                          * In page freeing path, migratetype change is racy so
2946                          * we can counter several free pages in a pageblock
2947                          * in this loop although we changed the pageblock type
2948                          * from highatomic to ac->migratetype. So we should
2949                          * adjust the count once.
2950                          */
2951                         if (is_migrate_highatomic_page(page)) {
2952                                 /*
2953                                  * It should never happen but changes to
2954                                  * locking could inadvertently allow a per-cpu
2955                                  * drain to add pages to MIGRATE_HIGHATOMIC
2956                                  * while unreserving so be safe and watch for
2957                                  * underflows.
2958                                  */
2959                                 zone->nr_reserved_highatomic -= min(
2960                                                 pageblock_nr_pages,
2961                                                 zone->nr_reserved_highatomic);
2962                         }
2963
2964                         /*
2965                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
2966                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
2967                          * is doing the work and needs the pages. More
2968                          * importantly, if the block was always converted to
2969                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
2970                          * of pageblocks that cannot be completely freed
2971                          * may increase.
2972                          */
2973                         set_pageblock_migratetype(page, ac->migratetype);
2974                         ret = move_freepages_block(zone, page, ac->migratetype,
2975                                                                         NULL);
2976                         if (ret) {
2977                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2978                                 return ret;
2979                         }
2980                 }
2981                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2982         }
2983
2984         return false;
2985 }
2986
2987 /*
2988  * Try finding a free buddy page on the fallback list and put it on the free
2989  * list of requested migratetype, possibly along with other pages from the same
2990  * block, depending on fragmentation avoidance heuristics. Returns true if
2991  * fallback was found so that __rmqueue_smallest() can grab it.
2992  *
2993  * The use of signed ints for order and current_order is a deliberate
2994  * deviation from the rest of this file, to make the for loop
2995  * condition simpler.
2996  */
2997 static __always_inline bool
2998 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, int order, int start_migratetype,
2999                                                 unsigned int alloc_flags)
3000 {
3001         struct free_area *area;
3002         int current_order;
3003         int min_order = order;
3004         struct page *page;
3005         int fallback_mt;
3006         bool can_steal;
3007
3008         /*
3009          * Do not steal pages from freelists belonging to other pageblocks
3010          * i.e. orders < pageblock_order. If there are no local zones free,
3011          * the zonelists will be reiterated without ALLOC_NOFRAGMENT.
3012          */
3013         if (alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT)
3014                 min_order = pageblock_order;
3015
3016         /*
3017          * Find the largest available free page in the other list. This roughly
3018          * approximates finding the pageblock with the most free pages, which
3019          * would be too costly to do exactly.
3020          */
3021         for (current_order = MAX_ORDER - 1; current_order >= min_order;
3022                                 --current_order) {
3023                 area = &(zone->free_area[current_order]);
3024                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
3025                                 start_migratetype, false, &can_steal);
3026                 if (fallback_mt == -1)
3027                         continue;
3028
3029                 /*
3030                  * We cannot steal all free pages from the pageblock and the
3031                  * requested migratetype is movable. In that case it's better to
3032                  * steal and split the smallest available page instead of the
3033                  * largest available page, because even if the next movable
3034                  * allocation falls back into a different pageblock than this
3035                  * one, it won't cause permanent fragmentation.
3036                  */
3037                 if (!can_steal && start_migratetype == MIGRATE_MOVABLE
3038                                         && current_order > order)
3039                         goto find_smallest;
3040
3041                 goto do_steal;
3042         }
3043
3044         return false;
3045
3046 find_smallest:
3047         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER;
3048                                                         current_order++) {
3049                 area = &(zone->free_area[current_order]);
3050                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
3051                                 start_migratetype, false, &can_steal);
3052                 if (fallback_mt != -1)
3053                         break;
3054         }
3055
3056         /*
3057          * This should not happen - we already found a suitable fallback
3058          * when looking for the largest page.
3059          */
3060         VM_BUG_ON(current_order == MAX_ORDER);
3061
3062 do_steal:
3063         page = get_page_from_free_area(area, fallback_mt);
3064
3065         steal_suitable_fallback(zone, page, alloc_flags, start_migratetype,
3066                                                                 can_steal);
3067
3068         trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
3069                 start_migratetype, fallback_mt);
3070
3071         return true;
3072
3073 }
3074
3075 /*
3076  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
3077  * Call me with the zone->lock already held.
3078  */
3079 static __always_inline struct page *
3080 __rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order, int migratetype,
3081                                                 unsigned int alloc_flags)
3082 {
3083         struct page *page;
3084
3085         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA)) {
3086                 /*
3087                  * Balance movable allocations between regular and CMA areas by
3088                  * allocating from CMA when over half of the zone's free memory
3089                  * is in the CMA area.
3090                  */
3091                 if (alloc_flags & ALLOC_CMA &&
3092                     zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES) >
3093                     zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES) / 2) {
3094                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
3095                         if (page)
3096                                 return page;
3097                 }
3098         }
3099 retry:
3100         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
3101         if (unlikely(!page)) {
3102                 if (alloc_flags & ALLOC_CMA)
3103                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
3104
3105                 if (!page && __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype,
3106                                                                 alloc_flags))
3107                         goto retry;
3108         }
3109         return page;
3110 }
3111
3112 /*
3113  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
3114  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
3115  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
3116  */
3117 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
3118                         unsigned long count, struct list_head *list,
3119                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
3120 {
3121         int i, allocated = 0;
3122
3123         /* Caller must hold IRQ-safe pcp->lock so IRQs are disabled. */
3124         spin_lock(&zone->lock);
3125         for (i = 0; i < count; ++i) {
3126                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype,
3127                                                                 alloc_flags);
3128                 if (unlikely(page == NULL))
3129                         break;
3130
3131                 if (unlikely(check_pcp_refill(page, order)))
3132                         continue;
3133
3134                 /*
3135                  * Split buddy pages returned by expand() are received here in
3136                  * physical page order. The page is added to the tail of
3137                  * caller's list. From the callers perspective, the linked list
3138                  * is ordered by page number under some conditions. This is
3139                  * useful for IO devices that can forward direction from the
3140                  * head, thus also in the physical page order. This is useful
3141                  * for IO devices that can merge IO requests if the physical
3142                  * pages are ordered properly.
3143                  */
3144                 list_add_tail(&page->pcp_list, list);
3145                 allocated++;
3146                 if (is_migrate_cma(get_pcppage_migratetype(page)))
3147                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
3148                                               -(1 << order));
3149         }
3150
3151         /*
3152          * i pages were removed from the buddy list even if some leak due
3153          * to check_pcp_refill failing so adjust NR_FREE_PAGES based
3154          * on i. Do not confuse with 'allocated' which is the number of
3155          * pages added to the pcp list.
3156          */
3157         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
3158         spin_unlock(&zone->lock);
3159         return allocated;
3160 }
3161
3162 #ifdef CONFIG_NUMA
3163 /*
3164  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
3165  * currently executing processor on remote nodes after they have
3166  * expired.
3167  */
3168 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
3169 {
3170         int to_drain, batch;
3171
3172         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
3173         to_drain = min(pcp->count, batch);
3174         if (to_drain > 0) {
3175                 unsigned long flags;
3176
3177                 /*
3178                  * free_pcppages_bulk expects IRQs disabled for zone->lock
3179                  * so even though pcp->lock is not intended to be IRQ-safe,
3180                  * it's needed in this context.
3181                  */
3182                 spin_lock_irqsave(&pcp->lock, flags);
3183                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp, 0);
3184                 spin_unlock_irqrestore(&pcp->lock, flags);
3185         }
3186 }
3187 #endif
3188
3189 /*
3190  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
3191  */
3192 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
3193 {
3194         struct per_cpu_pages *pcp;
3195
3196         pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
3197         if (pcp->count) {
3198                 unsigned long flags;
3199
3200                 /* See drain_zone_pages on why this is disabling IRQs */
3201                 spin_lock_irqsave(&pcp->lock, flags);
3202                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp, 0);
3203                 spin_unlock_irqrestore(&pcp->lock, flags);
3204         }
3205 }
3206
3207 /*
3208  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
3209  */
3210 static void drain_pages(unsigned int cpu)
3211 {
3212         struct zone *zone;
3213
3214         for_each_populated_zone(zone) {
3215                 drain_pages_zone(cpu, zone);
3216         }
3217 }
3218
3219 /*
3220  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
3221  */
3222 void drain_local_pages(struct zone *zone)
3223 {
3224         int cpu = smp_processor_id();
3225
3226         if (zone)
3227                 drain_pages_zone(cpu, zone);
3228         else
3229                 drain_pages(cpu);
3230 }
3231
3232 /*
3233  * The implementation of drain_all_pages(), exposing an extra parameter to
3234  * drain on all cpus.
3235  *
3236  * drain_all_pages() is optimized to only execute on cpus where pcplists are
3237  * not empty. The check for non-emptiness can however race with a free to
3238  * pcplist that has not yet increased the pcp->count from 0 to 1. Callers
3239  * that need the guarantee that every CPU has drained can disable the
3240  * optimizing racy check.
3241  */
3242 static void __drain_all_pages(struct zone *zone, bool force_all_cpus)
3243 {
3244         int cpu;
3245
3246         /*
3247          * Allocate in the BSS so we won't require allocation in
3248          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
3249          */
3250         static cpumask_t cpus_with_pcps;
3251
3252         /*
3253          * Do not drain if one is already in progress unless it's specific to
3254          * a zone. Such callers are primarily CMA and memory hotplug and need
3255          * the drain to be complete when the call returns.
3256          */
3257         if (unlikely(!mutex_trylock(&pcpu_drain_mutex))) {
3258                 if (!zone)
3259                         return;
3260                 mutex_lock(&pcpu_drain_mutex);
3261         }
3262
3263         /*
3264          * We don't care about racing with CPU hotplug event
3265          * as offline notification will cause the notified
3266          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
3267          * disables preemption as part of its processing
3268          */
3269         for_each_online_cpu(cpu) {
3270                 struct per_cpu_pages *pcp;
3271                 struct zone *z;
3272                 bool has_pcps = false;
3273
3274                 if (force_all_cpus) {
3275                         /*
3276                          * The pcp.count check is racy, some callers need a
3277                          * guarantee that no cpu is missed.
3278                          */
3279                         has_pcps = true;
3280                 } else if (zone) {
3281                         pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
3282                         if (pcp->count)
3283                                 has_pcps = true;
3284                 } else {
3285                         for_each_populated_zone(z) {
3286                                 pcp = per_cpu_ptr(z->per_cpu_pageset, cpu);
3287                                 if (pcp->count) {
3288                                         has_pcps = true;
3289                                         break;
3290                                 }
3291                         }
3292                 }
3293
3294                 if (has_pcps)
3295                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
3296                 else
3297                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
3298         }
3299
3300         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps) {
3301                 if (zone)
3302                         drain_pages_zone(cpu, zone);
3303                 else
3304                         drain_pages(cpu);
3305         }
3306
3307         mutex_unlock(&pcpu_drain_mutex);
3308 }
3309
3310 /*
3311  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
3312  *
3313  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
3314  */
3315 void drain_all_pages(struct zone *zone)
3316 {
3317         __drain_all_pages(zone, false);
3318 }
3319
3320 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
3321
3322 /*
3323  * Touch the watchdog for every WD_PAGE_COUNT pages.
3324  */
3325 #define WD_PAGE_COUNT   (128*1024)
3326
3327 void mark_free_pages(struct zone *zone)
3328 {
3329         unsigned long pfn, max_zone_pfn, page_count = WD_PAGE_COUNT;
3330         unsigned long flags;
3331         unsigned int order, t;
3332         struct page *page;
3333
3334         if (zone_is_empty(zone))
3335                 return;
3336
3337         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3338
3339         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
3340         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
3341                 if (pfn_valid(pfn)) {
3342                         page = pfn_to_page(pfn);
3343
3344                         if (!--page_count) {
3345                                 touch_nmi_watchdog();
3346                                 page_count = WD_PAGE_COUNT;
3347                         }
3348
3349                         if (page_zone(page) != zone)
3350                                 continue;
3351
3352                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
3353                                 swsusp_unset_page_free(page);
3354                 }
3355
3356         for_each_migratetype_order(order, t) {
3357                 list_for_each_entry(page,
3358                                 &zone->free_area[order].free_list[t], buddy_list) {
3359                         unsigned long i;
3360
3361                         pfn = page_to_pfn(page);
3362                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++) {
3363                                 if (!--page_count) {
3364                                         touch_nmi_watchdog();
3365                                         page_count = WD_PAGE_COUNT;
3366                                 }
3367                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
3368                         }
3369                 }
3370         }
3371         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3372 }
3373 #endif /* CONFIG_PM */
3374
3375 static bool free_unref_page_prepare(struct page *page, unsigned long pfn,
3376                                                         unsigned int order)
3377 {
3378         int migratetype;
3379
3380         if (!free_pcp_prepare(page, order))
3381                 return false;
3382
3383         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
3384         set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
3385         return true;
3386 }
3387
3388 static int nr_pcp_free(struct per_cpu_pages *pcp, int high, int batch,
3389                        bool free_high)
3390 {
3391         int min_nr_free, max_nr_free;
3392
3393         /* Free everything if batch freeing high-order pages. */
3394         if (unlikely(free_high))
3395                 return pcp->count;
3396
3397         /* Check for PCP disabled or boot pageset */
3398         if (unlikely(high < batch))
3399                 return 1;
3400
3401         /* Leave at least pcp->batch pages on the list */
3402         min_nr_free = batch;
3403         max_nr_free = high - batch;
3404
3405         /*
3406          * Double the number of pages freed each time there is subsequent
3407          * freeing of pages without any allocation.
3408          */
3409         batch <<= pcp->free_factor;
3410         if (batch < max_nr_free)
3411                 pcp->free_factor++;
3412         batch = clamp(batch, min_nr_free, max_nr_free);
3413
3414         return batch;
3415 }
3416
3417 static int nr_pcp_high(struct per_cpu_pages *pcp, struct zone *zone,
3418                        bool free_high)
3419 {
3420         int high = READ_ONCE(pcp->high);
3421
3422         if (unlikely(!high || free_high))
3423                 return 0;
3424
3425         if (!test_bit(ZONE_RECLAIM_ACTIVE, &zone->flags))
3426                 return high;
3427
3428         /*
3429          * If reclaim is active, limit the number of pages that can be
3430          * stored on pcp lists
3431          */
3432         return min(READ_ONCE(pcp->batch) << 2, high);
3433 }
3434
3435 static void free_unref_page_commit(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp,
3436                                    struct page *page, int migratetype,
3437                                    unsigned int order)
3438 {
3439         int high;
3440         int pindex;
3441         bool free_high;
3442
3443         __count_vm_event(PGFREE);
3444         pindex = order_to_pindex(migratetype, order);
3445         list_add(&page->pcp_list, &pcp->lists[pindex]);
3446         pcp->count += 1 << order;
3447
3448         /*
3449          * As high-order pages other than THP's stored on PCP can contribute
3450          * to fragmentation, limit the number stored when PCP is heavily
3451          * freeing without allocation. The remainder after bulk freeing
3452          * stops will be drained from vmstat refresh context.
3453          */
3454         free_high = (pcp->free_factor && order && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
3455
3456         high = nr_pcp_high(pcp, zone, free_high);
3457         if (pcp->count >= high) {
3458                 int batch = READ_ONCE(pcp->batch);
3459
3460                 free_pcppages_bulk(zone, nr_pcp_free(pcp, high, batch, free_high), pcp, pindex);
3461         }
3462 }
3463
3464 /*
3465  * Free a pcp page
3466  */
3467 void free_unref_page(struct page *page, unsigned int order)
3468 {
3469         unsigned long flags;
3470         unsigned long __maybe_unused UP_flags;
3471         struct per_cpu_pages *pcp;
3472         struct zone *zone;
3473         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
3474         int migratetype;
3475
3476         if (!free_unref_page_prepare(page, pfn, order))
3477                 return;
3478
3479         /*
3480          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
3481          * Place ISOLATE pages on the isolated list because they are being
3482          * offlined but treat HIGHATOMIC as movable pages so we can get those
3483          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
3484          * excessively into the page allocator
3485          */
3486         migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
3487         if (unlikely(migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES)) {
3488                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
3489                         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype, FPI_NONE);
3490                         return;
3491                 }
3492                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
3493         }
3494
3495         zone = page_zone(page);
3496         pcp_trylock_prepare(UP_flags);
3497         pcp = pcp_spin_trylock_irqsave(zone->per_cpu_pageset, flags);
3498         if (pcp) {
3499                 free_unref_page_commit(zone, pcp, page, migratetype, order);
3500                 pcp_spin_unlock_irqrestore(pcp, flags);
3501         } else {
3502                 free_one_page(zone, page, pfn, order, migratetype, FPI_NONE);
3503         }
3504         pcp_trylock_finish(UP_flags);
3505 }
3506
3507 /*
3508  * Free a list of 0-order pages
3509  */
3510 void free_unref_page_list(struct list_head *list)
3511 {
3512         struct page *page, *next;
3513         struct per_cpu_pages *pcp = NULL;
3514         struct zone *locked_zone = NULL;
3515         unsigned long flags;
3516         int batch_count = 0;
3517         int migratetype;
3518
3519         /* Prepare pages for freeing */
3520         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
3521                 unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
3522                 if (!free_unref_page_prepare(page, pfn, 0)) {
3523                         list_del(&page->lru);
3524                         continue;
3525                 }
3526
3527                 /*
3528                  * Free isolated pages directly to the allocator, see
3529                  * comment in free_unref_page.
3530                  */
3531                 migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
3532                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
3533                         list_del(&page->lru);
3534                         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, 0, migratetype, FPI_NONE);
3535                         continue;
3536                 }
3537         }
3538
3539         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
3540                 struct zone *zone = page_zone(page);
3541
3542                 /* Different zone, different pcp lock. */
3543                 if (zone != locked_zone) {
3544                         if (pcp)
3545                                 pcp_spin_unlock_irqrestore(pcp, flags);
3546
3547                         locked_zone = zone;
3548                         pcp = pcp_spin_lock_irqsave(locked_zone->per_cpu_pageset, flags);
3549                 }
3550
3551                 /*
3552                  * Non-isolated types over MIGRATE_PCPTYPES get added
3553                  * to the MIGRATE_MOVABLE pcp list.
3554                  */
3555                 migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
3556                 if (unlikely(migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES))
3557                         migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
3558
3559                 trace_mm_page_free_batched(page);
3560                 free_unref_page_commit(zone, pcp, page, migratetype, 0);
3561
3562                 /*
3563                  * Guard against excessive IRQ disabled times when we get
3564                  * a large list of pages to free.
3565                  */
3566                 if (++batch_count == SWAP_CLUSTER_MAX) {
3567                         pcp_spin_unlock_irqrestore(pcp, flags);
3568                         batch_count = 0;
3569                         pcp = pcp_spin_lock_irqsave(locked_zone->per_cpu_pageset, flags);
3570                 }
3571         }
3572
3573         if (pcp)
3574                 pcp_spin_unlock_irqrestore(pcp, flags);
3575 }
3576
3577 /*
3578  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
3579  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
3580  * Each sub-page must be freed individually.
3581  *
3582  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
3583  * Please consult with lkml before using this in your driver.
3584  */
3585 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
3586 {
3587         int i;
3588
3589         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
3590         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
3591
3592         for (i = 1; i < (1 << order); i++)
3593                 set_page_refcounted(page + i);
3594         split_page_owner(page, 1 << order);
3595         split_page_memcg(page, 1 << order);
3596 }
3597 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
3598
3599 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
3600 {
3601         unsigned long watermark;
3602         struct zone *zone;
3603         int mt;
3604
3605         BUG_ON(!PageBuddy(page));
3606
3607         zone = page_zone(page);
3608         mt = get_pageblock_migratetype(page);
3609
3610         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
3611                 /*
3612                  * Obey watermarks as if the page was being allocated. We can
3613                  * emulate a high-order watermark check with a raised order-0
3614                  * watermark, because we already know our high-order page
3615                  * exists.
3616                  */
3617                 watermark = zone->_watermark[WMARK_MIN] + (1UL << order);
3618                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, ALLOC_CMA))
3619                         return 0;
3620
3621                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
3622         }
3623
3624         /* Remove page from free list */
3625
3626         del_page_from_free_list(page, zone, order);
3627
3628         /*
3629          * Set the pageblock if the isolated page is at least half of a
3630          * pageblock
3631          */
3632         if (order >= pageblock_order - 1) {
3633                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
3634                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
3635                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
3636                         /*
3637                          * Only change normal pageblocks (i.e., they can merge
3638                          * with others)
3639                          */
3640                         if (migratetype_is_mergeable(mt))
3641                                 set_pageblock_migratetype(page,
3642                                                           MIGRATE_MOVABLE);
3643                 }
3644         }
3645
3646
3647         return 1UL << order;
3648 }
3649
3650 /**
3651  * __putback_isolated_page - Return a now-isolated page back where we got it
3652  * @page: Page that was isolated
3653  * @order: Order of the isolated page
3654  * @mt: The page's pageblock's migratetype
3655  *
3656  * This function is meant to return a page pulled from the free lists via
3657  * __isolate_free_page back to the free lists they were pulled from.
3658  */
3659 void __putback_isolated_page(struct page *page, unsigned int order, int mt)
3660 {
3661         struct zone *zone = page_zone(page);
3662
3663         /* zone lock should be held when this function is called */
3664         lockdep_assert_held(&zone->lock);
3665
3666         /* Return isolated page to tail of freelist. */
3667         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, order, mt,
3668                         FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY | FPI_TO_TAIL);
3669 }
3670
3671 /*
3672  * Update NUMA hit/miss statistics
3673  *
3674  * Must be called with interrupts disabled.
3675  */
3676 static inline void zone_statistics(struct zone *preferred_zone, struct zone *z,
3677                                    long nr_account)
3678 {
3679 #ifdef CONFIG_NUMA
3680         enum numa_stat_item local_stat = NUMA_LOCAL;
3681
3682         /* skip numa counters update if numa stats is disabled */
3683         if (!static_branch_likely(&vm_numa_stat_key))
3684                 return;
3685
3686         if (zone_to_nid(z) != numa_node_id())
3687                 local_stat = NUMA_OTHER;
3688
3689         if (zone_to_nid(z) == zone_to_nid(preferred_zone))
3690                 __count_numa_events(z, NUMA_HIT, nr_account);
3691         else {
3692                 __count_numa_events(z, NUMA_MISS, nr_account);
3693                 __count_numa_events(preferred_zone, NUMA_FOREIGN, nr_account);
3694         }
3695         __count_numa_events(z, local_stat, nr_account);
3696 #endif
3697 }
3698
3699 static __always_inline
3700 struct page *rmqueue_buddy(struct zone *preferred_zone, struct zone *zone,
3701                            unsigned int order, unsigned int alloc_flags,
3702                            int migratetype)
3703 {
3704         struct page *page;
3705         unsigned long flags;
3706
3707         do {
3708                 page = NULL;
3709                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3710                 /*
3711                  * order-0 request can reach here when the pcplist is skipped
3712                  * due to non-CMA allocation context. HIGHATOMIC area is
3713                  * reserved for high-order atomic allocation, so order-0
3714                  * request should skip it.
3715                  */
3716                 if (order > 0 && alloc_flags & ALLOC_HARDER)
3717                         page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
3718                 if (!page) {
3719                         page = __rmqueue(zone, order, migratetype, alloc_flags);
3720                         if (!page) {
3721                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3722                                 return NULL;
3723                         }
3724                 }
3725                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
3726                                           get_pcppage_migratetype(page));
3727                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3728         } while (check_new_pages(page, order));
3729
3730         __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
3731         zone_statistics(preferred_zone, zone, 1);
3732
3733         return page;
3734 }
3735
3736 /* Remove page from the per-cpu list, caller must protect the list */
3737 static inline
3738 struct page *__rmqueue_pcplist(struct zone *zone, unsigned int order,
3739                         int migratetype,
3740                         unsigned int alloc_flags,
3741                         struct per_cpu_pages *pcp,
3742                         struct list_head *list)
3743 {
3744         struct page *page;
3745
3746         do {
3747                 if (list_empty(list)) {
3748                         int batch = READ_ONCE(pcp->batch);
3749                         int alloced;
3750
3751                         /*
3752                          * Scale batch relative to order if batch implies
3753                          * free pages can be stored on the PCP. Batch can
3754                          * be 1 for small zones or for boot pagesets which
3755                          * should never store free pages as the pages may
3756                          * belong to arbitrary zones.
3757                          */
3758                         if (batch > 1)
3759                                 batch = max(batch >> order, 2);
3760                         alloced = rmqueue_bulk(zone, order,
3761                                         batch, list,
3762                                         migratetype, alloc_flags);
3763
3764                         pcp->count += alloced << order;
3765                         if (unlikely(list_empty(list)))
3766                                 return NULL;
3767                 }
3768
3769                 page = list_first_entry(list, struct page, pcp_list);
3770                 list_del(&page->pcp_list);
3771                 pcp->count -= 1 << order;
3772         } while (check_new_pcp(page, order));
3773
3774         return page;
3775 }
3776
3777 /* Lock and remove page from the per-cpu list */
3778 static struct page *rmqueue_pcplist(struct zone *preferred_zone,
3779                         struct zone *zone, unsigned int order,
3780                         gfp_t gfp_flags, int migratetype,
3781                         unsigned int alloc_flags)
3782 {
3783         struct per_cpu_pages *pcp;
3784         struct list_head *list;
3785         struct page *page;
3786         unsigned long flags;
3787         unsigned long __maybe_unused UP_flags;
3788
3789         /*
3790          * spin_trylock may fail due to a parallel drain. In the future, the
3791          * trylock will also protect against IRQ reentrancy.
3792          */
3793         pcp_trylock_prepare(UP_flags);
3794         pcp = pcp_spin_trylock_irqsave(zone->per_cpu_pageset, flags);
3795         if (!pcp) {
3796                 pcp_trylock_finish(UP_flags);
3797                 return NULL;
3798         }
3799
3800         /*
3801          * On allocation, reduce the number of pages that are batch freed.
3802          * See nr_pcp_free() where free_factor is increased for subsequent
3803          * frees.
3804          */
3805         pcp->free_factor >>= 1;
3806         list = &pcp->lists[order_to_pindex(migratetype, order)];
3807         page = __rmqueue_pcplist(zone, order, migratetype, alloc_flags, pcp, list);
3808         pcp_spin_unlock_irqrestore(pcp, flags);
3809         pcp_trylock_finish(UP_flags);
3810         if (page) {
3811                 __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1);
3812                 zone_statistics(preferred_zone, zone, 1);
3813         }
3814         return page;
3815 }
3816
3817 /*
3818  * Allocate a page from the given zone. Use pcplists for order-0 allocations.
3819  */
3820 static inline
3821 struct page *rmqueue(struct zone *preferred_zone,
3822                         struct zone *zone, unsigned int order,
3823                         gfp_t gfp_flags, unsigned int alloc_flags,
3824                         int migratetype)
3825 {
3826         struct page *page;
3827
3828         /*
3829          * We most definitely don't want callers attempting to
3830          * allocate greater than order-1 page units with __GFP_NOFAIL.
3831          */
3832         WARN_ON_ONCE((gfp_flags & __GFP_NOFAIL) && (order > 1));
3833
3834         if (likely(pcp_allowed_order(order))) {
3835                 /*
3836                  * MIGRATE_MOVABLE pcplist could have the pages on CMA area and
3837                  * we need to skip it when CMA area isn't allowed.
3838                  */
3839                 if (!IS_ENABLED(CONFIG_CMA) || alloc_flags & ALLOC_CMA ||
3840                                 migratetype != MIGRATE_MOVABLE) {
3841                         page = rmqueue_pcplist(preferred_zone, zone, order,
3842                                         gfp_flags, migratetype, alloc_flags);
3843                         if (likely(page))
3844                                 goto out;
3845                 }
3846         }
3847
3848         page = rmqueue_buddy(preferred_zone, zone, order, alloc_flags,
3849                                                         migratetype);
3850
3851 out:
3852         /* Separate test+clear to avoid unnecessary atomics */
3853         if (unlikely(test_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags))) {
3854                 clear_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
3855                 wakeup_kswapd(zone, 0, 0, zone_idx(zone));
3856         }
3857
3858         VM_BUG_ON_PAGE(page && bad_range(zone, page), page);
3859         return page;
3860 }
3861
3862 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
3863
3864 static struct {
3865         struct fault_attr attr;
3866
3867         bool ignore_gfp_highmem;
3868         bool ignore_gfp_reclaim;
3869         u32 min_order;
3870 } fail_page_alloc = {
3871         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
3872         .ignore_gfp_reclaim = true,
3873         .ignore_gfp_highmem = true,
3874         .min_order = 1,
3875 };
3876
3877 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
3878 {
3879         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
3880 }
3881 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
3882
3883 static bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3884 {
3885         if (order < fail_page_alloc.min_order)
3886                 return false;
3887         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3888                 return false;
3889         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
3890                 return false;
3891         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim &&
3892                         (gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3893                 return false;
3894
3895         if (gfp_mask & __GFP_NOWARN)
3896                 fail_page_alloc.attr.no_warn = true;
3897
3898         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
3899 }
3900
3901 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
3902
3903 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
3904 {
3905         umode_t mode = S_IFREG | 0600;
3906         struct dentry *dir;
3907
3908         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
3909                                         &fail_page_alloc.attr);
3910
3911         debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
3912                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim);
3913         debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
3914                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem);
3915         debugfs_create_u32("min-order", mode, dir, &fail_page_alloc.min_order);
3916
3917         return 0;
3918 }
3919
3920 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
3921
3922 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
3923
3924 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3925
3926 static inline bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3927 {
3928         return false;
3929 }
3930
3931 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3932
3933 noinline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3934 {
3935         return __should_fail_alloc_page(gfp_mask, order);
3936 }
3937 ALLOW_ERROR_INJECTION(should_fail_alloc_page, TRUE);
3938
3939 static inline long __zone_watermark_unusable_free(struct zone *z,
3940                                 unsigned int order, unsigned int alloc_flags)
3941 {
3942         const bool alloc_harder = (alloc_flags & (ALLOC_HARDER|ALLOC_OOM));
3943         long unusable_free = (1 << order) - 1;
3944
3945         /*
3946          * If the caller does not have rights to ALLOC_HARDER then subtract
3947          * the high-atomic reserves. This will over-estimate the size of the
3948          * atomic reserve but it avoids a search.
3949          */
3950         if (likely(!alloc_harder))
3951                 unusable_free += z->nr_reserved_highatomic;
3952
3953 #ifdef CONFIG_CMA
3954         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
3955         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
3956                 unusable_free += zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
3957 #endif
3958
3959         return unusable_free;
3960 }
3961
3962 /*
3963  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
3964  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
3965  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
3966  * to check in the allocation paths if no pages are free.
3967  */
3968 bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3969                          int highest_zoneidx, unsigned int alloc_flags,
3970                          long free_pages)
3971 {
3972         long min = mark;
3973         int o;
3974         const bool alloc_harder = (alloc_flags & (ALLOC_HARDER|ALLOC_OOM));
3975
3976         /* free_pages may go negative - that's OK */
3977         free_pages -= __zone_watermark_unusable_free(z, order, alloc_flags);
3978
3979         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
3980                 min -= min / 2;
3981
3982         if (unlikely(alloc_harder)) {
3983                 /*
3984                  * OOM victims can try even harder than normal ALLOC_HARDER
3985                  * users on the grounds that it's definitely going to be in
3986                  * the exit path shortly and free memory. Any allocation it
3987                  * makes during the free path will be small and short-lived.
3988                  */
3989                 if (alloc_flags & ALLOC_OOM)
3990                         min -= min / 2;
3991                 else
3992                         min -= min / 4;
3993         }
3994
3995         /*
3996          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
3997          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
3998          * even if a suitable page happened to be free.
3999          */
4000         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[highest_zoneidx])
4001                 return false;
4002
4003         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
4004         if (!order)
4005                 return true;
4006
4007         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
4008         for (o = order; o < MAX_ORDER; o++) {
4009                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
4010                 int mt;
4011
4012                 if (!area->nr_free)
4013                         continue;
4014
4015                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
4016                         if (!free_area_empty(area, mt))
4017                                 return true;
4018                 }
4019
4020 #ifdef CONFIG_CMA
4021                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
4022                     !free_area_empty(area, MIGRATE_CMA)) {
4023                         return true;
4024                 }
4025 #endif
4026                 if (alloc_harder && !free_area_empty(area, MIGRATE_HIGHATOMIC))
4027                         return true;
4028         }
4029         return false;
4030 }
4031
4032 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
4033                       int highest_zoneidx, unsigned int alloc_flags)
4034 {
4035         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, alloc_flags,
4036                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
4037 }
4038
4039 static inline bool zone_watermark_fast(struct zone *z, unsigned int order,
4040                                 unsigned long mark, int highest_zoneidx,
4041                                 unsigned int alloc_flags, gfp_t gfp_mask)
4042 {
4043         long free_pages;
4044
4045         free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
4046
4047         /*
4048          * Fast check for order-0 only. If this fails then the reserves
4049          * need to be calculated.
4050          */
4051         if (!order) {
4052                 long usable_free;
4053                 long reserved;
4054
4055                 usable_free = free_pages;
4056                 reserved = __zone_watermark_unusable_free(z, 0, alloc_flags);
4057
4058                 /* reserved may over estimate high-atomic reserves. */
4059                 usable_free -= min(usable_free, reserved);
4060                 if (usable_free > mark + z->lowmem_reserve[highest_zoneidx])
4061                         return true;
4062         }
4063
4064         if (__zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, alloc_flags,
4065                                         free_pages))
4066                 return true;
4067         /*
4068          * Ignore watermark boosting for GFP_ATOMIC order-0 allocations
4069          * when checking the min watermark. The min watermark is the
4070          * point where boosting is ignored so that kswapd is woken up
4071          * when below the low watermark.
4072          */
4073         if (unlikely(!order && (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) && z->watermark_boost
4074                 && ((alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK) == WMARK_MIN))) {
4075                 mark = z->_watermark[WMARK_MIN];
4076                 return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx,
4077                                         alloc_flags, free_pages);
4078         }
4079
4080         return false;
4081 }
4082
4083 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
4084                         unsigned long mark, int highest_zoneidx)
4085 {
4086         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
4087
4088         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
4089                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
4090
4091         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, 0,
4092                                                                 free_pages);
4093 }
4094
4095 #ifdef CONFIG_NUMA
4096 int __read_mostly node_reclaim_distance = RECLAIM_DISTANCE;
4097
4098 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
4099 {
4100         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <=
4101                                 node_reclaim_distance;
4102 }
4103 #else   /* CONFIG_NUMA */
4104 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
4105 {
4106         return true;
4107 }
4108 #endif  /* CONFIG_NUMA */
4109
4110 /*
4111  * The restriction on ZONE_DMA32 as being a suitable zone to use to avoid
4112  * fragmentation is subtle. If the preferred zone was HIGHMEM then
4113  * premature use of a lower zone may cause lowmem pressure problems that
4114  * are worse than fragmentation. If the next zone is ZONE_DMA then it is
4115  * probably too small. It only makes sense to spread allocations to avoid
4116  * fragmentation between the Normal and DMA32 zones.
4117  */
4118 static inline unsigned int
4119 alloc_flags_nofragment(struct zone *zone, gfp_t gfp_mask)
4120 {
4121         unsigned int alloc_flags;
4122
4123         /*
4124          * __GFP_KSWAPD_RECLAIM is assumed to be the same as ALLOC_KSWAPD
4125          * to save a branch.
4126          */
4127         alloc_flags = (__force int) (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM);
4128
4129 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
4130         if (!zone)
4131                 return alloc_flags;
4132
4133         if (zone_idx(zone) != ZONE_NORMAL)
4134                 return alloc_flags;
4135
4136         /*
4137          * If ZONE_DMA32 exists, assume it is the one after ZONE_NORMAL and
4138          * the pointer is within zone->zone_pgdat->node_zones[]. Also assume
4139          * on UMA that if Normal is populated then so is DMA32.
4140          */
4141         BUILD_BUG_ON(ZONE_NORMAL - ZONE_DMA32 != 1);
4142         if (nr_online_nodes > 1 && !populated_zone(--zone))
4143                 return alloc_flags;
4144
4145         alloc_flags |= ALLOC_NOFRAGMENT;
4146 #endif /* CONFIG_ZONE_DMA32 */
4147         return alloc_flags;
4148 }
4149
4150 /* Must be called after current_gfp_context() which can change gfp_mask */
4151 static inline unsigned int gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_t gfp_mask,
4152                                                   unsigned int alloc_flags)
4153 {
4154 #ifdef CONFIG_CMA
4155         if (gfp_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
4156                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
4157 #endif
4158         return alloc_flags;
4159 }
4160
4161 /*
4162  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
4163  * a page.
4164  */
4165 static struct page *
4166 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
4167                                                 const struct alloc_context *ac)
4168 {
4169         struct zoneref *z;
4170         struct zone *zone;
4171         struct pglist_data *last_pgdat = NULL;
4172         bool last_pgdat_dirty_ok = false;
4173         bool no_fallback;
4174
4175 retry:
4176         /*
4177          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
4178          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cgroup/cpuset.c.
4179          */
4180         no_fallback = alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT;
4181         z = ac->preferred_zoneref;
4182         for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->highest_zoneidx,
4183                                         ac->nodemask) {
4184                 struct page *page;
4185                 unsigned long mark;
4186
4187                 if (cpusets_enabled() &&
4188                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
4189                         !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
4190                                 continue;
4191                 /*
4192                  * When allocating a page cache page for writing, we
4193                  * want to get it from a node that is within its dirty
4194                  * limit, such that no single node holds more than its
4195                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
4196                  * The dirty limits take into account the node's
4197                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
4198                  * should be able to balance it without having to
4199                  * write pages from its LRU list.
4200                  *
4201                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
4202                  * exceed the per-node dirty limit in the slowpath
4203                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
4204                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
4205                  * nodes are together not big enough to reach the
4206                  * global limit.  The proper fix for these situations
4207                  * will require awareness of nodes in the
4208                  * dirty-throttling and the flusher threads.
4209                  */
4210                 if (ac->spread_dirty_pages) {
4211                         if (last_pgdat != zone->zone_pgdat) {
4212                                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
4213                                 last_pgdat_dirty_ok = node_dirty_ok(zone->zone_pgdat);
4214                         }
4215
4216                         if (!last_pgdat_dirty_ok)
4217                                 continue;
4218                 }
4219
4220                 if (no_fallback && nr_online_nodes > 1 &&
4221                     zone != ac->preferred_zoneref->zone) {
4222                         int local_nid;
4223
4224                         /*
4225                          * If moving to a remote node, retry but allow
4226                          * fragmenting fallbacks. Locality is more important
4227                          * than fragmentation avoidance.
4228                          */
4229                         local_nid = zone_to_nid(ac->preferred_zoneref->zone);
4230                         if (zone_to_nid(zone) != local_nid) {
4231                                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
4232                                 goto retry;
4233                         }
4234                 }
4235
4236                 mark = wmark_pages(zone, alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK);
4237                 if (!zone_watermark_fast(zone, order, mark,
4238                                        ac->highest_zoneidx, alloc_flags,
4239                                        gfp_mask)) {
4240                         int ret;
4241
4242 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
4243                         /*
4244                          * Watermark failed for this zone, but see if we can
4245                          * grow this zone if it contains deferred pages.
4246                          */
4247                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
4248                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
4249                                         goto try_this_zone;
4250                         }
4251 #endif
4252                         /* Checked here to keep the fast path fast */
4253                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
4254                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
4255                                 goto try_this_zone;
4256
4257                         if (!node_reclaim_enabled() ||
4258                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zoneref->zone, zone))
4259                                 continue;
4260
4261                         ret = node_reclaim(zone->zone_pgdat, gfp_mask, order);
4262                         switch (ret) {
4263                         case NODE_RECLAIM_NOSCAN:
4264                                 /* did not scan */
4265                                 continue;
4266                         case NODE_RECLAIM_FULL:
4267                                 /* scanned but unreclaimable */
4268                                 continue;
4269                         default:
4270                                 /* did we reclaim enough */
4271                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
4272                                         ac->highest_zoneidx, alloc_flags))
4273                                         goto try_this_zone;
4274
4275                                 continue;
4276                         }
4277                 }
4278
4279 try_this_zone:
4280                 page = rmqueue(ac->preferred_zoneref->zone, zone, order,
4281                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
4282                 if (page) {
4283                         prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
4284
4285                         /*
4286                          * If this is a high-order atomic allocation then check
4287                          * if the pageblock should be reserved for the future
4288                          */
4289                         if (unlikely(order && (alloc_flags & ALLOC_HARDER)))
4290                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone, order);
4291
4292                         return page;
4293                 } else {
4294 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
4295                         /* Try again if zone has deferred pages */
4296                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
4297                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
4298                                         goto try_this_zone;
4299                         }
4300 #endif
4301                 }
4302         }
4303
4304         /*
4305          * It's possible on a UMA machine to get through all zones that are
4306          * fragmented. If avoiding fragmentation, reset and try again.
4307          */
4308         if (no_fallback) {
4309                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
4310                 goto retry;
4311         }
4312
4313         return NULL;
4314 }
4315
4316 static void warn_alloc_show_mem(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
4317 {
4318         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
4319
4320         /*
4321          * This documents exceptions given to allocations in certain
4322          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
4323          * of allowed nodes.
4324          */
4325         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4326                 if (tsk_is_oom_victim(current) ||
4327                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
4328                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
4329         if (!in_task() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
4330                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
4331
4332         show_mem(filter, nodemask);
4333 }
4334
4335 void warn_alloc(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask, const char *fmt, ...)
4336 {
4337         struct va_format vaf;
4338         va_list args;
4339         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs, 10*HZ, 1);
4340
4341         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) ||
4342              !__ratelimit(&nopage_rs) ||
4343              ((gfp_mask & __GFP_DMA) && !has_managed_dma()))
4344                 return;
4345
4346         va_start(args, fmt);
4347         vaf.fmt = fmt;
4348         vaf.va = &args;
4349         pr_warn("%s: %pV, mode:%#x(%pGg), nodemask=%*pbl",
4350                         current->comm, &vaf, gfp_mask, &gfp_mask,
4351                         nodemask_pr_args(nodemask));
4352         va_end(args);
4353
4354         cpuset_print_current_mems_allowed();
4355         pr_cont("\n");
4356         dump_stack();
4357         warn_alloc_show_mem(gfp_mask, nodemask);
4358 }
4359
4360 static inline struct page *
4361 __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4362                               unsigned int alloc_flags,
4363                               const struct alloc_context *ac)
4364 {
4365         struct page *page;
4366
4367         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
4368                         alloc_flags|ALLOC_CPUSET, ac);
4369         /*
4370          * fallback to ignore cpuset restriction if our nodes
4371          * are depleted
4372          */
4373         if (!page)
4374                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
4375                                 alloc_flags, ac);
4376
4377         return page;
4378 }
4379
4380 static inline struct page *
4381 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4382         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
4383 {
4384         struct oom_control oc = {
4385                 .zonelist = ac->zonelist,
4386                 .nodemask = ac->nodemask,
4387                 .memcg = NULL,
4388                 .gfp_mask = gfp_mask,
4389                 .order = order,
4390         };
4391         struct page *page;
4392
4393         *did_some_progress = 0;
4394
4395         /*
4396          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
4397          * making progress for us.
4398          */
4399         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
4400                 *did_some_progress = 1;
4401                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
4402                 return NULL;
4403         }
4404
4405         /*
4406          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
4407          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
4408          * we're still under heavy pressure. But make sure that this reclaim
4409          * attempt shall not depend on __GFP_DIRECT_RECLAIM && !__GFP_NORETRY
4410          * allocation which will never fail due to oom_lock already held.
4411          */
4412         page = get_page_from_freelist((gfp_mask | __GFP_HARDWALL) &
4413                                       ~__GFP_DIRECT_RECLAIM, order,
4414                                       ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
4415         if (page)
4416                 goto out;
4417
4418         /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
4419         if (current->flags & PF_DUMPCORE)
4420                 goto out;
4421         /* The OOM killer will not help higher order allocs */
4422         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4423                 goto out;
4424         /*
4425          * We have already exhausted all our reclaim opportunities without any
4426          * success so it is time to admit defeat. We will skip the OOM killer
4427          * because it is very likely that the caller has a more reasonable
4428          * fallback than shooting a random task.
4429          *
4430          * The OOM killer may not free memory on a specific node.
4431          */
4432         if (gfp_mask & (__GFP_RETRY_MAYFAIL | __GFP_THISNODE))
4433                 goto out;
4434         /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
4435         if (ac->highest_zoneidx < ZONE_NORMAL)
4436                 goto out;
4437         if (pm_suspended_storage())
4438                 goto out;
4439         /*
4440          * XXX: GFP_NOFS allocations should rather fail than rely on
4441          * other request to make a forward progress.
4442          * We are in an unfortunate situation where out_of_memory cannot
4443          * do much for this context but let's try it to at least get
4444          * access to memory reserved if the current task is killed (see
4445          * out_of_memory). Once filesystems are ready to handle allocation
4446          * failures more gracefully we should just bail out here.
4447          */
4448
4449         /* Exhausted what can be done so it's blame time */
4450         if (out_of_memory(&oc) ||
4451             WARN_ON_ONCE_GFP(gfp_mask & __GFP_NOFAIL, gfp_mask)) {
4452                 *did_some_progress = 1;
4453
4454                 /*
4455                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
4456                  * reserves
4457                  */
4458                 if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
4459                         page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order,
4460                                         ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
4461         }
4462 out:
4463         mutex_unlock(&oom_lock);
4464         return page;
4465 }
4466
4467 /*
4468  * Maximum number of compaction retries with a progress before OOM
4469  * killer is consider as the only way to move forward.
4470  */
4471 #define MAX_COMPACT_RETRIES 16
4472
4473 #ifdef CONFIG_COMPACTION
4474 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
4475 static struct page *
4476 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4477                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4478                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
4479 {
4480         struct page *page = NULL;
4481         unsigned long pflags;
4482         unsigned int noreclaim_flag;
4483
4484         if (!order)
4485                 return NULL;
4486
4487         psi_memstall_enter(&pflags);
4488         delayacct_compact_start();
4489         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4490
4491         *compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4492                                                                 prio, &page);
4493
4494         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4495         psi_memstall_leave(&pflags);
4496         delayacct_compact_end();
4497
4498         if (*compact_result == COMPACT_SKIPPED)
4499                 return NULL;
4500         /*
4501          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
4502          * count a compaction stall
4503          */
4504         count_vm_event(COMPACTSTALL);
4505
4506         /* Prep a captured page if available */
4507         if (page)
4508                 prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
4509
4510         /* Try get a page from the freelist if available */
4511         if (!page)
4512                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4513
4514         if (page) {
4515                 struct zone *zone = page_zone(page);
4516
4517                 zone->compact_blockskip_flush = false;
4518                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
4519                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
4520                 return page;
4521         }
4522
4523         /*
4524          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
4525          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
4526          */
4527         count_vm_event(COMPACTFAIL);
4528
4529         cond_resched();
4530
4531         return NULL;
4532 }
4533
4534 static inline bool
4535 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, int order, int alloc_flags,
4536                      enum compact_result compact_result,
4537                      enum compact_priority *compact_priority,
4538                      int *compaction_retries)
4539 {
4540         int max_retries = MAX_COMPACT_RETRIES;
4541         int min_priority;
4542         bool ret = false;
4543         int retries = *compaction_retries;
4544         enum compact_priority priority = *compact_priority;
4545
4546         if (!order)
4547                 return false;
4548
4549         if (fatal_signal_pending(current))
4550                 return false;
4551
4552         if (compaction_made_progress(compact_result))
4553                 (*compaction_retries)++;
4554
4555         /*
4556          * compaction considers all the zone as desperately out of memory
4557          * so it doesn't really make much sense to retry except when the
4558          * failure could be caused by insufficient priority
4559          */
4560         if (compaction_failed(compact_result))
4561                 goto check_priority;
4562
4563         /*
4564          * compaction was skipped because there are not enough order-0 pages
4565          * to work with, so we retry only if it looks like reclaim can help.
4566          */
4567         if (compaction_needs_reclaim(compact_result)) {
4568                 ret = compaction_zonelist_suitable(ac, order, alloc_flags);
4569                 goto out;
4570         }
4571
4572         /*
4573          * make sure the compaction wasn't deferred or didn't bail out early
4574          * due to locks contention before we declare that we should give up.
4575          * But the next retry should use a higher priority if allowed, so
4576          * we don't just keep bailing out endlessly.
4577          */
4578         if (compaction_withdrawn(compact_result)) {
4579                 goto check_priority;
4580         }
4581
4582         /*
4583          * !costly requests are much more important than __GFP_RETRY_MAYFAIL
4584          * costly ones because they are de facto nofail and invoke OOM
4585          * killer to move on while costly can fail and users are ready
4586          * to cope with that. 1/4 retries is rather arbitrary but we
4587          * would need much more detailed feedback from compaction to
4588          * make a better decision.
4589          */
4590         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4591                 max_retries /= 4;
4592         if (*compaction_retries <= max_retries) {
4593                 ret = true;
4594                 goto out;
4595         }
4596
4597         /*
4598          * Make sure there are attempts at the highest priority if we exhausted
4599          * all retries or failed at the lower priorities.
4600          */
4601 check_priority:
4602         min_priority = (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) ?
4603                         MIN_COMPACT_COSTLY_PRIORITY : MIN_COMPACT_PRIORITY;
4604
4605         if (*compact_priority > min_priority) {
4606                 (*compact_priority)--;
4607                 *compaction_retries = 0;
4608                 ret = true;
4609         }
4610 out:
4611         trace_compact_retry(order, priority, compact_result, retries, max_retries, ret);
4612         return ret;
4613 }
4614 #else
4615 static inline struct page *
4616 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4617                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4618                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
4619 {
4620         *compact_result = COMPACT_SKIPPED;
4621         return NULL;
4622 }
4623
4624 static inline bool
4625 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, unsigned int order, int alloc_flags,
4626                      enum compact_result compact_result,
4627                      enum compact_priority *compact_priority,
4628                      int *compaction_retries)
4629 {
4630         struct zone *zone;
4631         struct zoneref *z;
4632
4633         if (!order || order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4634                 return false;
4635
4636         /*
4637          * There are setups with compaction disabled which would prefer to loop
4638          * inside the allocator rather than hit the oom killer prematurely.
4639          * Let's give them a good hope and keep retrying while the order-0
4640          * watermarks are OK.
4641          */
4642         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
4643                                 ac->highest_zoneidx, ac->nodemask) {
4644                 if (zone_watermark_ok(zone, 0, min_wmark_pages(zone),
4645                                         ac->highest_zoneidx, alloc_flags))
4646                         return true;
4647         }
4648         return false;
4649 }
4650 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
4651
4652 #ifdef CONFIG_LOCKDEP
4653 static struct lockdep_map __fs_reclaim_map =
4654         STATIC_LOCKDEP_MAP_INIT("fs_reclaim", &__fs_reclaim_map);
4655
4656 static bool __need_reclaim(gfp_t gfp_mask)
4657 {
4658         /* no reclaim without waiting on it */
4659         if (!(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
4660                 return false;
4661
4662         /* this guy won't enter reclaim */
4663         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4664                 return false;
4665
4666         if (gfp_mask & __GFP_NOLOCKDEP)
4667                 return false;
4668
4669         return true;
4670 }
4671
4672 void __fs_reclaim_acquire(unsigned long ip)
4673 {
4674         lock_acquire_exclusive(&__fs_reclaim_map, 0, 0, NULL, ip);
4675 }
4676
4677 void __fs_reclaim_release(unsigned long ip)
4678 {
4679         lock_release(&__fs_reclaim_map, ip);
4680 }
4681
4682 void fs_reclaim_acquire(gfp_t gfp_mask)
4683 {
4684         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4685
4686         if (__need_reclaim(gfp_mask)) {
4687                 if (gfp_mask & __GFP_FS)
4688                         __fs_reclaim_acquire(_RET_IP_);
4689
4690 #ifdef CONFIG_MMU_NOTIFIER
4691                 lock_map_acquire(&__mmu_notifier_invalidate_range_start_map);
4692                 lock_map_release(&__mmu_notifier_invalidate_range_start_map);
4693 #endif
4694
4695         }
4696 }
4697 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_acquire);
4698
4699 void fs_reclaim_release(gfp_t gfp_mask)
4700 {
4701         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4702
4703         if (__need_reclaim(gfp_mask)) {
4704                 if (gfp_mask & __GFP_FS)
4705                         __fs_reclaim_release(_RET_IP_);
4706         }
4707 }
4708 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_release);
4709 #endif
4710
4711 /*
4712  * Zonelists may change due to hotplug during allocation. Detect when zonelists
4713  * have been rebuilt so allocation retries. Reader side does not lock and
4714  * retries the allocation if zonelist changes. Writer side is protected by the
4715  * embedded spin_lock.
4716  */
4717 static DEFINE_SEQLOCK(zonelist_update_seq);
4718
4719 static unsigned int zonelist_iter_begin(void)
4720 {
4721         if (IS_ENABLED(CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE))
4722                 return read_seqbegin(&zonelist_update_seq);
4723
4724         return 0;
4725 }
4726
4727 static unsigned int check_retry_zonelist(unsigned int seq)
4728 {
4729         if (IS_ENABLED(CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE))
4730                 return read_seqretry(&zonelist_update_seq, seq);
4731
4732         return seq;
4733 }
4734
4735 /* Perform direct synchronous page reclaim */
4736 static unsigned long
4737 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4738                                         const struct alloc_context *ac)
4739 {
4740         unsigned int noreclaim_flag;
4741         unsigned long progress;
4742
4743         cond_resched();
4744
4745         /* We now go into synchronous reclaim */
4746         cpuset_memory_pressure_bump();
4747         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
4748         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4749
4750         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
4751                                                                 ac->nodemask);
4752
4753         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4754         fs_reclaim_release(gfp_mask);
4755
4756         cond_resched();
4757
4758         return progress;
4759 }
4760
4761 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
4762 static inline struct page *
4763 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4764                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4765                 unsigned long *did_some_progress)
4766 {
4767         struct page *page = NULL;
4768         unsigned long pflags;
4769         bool drained = false;
4770
4771         psi_memstall_enter(&pflags);
4772         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
4773         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
4774                 goto out;
4775
4776 retry:
4777         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4778
4779         /*
4780          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
4781          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
4782          * Shrink them and try again
4783          */
4784         if (!page && !drained) {
4785                 unreserve_highatomic_pageblock(ac, false);
4786                 drain_all_pages(NULL);
4787                 drained = true;
4788                 goto retry;
4789         }
4790 out:
4791         psi_memstall_leave(&pflags);
4792
4793         return page;
4794 }
4795
4796 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, gfp_t gfp_mask,
4797                              const struct alloc_context *ac)
4798 {
4799         struct zoneref *z;
4800         struct zone *zone;
4801         pg_data_t *last_pgdat = NULL;
4802         enum zone_type highest_zoneidx = ac->highest_zoneidx;
4803
4804         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, highest_zoneidx,
4805                                         ac->nodemask) {
4806                 if (!managed_zone(zone))
4807                         continue;
4808                 if (last_pgdat != zone->zone_pgdat) {
4809                         wakeup_kswapd(zone, gfp_mask, order, highest_zoneidx);
4810                         last_pgdat = zone->zone_pgdat;
4811                 }
4812         }
4813 }
4814
4815 static inline unsigned int
4816 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4817 {
4818         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
4819
4820         /*
4821          * __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH
4822          * and __GFP_KSWAPD_RECLAIM is assumed to be the same as ALLOC_KSWAPD
4823          * to save two branches.
4824          */
4825         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
4826         BUILD_BUG_ON(__GFP_KSWAPD_RECLAIM != (__force gfp_t) ALLOC_KSWAPD);
4827
4828         /*
4829          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
4830          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
4831          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
4832          * set both ALLOC_HARDER (__GFP_ATOMIC) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
4833          */
4834         alloc_flags |= (__force int)
4835                 (gfp_mask & (__GFP_HIGH | __GFP_KSWAPD_RECLAIM));
4836
4837         if (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) {
4838                 /*
4839                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
4840                  * if it can't schedule.
4841                  */
4842                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4843                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
4844                 /*
4845                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
4846                  * comment for __cpuset_node_allowed().
4847                  */
4848                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
4849         } else if (unlikely(rt_task(current)) && in_task())
4850                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
4851
4852         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, alloc_flags);
4853
4854         return alloc_flags;
4855 }
4856
4857 static bool oom_reserves_allowed(struct task_struct *tsk)
4858 {
4859         if (!tsk_is_oom_victim(tsk))
4860                 return false;
4861
4862         /*
4863          * !MMU doesn't have oom reaper so give access to memory reserves
4864          * only to the thread with TIF_MEMDIE set
4865          */
4866         if (!IS_ENABLED(CONFIG_MMU) && !test_thread_flag(TIF_MEMDIE))
4867                 return false;
4868
4869         return true;
4870 }
4871
4872 /*
4873  * Distinguish requests which really need access to full memory
4874  * reserves from oom victims which can live with a portion of it
4875  */
4876 static inline int __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4877 {
4878         if (unlikely(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4879                 return 0;
4880         if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
4881                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4882         if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
4883                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4884         if (!in_interrupt()) {
4885                 if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4886                         return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4887                 else if (oom_reserves_allowed(current))
4888                         return ALLOC_OOM;
4889         }
4890
4891         return 0;
4892 }
4893
4894 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
4895 {
4896         return !!__gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4897 }
4898
4899 /*
4900  * Checks whether it makes sense to retry the reclaim to make a forward progress
4901  * for the given allocation request.
4902  *
4903  * We give up when we either have tried MAX_RECLAIM_RETRIES in a row
4904  * without success, or when we couldn't even meet the watermark if we
4905  * reclaimed all remaining pages on the LRU lists.
4906  *
4907  * Returns true if a retry is viable or false to enter the oom path.
4908  */
4909 static inline bool
4910 should_reclaim_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned order,
4911                      struct alloc_context *ac, int alloc_flags,
4912                      bool did_some_progress, int *no_progress_loops)
4913 {
4914         struct zone *zone;
4915         struct zoneref *z;
4916         bool ret = false;
4917
4918         /*
4919          * Costly allocations might have made a progress but this doesn't mean
4920          * their order will become available due to high fragmentation so
4921          * always increment the no progress counter for them
4922          */
4923         if (did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4924                 *no_progress_loops = 0;
4925         else
4926                 (*no_progress_loops)++;
4927
4928         /*
4929          * Make sure we converge to OOM if we cannot make any progress
4930          * several times in the row.
4931          */
4932         if (*no_progress_loops > MAX_RECLAIM_RETRIES) {
4933                 /* Before OOM, exhaust highatomic_reserve */
4934                 return unreserve_highatomic_pageblock(ac, true);
4935         }
4936
4937         /*
4938          * Keep reclaiming pages while there is a chance this will lead
4939          * somewhere.  If none of the target zones can satisfy our allocation
4940          * request even if all reclaimable pages are considered then we are
4941          * screwed and have to go OOM.
4942          */
4943         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
4944                                 ac->highest_zoneidx, ac->nodemask) {
4945                 unsigned long available;
4946                 unsigned long reclaimable;
4947                 unsigned long min_wmark = min_wmark_pages(zone);
4948                 bool wmark;
4949
4950                 available = reclaimable = zone_reclaimable_pages(zone);
4951                 available += zone_page_state_snapshot(zone, NR_FREE_PAGES);
4952
4953                 /*
4954                  * Would the allocation succeed if we reclaimed all
4955                  * reclaimable pages?
4956                  */
4957                 wmark = __zone_watermark_ok(zone, order, min_wmark,
4958                                 ac->highest_zoneidx, alloc_flags, available);
4959                 trace_reclaim_retry_zone(z, order, reclaimable,
4960                                 available, min_wmark, *no_progress_loops, wmark);
4961                 if (wmark) {
4962                         ret = true;
4963                         break;
4964                 }
4965         }
4966
4967         /*
4968          * Memory allocation/reclaim might be called from a WQ context and the
4969          * current implementation of the WQ concurrency control doesn't
4970          * recognize that a particular WQ is congested if the worker thread is
4971          * looping without ever sleeping. Therefore we have to do a short sleep
4972          * here rather than calling cond_resched().
4973          */
4974         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
4975                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
4976         else
4977                 cond_resched();
4978         return ret;
4979 }
4980
4981 static inline bool
4982 check_retry_cpuset(int cpuset_mems_cookie, struct alloc_context *ac)
4983 {
4984         /*
4985          * It's possible that cpuset's mems_allowed and the nodemask from
4986          * mempolicy don't intersect. This should be normally dealt with by
4987          * policy_nodemask(), but it's possible to race with cpuset update in
4988          * such a way the check therein was true, and then it became false
4989          * before we got our cpuset_mems_cookie here.
4990          * This assumes that for all allocations, ac->nodemask can come only
4991          * from MPOL_BIND mempolicy (whose documented semantics is to be ignored
4992          * when it does not intersect with the cpuset restrictions) or the
4993          * caller can deal with a violated nodemask.
4994          */
4995         if (cpusets_enabled() && ac->nodemask &&
4996                         !cpuset_nodemask_valid_mems_allowed(ac->nodemask)) {
4997                 ac->nodemask = NULL;
4998                 return true;
4999         }
5000
5001         /*
5002          * When updating a task's mems_allowed or mempolicy nodemask, it is
5003          * possible to race with parallel threads in such a way that our
5004          * allocation can fail while the mask is being updated. If we are about
5005          * to fail, check if the cpuset changed during allocation and if so,
5006          * retry.
5007          */
5008         if (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))
5009                 return true;
5010
5011         return false;
5012 }
5013
5014 static inline struct page *
5015 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
5016                                                 struct alloc_context *ac)
5017 {
5018         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
5019         const bool costly_order = order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER;
5020         struct page *page = NULL;
5021         unsigned int alloc_flags;
5022         unsigned long did_some_progress;
5023         enum compact_priority compact_priority;
5024         enum compact_result compact_result;
5025         int compaction_retries;
5026         int no_progress_loops;
5027         unsigned int cpuset_mems_cookie;
5028         unsigned int zonelist_iter_cookie;
5029         int reserve_flags;
5030
5031         /*
5032          * We also sanity check to catch abuse of atomic reserves being used by
5033          * callers that are not in atomic context.
5034          */
5035         if (WARN_ON_ONCE((gfp_mask & (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)) ==
5036                                 (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)))
5037                 gfp_mask &= ~__GFP_ATOMIC;
5038
5039 restart:
5040         compaction_retries = 0;
5041         no_progress_loops = 0;
5042         compact_priority = DEF_COMPACT_PRIORITY;
5043         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
5044         zonelist_iter_cookie = zonelist_iter_begin();
5045
5046         /*
5047          * The fast path uses conservative alloc_flags to succeed only until
5048          * kswapd needs to be woken up, and to avoid the cost of setting up
5049          * alloc_flags precisely. So we do that now.
5050          */
5051         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
5052
5053         /*
5054          * We need to recalculate the starting point for the zonelist iterator
5055          * because we might have used different nodemask in the fast path, or
5056          * there was a cpuset modification and we are retrying - otherwise we
5057          * could end up iterating over non-eligible zones endlessly.
5058          */
5059         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
5060                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
5061         if (!ac->preferred_zoneref->zone)
5062                 goto nopage;
5063
5064         /*
5065          * Check for insane configurations where the cpuset doesn't contain
5066          * any suitable zone to satisfy the request - e.g. non-movable
5067          * GFP_HIGHUSER allocations from MOVABLE nodes only.
5068          */
5069         if (cpusets_insane_config() && (gfp_mask & __GFP_HARDWALL)) {
5070                 struct zoneref *z = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
5071                                         ac->highest_zoneidx,
5072                                         &cpuset_current_mems_allowed);
5073                 if (!z->zone)
5074                         goto nopage;
5075         }
5076
5077         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
5078                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
5079
5080         /*
5081          * The adjusted alloc_flags might result in immediate success, so try
5082          * that first
5083          */
5084         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
5085         if (page)
5086                 goto got_pg;
5087
5088         /*
5089          * For costly allocations, try direct compaction first, as it's likely
5090          * that we have enough base pages and don't need to reclaim. For non-
5091          * movable high-order allocations, do that as well, as compaction will
5092          * try prevent permanent fragmentation by migrating from blocks of the
5093          * same migratetype.
5094          * Don't try this for allocations that are allowed to ignore
5095          * watermarks, as the ALLOC_NO_WATERMARKS attempt didn't yet happen.
5096          */
5097         if (can_direct_reclaim &&
5098                         (costly_order ||
5099                            (order > 0 && ac->migratetype != MIGRATE_MOVABLE))
5100                         && !gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_mask)) {
5101                 page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order,
5102                                                 alloc_flags, ac,
5103                                                 INIT_COMPACT_PRIORITY,
5104                                                 &compact_result);
5105                 if (page)
5106                         goto got_pg;
5107
5108                 /*
5109                  * Checks for costly allocations with __GFP_NORETRY, which
5110                  * includes some THP page fault allocations
5111                  */
5112                 if (costly_order && (gfp_mask & __GFP_NORETRY)) {
5113                         /*
5114                          * If allocating entire pageblock(s) and compaction
5115                          * failed because all zones are below low watermarks
5116                          * or is prohibited because it recently failed at this
5117                          * order, fail immediately unless the allocator has
5118                          * requested compaction and reclaim retry.
5119                          *
5120                          * Reclaim is
5121                          *  - potentially very expensive because zones are far
5122                          *    below their low watermarks or this is part of very
5123                          *    bursty high order allocations,
5124                          *  - not guaranteed to help because isolate_freepages()
5125                          *    may not iterate over freed pages as part of its
5126                          *    linear scan, and
5127                          *  - unlikely to make entire pageblocks free on its
5128                          *    own.
5129                          */
5130                         if (compact_result == COMPACT_SKIPPED ||
5131                             compact_result == COMPACT_DEFERRED)
5132                                 goto nopage;
5133
5134                         /*
5135                          * Looks like reclaim/compaction is worth trying, but
5136                          * sync compaction could be very expensive, so keep
5137                          * using async compaction.
5138                          */
5139                         compact_priority = INIT_COMPACT_PRIORITY;
5140                 }
5141         }
5142
5143 retry:
5144         /* Ensure kswapd doesn't accidentally go to sleep as long as we loop */
5145         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
5146                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
5147
5148         reserve_flags = __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
5149         if (reserve_flags)
5150                 alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, reserve_flags);
5151
5152         /*
5153          * Reset the nodemask and zonelist iterators if memory policies can be
5154          * ignored. These allocations are high priority and system rather than
5155          * user oriented.
5156          */
5157         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) || reserve_flags) {
5158                 ac->nodemask = NULL;
5159                 ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
5160                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
5161         }
5162
5163         /* Attempt with potentially adjusted zonelist and alloc_flags */
5164         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
5165         if (page)
5166                 goto got_pg;
5167
5168         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
5169         if (!can_direct_reclaim)
5170                 goto nopage;
5171
5172         /* Avoid recursion of direct reclaim */
5173         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
5174                 goto nopage;
5175
5176         /* Try direct reclaim and then allocating */
5177         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
5178                                                         &did_some_progress);
5179         if (page)
5180                 goto got_pg;
5181
5182         /* Try direct compaction and then allocating */
5183         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
5184                                         compact_priority, &compact_result);
5185         if (page)
5186                 goto got_pg;
5187
5188         /* Do not loop if specifically requested */
5189         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
5190                 goto nopage;
5191
5192         /*
5193          * Do not retry costly high order allocations unless they are
5194          * __GFP_RETRY_MAYFAIL
5195          */
5196         if (costly_order && !(gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL))
5197                 goto nopage;
5198
5199         if (should_reclaim_retry(gfp_mask, order, ac, alloc_flags,
5200                                  did_some_progress > 0, &no_progress_loops))
5201                 goto retry;
5202
5203         /*
5204          * It doesn't make any sense to retry for the compaction if the order-0
5205          * reclaim is not able to make any progress because the current
5206          * implementation of the compaction depends on the sufficient amount
5207          * of free memory (see __compaction_suitable)
5208          */
5209         if (did_some_progress > 0 &&
5210                         should_compact_retry(ac, order, alloc_flags,
5211                                 compact_result, &compact_priority,
5212                                 &compaction_retries))
5213                 goto retry;
5214
5215
5216         /*
5217          * Deal with possible cpuset update races or zonelist updates to avoid
5218          * a unnecessary OOM kill.
5219          */
5220         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac) ||
5221             check_retry_zonelist(zonelist_iter_cookie))
5222                 goto restart;
5223
5224         /* Reclaim has failed us, start killing things */
5225         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
5226         if (page)
5227                 goto got_pg;
5228
5229         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
5230         if (tsk_is_oom_victim(current) &&
5231             (alloc_flags & ALLOC_OOM ||
5232              (gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC)))
5233                 goto nopage;
5234
5235         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
5236         if (did_some_progress) {
5237                 no_progress_loops = 0;
5238                 goto retry;
5239         }
5240
5241 nopage:
5242         /*
5243          * Deal with possible cpuset update races or zonelist updates to avoid
5244          * a unnecessary OOM kill.
5245          */
5246         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac) ||
5247             check_retry_zonelist(zonelist_iter_cookie))
5248                 goto restart;
5249
5250         /*
5251          * Make sure that __GFP_NOFAIL request doesn't leak out and make sure
5252          * we always retry
5253          */
5254         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL) {
5255                 /*
5256                  * All existing users of the __GFP_NOFAIL are blockable, so warn
5257                  * of any new users that actually require GFP_NOWAIT
5258                  */
5259                 if (WARN_ON_ONCE_GFP(!can_direct_reclaim, gfp_mask))
5260                         goto fail;
5261
5262                 /*
5263                  * PF_MEMALLOC request from this context is rather bizarre
5264                  * because we cannot reclaim anything and only can loop waiting
5265                  * for somebody to do a work for us
5266                  */
5267                 WARN_ON_ONCE_GFP(current->flags & PF_MEMALLOC, gfp_mask);
5268
5269                 /*
5270                  * non failing costly orders are a hard requirement which we
5271                  * are not prepared for much so let's warn about these users
5272                  * so that we can identify them and convert them to something
5273                  * else.
5274                  */
5275                 WARN_ON_ONCE_GFP(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER, gfp_mask);
5276
5277                 /*
5278                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
5279                  * reserves but do not use ALLOC_NO_WATERMARKS because this
5280                  * could deplete whole memory reserves which would just make
5281                  * the situation worse
5282                  */
5283                 page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order, ALLOC_HARDER, ac);
5284                 if (page)
5285                         goto got_pg;
5286
5287                 cond_resched();
5288                 goto retry;
5289         }
5290 fail:
5291         warn_alloc(gfp_mask, ac->nodemask,
5292                         "page allocation failure: order:%u", order);
5293 got_pg:
5294         return page;
5295 }
5296
5297 static inline bool prepare_alloc_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
5298                 int preferred_nid, nodemask_t *nodemask,
5299                 struct alloc_context *ac, gfp_t *alloc_gfp,
5300                 unsigned int *alloc_flags)
5301 {
5302         ac->highest_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
5303         ac->zonelist = node_zonelist(preferred_nid, gfp_mask);
5304         ac->nodemask = nodemask;
5305         ac->migratetype = gfp_migratetype(gfp_mask);
5306
5307         if (cpusets_enabled()) {
5308                 *alloc_gfp |= __GFP_HARDWALL;
5309                 /*
5310                  * When we are in the interrupt context, it is irrelevant
5311                  * to the current task context. It means that any node ok.
5312                  */
5313                 if (in_task() && !ac->nodemask)
5314                         ac->nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
5315                 else
5316                         *alloc_flags |= ALLOC_CPUSET;
5317         }
5318
5319         might_alloc(gfp_mask);
5320
5321         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
5322                 return false;
5323
5324         *alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, *alloc_flags);
5325
5326         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
5327         ac->spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
5328
5329         /*
5330          * The preferred zone is used for statistics but crucially it is
5331          * also used as the starting point for the zonelist iterator. It
5332          * may get reset for allocations that ignore memory policies.
5333          */
5334         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
5335                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
5336
5337         return true;
5338 }
5339
5340 /*
5341  * __alloc_pages_bulk - Allocate a number of order-0 pages to a list or array
5342  * @gfp: GFP flags for the allocation
5343  * @preferred_nid: The preferred NUMA node ID to allocate from
5344  * @nodemask: Set of nodes to allocate from, may be NULL
5345  * @nr_pages: The number of pages desired on the list or array
5346  * @page_list: Optional list to store the allocated pages
5347  * @page_array: Optional array to store the pages
5348  *
5349  * This is a batched version of the page allocator that attempts to
5350  * allocate nr_pages quickly. Pages are added to page_list if page_list
5351  * is not NULL, otherwise it is assumed that the page_array is valid.
5352  *
5353  * For lists, nr_pages is the number of pages that should be allocated.
5354  *
5355  * For arrays, only NULL elements are populated with pages and nr_pages
5356  * is the maximum number of pages that will be stored in the array.
5357  *
5358  * Returns the number of pages on the list or array.
5359  */
5360 unsigned long __alloc_pages_bulk(gfp_t gfp, int preferred_nid,
5361                         nodemask_t *nodemask, int nr_pages,
5362                         struct list_head *page_list,
5363                         struct page **page_array)
5364 {
5365         struct page *page;
5366         unsigned long flags;
5367         unsigned long __maybe_unused UP_flags;
5368         struct zone *zone;
5369         struct zoneref *z;
5370         struct per_cpu_pages *pcp;
5371         struct list_head *pcp_list;
5372         struct alloc_context ac;
5373         gfp_t alloc_gfp;
5374         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
5375         int nr_populated = 0, nr_account = 0;
5376
5377         /*
5378          * Skip populated array elements to determine if any pages need
5379          * to be allocated before disabling IRQs.
5380          */
5381         while (page_array && nr_populated < nr_pages && page_array[nr_populated])
5382                 nr_populated++;
5383
5384         /* No pages requested? */
5385         if (unlikely(nr_pages <= 0))
5386                 goto out;
5387
5388         /* Already populated array? */
5389         if (unlikely(page_array && nr_pages - nr_populated == 0))
5390                 goto out;
5391
5392         /* Bulk allocator does not support memcg accounting. */
5393         if (memcg_kmem_enabled() && (gfp & __GFP_ACCOUNT))
5394                 goto failed;
5395
5396         /* Use the single page allocator for one page. */
5397         if (nr_pages - nr_populated == 1)
5398                 goto failed;
5399
5400 #ifdef CONFIG_PAGE_OWNER
5401         /*
5402          * PAGE_OWNER may recurse into the allocator to allocate space to
5403          * save the stack with pagesets.lock held. Releasing/reacquiring
5404          * removes much of the performance benefit of bulk allocation so
5405          * force the caller to allocate one page at a time as it'll have
5406          * similar performance to added complexity to the bulk allocator.
5407          */
5408         if (static_branch_unlikely(&page_owner_inited))
5409                 goto failed;
5410 #endif
5411
5412         /* May set ALLOC_NOFRAGMENT, fragmentation will return 1 page. */
5413         gfp &= gfp_allowed_mask;
5414         alloc_gfp = gfp;
5415         if (!prepare_alloc_pages(gfp, 0, preferred_nid, nodemask, &ac, &alloc_gfp, &alloc_flags))
5416                 goto out;
5417         gfp = alloc_gfp;
5418
5419         /* Find an allowed local zone that meets the low watermark. */
5420         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac.zonelist, ac.highest_zoneidx, ac.nodemask) {
5421                 unsigned long mark;
5422
5423                 if (cpusets_enabled() && (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
5424                     !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp)) {
5425                         continue;
5426                 }
5427
5428                 if (nr_online_nodes > 1 && zone != ac.preferred_zoneref->zone &&
5429                     zone_to_nid(zone) != zone_to_nid(ac.preferred_zoneref->zone)) {
5430                         goto failed;
5431                 }
5432
5433                 mark = wmark_pages(zone, alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK) + nr_pages;
5434                 if (zone_watermark_fast(zone, 0,  mark,
5435                                 zonelist_zone_idx(ac.preferred_zoneref),
5436                                 alloc_flags, gfp)) {
5437                         break;
5438                 }
5439         }
5440
5441         /*
5442          * If there are no allowed local zones that meets the watermarks then
5443          * try to allocate a single page and reclaim if necessary.
5444          */
5445         if (unlikely(!zone))
5446                 goto failed;
5447
5448         /* Is a parallel drain in progress? */
5449         pcp_trylock_prepare(UP_flags);
5450         pcp = pcp_spin_trylock_irqsave(zone->per_cpu_pageset, flags);
5451         if (!pcp)
5452                 goto failed_irq;
5453
5454         /* Attempt the batch allocation */
5455         pcp_list = &pcp->lists[order_to_pindex(ac.migratetype, 0)];
5456         while (nr_populated < nr_pages) {
5457
5458                 /* Skip existing pages */
5459                 if (page_array && page_array[nr_populated]) {
5460                         nr_populated++;
5461                         continue;
5462                 }
5463
5464                 page = __rmqueue_pcplist(zone, 0, ac.migratetype, alloc_flags,
5465                                                                 pcp, pcp_list);
5466                 if (unlikely(!page)) {
5467                         /* Try and allocate at least one page */
5468                         if (!nr_account) {
5469                                 pcp_spin_unlock_irqrestore(pcp, flags);
5470                                 goto failed_irq;
5471                         }
5472                         break;
5473                 }
5474                 nr_account++;
5475
5476                 prep_new_page(page, 0, gfp, 0);
5477                 if (page_list)
5478                         list_add(&page->lru, page_list);
5479                 else
5480                         page_array[nr_populated] = page;
5481                 nr_populated++;
5482         }
5483
5484         pcp_spin_unlock_irqrestore(pcp, flags);
5485         pcp_trylock_finish(UP_flags);
5486
5487         __count_zid_vm_events(PGALLOC, zone_idx(zone), nr_account);
5488         zone_statistics(ac.preferred_zoneref->zone, zone, nr_account);
5489
5490 out:
5491         return nr_populated;
5492
5493 failed_irq:
5494         pcp_trylock_finish(UP_flags);
5495
5496 failed:
5497         page = __alloc_pages(gfp, 0, preferred_nid, nodemask);
5498         if (page) {
5499                 if (page_list)
5500                         list_add(&page->lru, page_list);
5501                 else
5502                         page_array[nr_populated] = page;
5503                 nr_populated++;
5504         }
5505
5506         goto out;
5507 }
5508 EXPORT_SYMBOL_GPL(__alloc_pages_bulk);
5509
5510 /*
5511  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
5512  */
5513 struct page *__alloc_pages(gfp_t gfp, unsigned int order, int preferred_nid,
5514                                                         nodemask_t *nodemask)
5515 {
5516         struct page *page;
5517         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
5518         gfp_t alloc_gfp; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
5519         struct alloc_context ac = { };
5520
5521         /*
5522          * There are several places where we assume that the order value is sane
5523          * so bail out early if the request is out of bound.
5524          */
5525         if (WARN_ON_ONCE_GFP(order >= MAX_ORDER, gfp))
5526                 return NULL;
5527
5528         gfp &= gfp_allowed_mask;
5529         /*
5530          * Apply scoped allocation constraints. This is mainly about GFP_NOFS
5531          * resp. GFP_NOIO which has to be inherited for all allocation requests
5532          * from a particular context which has been marked by
5533          * memalloc_no{fs,io}_{save,restore}. And PF_MEMALLOC_PIN which ensures
5534          * movable zones are not used during allocation.
5535          */
5536         gfp = current_gfp_context(gfp);
5537         alloc_gfp = gfp;
5538         if (!prepare_alloc_pages(gfp, order, preferred_nid, nodemask, &ac,
5539                         &alloc_gfp, &alloc_flags))
5540                 return NULL;
5541
5542         /*
5543          * Forbid the first pass from falling back to types that fragment
5544          * memory until all local zones are considered.
5545          */
5546         alloc_flags |= alloc_flags_nofragment(ac.preferred_zoneref->zone, gfp);
5547
5548         /* First allocation attempt */
5549         page = get_page_from_freelist(alloc_gfp, order, alloc_flags, &ac);
5550         if (likely(page))
5551                 goto out;
5552
5553         alloc_gfp = gfp;
5554         ac.spread_dirty_pages = false;
5555
5556         /*
5557          * Restore the original nodemask if it was potentially replaced with
5558          * &cpuset_current_mems_allowed to optimize the fast-path attempt.
5559          */
5560         ac.nodemask = nodemask;
5561
5562         page = __alloc_pages_slowpath(alloc_gfp, order, &ac);
5563
5564 out:
5565         if (memcg_kmem_enabled() && (gfp & __GFP_ACCOUNT) && page &&
5566             unlikely(__memcg_kmem_charge_page(page, gfp, order) != 0)) {
5567                 __free_pages(page, order);
5568                 page = NULL;
5569         }
5570
5571         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_gfp, ac.migratetype);
5572
5573         return page;
5574 }
5575 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages);
5576
5577 struct folio *__folio_alloc(gfp_t gfp, unsigned int order, int preferred_nid,
5578                 nodemask_t *nodemask)
5579 {
5580         struct page *page = __alloc_pages(gfp | __GFP_COMP, order,
5581                         preferred_nid, nodemask);
5582
5583         if (page && order > 1)
5584                 prep_transhuge_page(page);
5585         return (struct folio *)page;
5586 }
5587 EXPORT_SYMBOL(__folio_alloc);
5588
5589 /*
5590  * Common helper functions. Never use with __GFP_HIGHMEM because the returned
5591  * address cannot represent highmem pages. Use alloc_pages and then kmap if
5592  * you need to access high mem.
5593  */
5594 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
5595 {
5596         struct page *page;
5597
5598         page = alloc_pages(gfp_mask & ~__GFP_HIGHMEM, order);
5599         if (!page)
5600                 return 0;
5601         return (unsigned long) page_address(page);
5602 }
5603 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
5604
5605 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
5606 {
5607         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
5608 }
5609 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
5610
5611 /**
5612  * __free_pages - Free pages allocated with alloc_pages().
5613  * @page: The page pointer returned from alloc_pages().
5614  * @order: The order of the allocation.
5615  *
5616  * This function can free multi-page allocations that are not compound
5617  * pages.  It does not check that the @order passed in matches that of
5618  * the allocation, so it is easy to leak memory.  Freeing more memory
5619  * than was allocated will probably emit a warning.
5620  *
5621  * If the last reference to this page is speculative, it will be released
5622  * by put_page() which only frees the first page of a non-compound
5623  * allocation.  To prevent the remaining pages from being leaked, we free
5624  * the subsequent pages here.  If you want to use the page's reference
5625  * count to decide when to free the allocation, you should allocate a
5626  * compound page, and use put_page() instead of __free_pages().
5627  *
5628  * Context: May be called in interrupt context or while holding a normal
5629  * spinlock, but not in NMI context or while holding a raw spinlock.
5630  */
5631 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
5632 {
5633         if (put_page_testzero(page))
5634                 free_the_page(page, order);
5635         else if (!PageHead(page))
5636                 while (order-- > 0)
5637                         free_the_page(page + (1 << order), order);
5638 }
5639 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
5640
5641 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
5642 {
5643         if (addr != 0) {
5644                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
5645                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
5646         }
5647 }
5648
5649 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
5650
5651 /*
5652  * Page Fragment:
5653  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
5654  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
5655  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
5656  *
5657  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
5658  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
5659  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
5660  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
5661  */
5662 static struct page *__page_frag_cache_refill(struct page_frag_cache *nc,
5663                                              gfp_t gfp_mask)
5664 {
5665         struct page *page = NULL;
5666         gfp_t gfp = gfp_mask;
5667
5668 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
5669         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
5670                     __GFP_NOMEMALLOC;
5671         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
5672                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
5673         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
5674 #endif
5675         if (unlikely(!page))
5676                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
5677
5678         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
5679
5680         return page;
5681 }
5682
5683 void __page_frag_cache_drain(struct page *page, unsigned int count)
5684 {
5685         VM_BUG_ON_PAGE(page_ref_count(page) == 0, page);
5686
5687         if (page_ref_sub_and_test(page, count))
5688                 free_the_page(page, compound_order(page));
5689 }
5690 EXPORT_SYMBOL(__page_frag_cache_drain);
5691
5692 void *page_frag_alloc_align(struct page_frag_cache *nc,
5693                       unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask,
5694                       unsigned int align_mask)
5695 {
5696         unsigned int size = PAGE_SIZE;
5697         struct page *page;
5698         int offset;
5699
5700         if (unlikely(!nc->va)) {
5701 refill:
5702                 page = __page_frag_cache_refill(nc, gfp_mask);
5703                 if (!page)
5704                         return NULL;
5705
5706 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
5707                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
5708                 size = nc->size;
5709 #endif
5710                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
5711                  * This would break get_page_unless_zero() users.
5712                  */
5713                 page_ref_add(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE);
5714
5715                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
5716                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
5717                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
5718                 nc->offset = size;
5719         }
5720
5721         offset = nc->offset - fragsz;
5722         if (unlikely(offset < 0)) {
5723                 page = virt_to_page(nc->va);
5724
5725                 if (!page_ref_sub_and_test(page, nc->pagecnt_bias))
5726                         goto refill;
5727
5728                 if (unlikely(nc->pfmemalloc)) {
5729                         free_the_page(page, compound_order(page));
5730                         goto refill;
5731                 }
5732
5733 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
5734                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
5735                 size = nc->size;
5736 #endif
5737                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
5738                 set_page_count(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1);
5739
5740                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
5741                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
5742                 offset = size - fragsz;
5743                 if (unlikely(offset < 0)) {
5744                         /*
5745                          * The caller is trying to allocate a fragment
5746                          * with fragsz > PAGE_SIZE but the cache isn't big
5747                          * enough to satisfy the request, this may
5748                          * happen in low memory conditions.
5749                          * We don't release the cache page because
5750                          * it could make memory pressure worse
5751                          * so we simply return NULL here.
5752                          */
5753                         return NULL;
5754                 }
5755         }
5756
5757         nc->pagecnt_bias--;
5758         offset &= align_mask;
5759         nc->offset = offset;
5760
5761         return nc->va + offset;
5762 }
5763 EXPORT_SYMBOL(page_frag_alloc_align);
5764
5765 /*
5766  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
5767  */
5768 void page_frag_free(void *addr)
5769 {
5770         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
5771
5772         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
5773                 free_the_page(page, compound_order(page));
5774 }
5775 EXPORT_SYMBOL(page_frag_free);
5776
5777 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
5778                 size_t size)
5779 {
5780         if (addr) {
5781                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
5782                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
5783
5784                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
5785                 while (used < alloc_end) {
5786                         free_page(used);
5787                         used += PAGE_SIZE;
5788                 }
5789         }
5790         return (void *)addr;
5791 }
5792
5793 /**
5794  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
5795  * @size: the number of bytes to allocate
5796  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
5797  *
5798  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
5799  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
5800  * allocate memory in power-of-two pages.
5801  *
5802  * This function is also limited by MAX_ORDER.
5803  *
5804  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
5805  *
5806  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
5807  */
5808 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
5809 {
5810         unsigned int order = get_order(size);
5811         unsigned long addr;
5812
5813         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & (__GFP_COMP | __GFP_HIGHMEM)))
5814                 gfp_mask &= ~(__GFP_COMP | __GFP_HIGHMEM);
5815
5816         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
5817         return make_alloc_exact(addr, order, size);
5818 }
5819 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
5820
5821 /**
5822  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
5823  *                         pages on a node.
5824  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
5825  * @size: the number of bytes to allocate
5826  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
5827  *
5828  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
5829  * back.
5830  *
5831  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
5832  */
5833 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
5834 {
5835         unsigned int order = get_order(size);
5836         struct page *p;
5837
5838         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & (__GFP_COMP | __GFP_HIGHMEM)))
5839                 gfp_mask &= ~(__GFP_COMP | __GFP_HIGHMEM);
5840
5841         p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
5842         if (!p)
5843                 return NULL;
5844         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
5845 }
5846
5847 /**
5848  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
5849  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
5850  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
5851  *
5852  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
5853  */
5854 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
5855 {
5856         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
5857         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
5858
5859         while (addr < end) {
5860                 free_page(addr);
5861                 addr += PAGE_SIZE;
5862         }
5863 }
5864 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
5865
5866 /**
5867  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
5868  * @offset: The zone index of the highest zone
5869  *
5870  * nr_free_zone_pages() counts the number of pages which are beyond the
5871  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
5872  * zone, the number of pages is calculated as:
5873  *
5874  *     nr_free_zone_pages = managed_pages - high_pages
5875  *
5876  * Return: number of pages beyond high watermark.
5877  */
5878 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
5879 {
5880         struct zoneref *z;
5881         struct zone *zone;
5882
5883         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
5884         unsigned long sum = 0;
5885
5886         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
5887
5888         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
5889                 unsigned long size = zone_managed_pages(zone);
5890                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
5891                 if (size > high)
5892                         sum += size - high;
5893         }
5894
5895         return sum;
5896 }
5897
5898 /**
5899  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
5900  *
5901  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
5902  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
5903  *
5904  * Return: number of pages beyond high watermark within ZONE_DMA and
5905  * ZONE_NORMAL.
5906  */
5907 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
5908 {
5909         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
5910 }
5911 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
5912
5913 static inline void show_node(struct zone *zone)
5914 {
5915         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
5916                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
5917 }
5918
5919 long si_mem_available(void)
5920 {
5921         long available;
5922         unsigned long pagecache;
5923         unsigned long wmark_low = 0;
5924         unsigned long pages[NR_LRU_LISTS];
5925         unsigned long reclaimable;
5926         struct zone *zone;
5927         int lru;
5928
5929         for (lru = LRU_BASE; lru < NR_LRU_LISTS; lru++)
5930                 pages[lru] = global_node_page_state(NR_LRU_BASE + lru);
5931
5932         for_each_zone(zone)
5933                 wmark_low += low_wmark_pages(zone);
5934
5935         /*
5936          * Estimate the amount of memory available for userspace allocations,
5937          * without causing swapping or OOM.
5938          */
5939         available = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES) - totalreserve_pages;
5940
5941         /*
5942          * Not all the page cache can be freed, otherwise the system will
5943          * start swapping or thrashing. Assume at least half of the page
5944          * cache, or the low watermark worth of cache, needs to stay.
5945          */
5946         pagecache = pages[LRU_ACTIVE_FILE] + pages[LRU_INACTIVE_FILE];
5947         pagecache -= min(pagecache / 2, wmark_low);
5948         available += pagecache;
5949
5950         /*
5951          * Part of the reclaimable slab and other kernel memory consists of
5952          * items that are in use, and cannot be freed. Cap this estimate at the
5953          * low watermark.
5954          */
5955         reclaimable = global_node_page_state_pages(NR_SLAB_RECLAIMABLE_B) +
5956                 global_node_page_state(NR_KERNEL_MISC_RECLAIMABLE);
5957         available += reclaimable - min(reclaimable / 2, wmark_low);
5958
5959         if (available < 0)
5960                 available = 0;
5961         return available;
5962 }
5963 EXPORT_SYMBOL_GPL(si_mem_available);
5964
5965 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
5966 {
5967         val->totalram = totalram_pages();
5968         val->sharedram = global_node_page_state(NR_SHMEM);
5969         val->freeram = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES);
5970         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
5971         val->totalhigh = totalhigh_pages();
5972         val->freehigh = nr_free_highpages();
5973         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
5974 }
5975
5976 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
5977
5978 #ifdef CONFIG_NUMA
5979 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
5980 {
5981         int zone_type;          /* needs to be signed */
5982         unsigned long managed_pages = 0;
5983         unsigned long managed_highpages = 0;
5984         unsigned long free_highpages = 0;
5985         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5986
5987         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
5988                 managed_pages += zone_managed_pages(&pgdat->node_zones[zone_type]);
5989         val->totalram = managed_pages;
5990         val->sharedram = node_page_state(pgdat, NR_SHMEM);
5991         val->freeram = sum_zone_node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
5992 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
5993         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++) {
5994                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
5995
5996                 if (is_highmem(zone)) {
5997                         managed_highpages += zone_managed_pages(zone);
5998                         free_highpages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
5999                 }
6000         }
6001         val->totalhigh = managed_highpages;
6002         val->freehigh = free_highpages;
6003 #else
6004         val->totalhigh = managed_highpages;
6005         val->freehigh = free_highpages;
6006 #endif
6007         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
6008 }
6009 #endif
6010
6011 /*
6012  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
6013  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
6014  */
6015 static bool show_mem_node_skip(unsigned int flags, int nid, nodemask_t *nodemask)
6016 {
6017         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
6018                 return false;
6019
6020         /*
6021          * no node mask - aka implicit memory numa policy. Do not bother with
6022          * the synchronization - read_mems_allowed_begin - because we do not
6023          * have to be precise here.
6024          */
6025         if (!nodemask)
6026                 nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
6027
6028         return !node_isset(nid, *nodemask);
6029 }
6030
6031 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
6032
6033 static void show_migration_types(unsigned char type)
6034 {
6035         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
6036                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
6037                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
6038                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
6039                 [MIGRATE_HIGHATOMIC]    = 'H',
6040 #ifdef CONFIG_CMA
6041                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
6042 #endif
6043 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
6044                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
6045 #endif
6046         };
6047         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
6048         char *p = tmp;
6049         int i;
6050
6051         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
6052                 if (type & (1 << i))
6053                         *p++ = types[i];
6054         }
6055
6056         *p = '\0';
6057         printk(KERN_CONT "(%s) ", tmp);
6058 }
6059
6060 /*
6061  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
6062  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
6063  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
6064  *
6065  * Bits in @filter:
6066  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
6067  *   cpuset.
6068  */
6069 void show_free_areas(unsigned int filter, nodemask_t *nodemask)
6070 {
6071         unsigned long free_pcp = 0;
6072         int cpu, nid;
6073         struct zone *zone;
6074         pg_data_t *pgdat;
6075
6076         for_each_populated_zone(zone) {
6077                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
6078                         continue;
6079
6080                 for_each_online_cpu(cpu)
6081                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu)->count;
6082         }
6083
6084         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
6085                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
6086                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu\n"
6087                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
6088                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
6089                 " kernel_misc_reclaimable:%lu\n"
6090                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
6091                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
6092                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
6093                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
6094                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
6095                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
6096                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
6097                 global_node_page_state(NR_UNEVICTABLE),
6098                 global_node_page_state(NR_FILE_DIRTY),
6099                 global_node_page_state(NR_WRITEBACK),
6100                 global_node_page_state_pages(NR_SLAB_RECLAIMABLE_B),
6101                 global_node_page_state_pages(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE_B),
6102                 global_node_page_state(NR_FILE_MAPPED),
6103                 global_node_page_state(NR_SHMEM),
6104                 global_node_page_state(NR_PAGETABLE),
6105                 global_zone_page_state(NR_BOUNCE),
6106                 global_node_page_state(NR_KERNEL_MISC_RECLAIMABLE),
6107                 global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES),
6108                 free_pcp,
6109                 global_zone_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
6110
6111         for_each_online_pgdat(pgdat) {
6112                 if (show_mem_node_skip(filter, pgdat->node_id, nodemask))
6113                         continue;
6114
6115                 printk("Node %d"
6116                         " active_anon:%lukB"
6117                         " inactive_anon:%lukB"
6118                         " active_file:%lukB"
6119                         " inactive_file:%lukB"
6120                         " unevictable:%lukB"
6121                         " isolated(anon):%lukB"
6122                         " isolated(file):%lukB"
6123                         " mapped:%lukB"
6124                         " dirty:%lukB"
6125                         " writeback:%lukB"
6126                         " shmem:%lukB"
6127 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
6128                         " shmem_thp: %lukB"
6129                         " shmem_pmdmapped: %lukB"
6130                         " anon_thp: %lukB"
6131 #endif
6132                         " writeback_tmp:%lukB"
6133                         " kernel_stack:%lukB"
6134 #ifdef CONFIG_SHADOW_CALL_STACK
6135                         " shadow_call_stack:%lukB"
6136 #endif
6137                         " pagetables:%lukB"
6138                         " all_unreclaimable? %s"
6139                         "\n",
6140                         pgdat->node_id,
6141                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_ANON)),
6142                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON)),
6143                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE)),
6144                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE)),
6145                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNEVICTABLE)),
6146                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON)),
6147                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_FILE)),
6148                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_MAPPED)),
6149                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_DIRTY)),
6150                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK)),
6151                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM)),
6152 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
6153                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_THPS)),
6154                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_PMDMAPPED)),
6155                         K(node_page_state(pgdat, NR_ANON_THPS)),
6156 #endif
6157                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK_TEMP)),
6158                         node_page_state(pgdat, NR_KERNEL_STACK_KB),
6159 #ifdef CONFIG_SHADOW_CALL_STACK
6160                         node_page_state(pgdat, NR_KERNEL_SCS_KB),
6161 #endif
6162                         K(node_page_state(pgdat, NR_PAGETABLE)),
6163                         pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES ?
6164                                 "yes" : "no");
6165         }
6166
6167         for_each_populated_zone(zone) {
6168                 int i;
6169
6170                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
6171                         continue;
6172
6173                 free_pcp = 0;
6174                 for_each_online_cpu(cpu)
6175                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu)->count;
6176
6177                 show_node(zone);
6178                 printk(KERN_CONT
6179                         "%s"
6180                         " free:%lukB"
6181                         " boost:%lukB"
6182                         " min:%lukB"
6183                         " low:%lukB"
6184                         " high:%lukB"
6185                         " reserved_highatomic:%luKB"
6186                         " active_anon:%lukB"
6187                         " inactive_anon:%lukB"
6188                         " active_file:%lukB"
6189                         " inactive_file:%lukB"
6190                         " unevictable:%lukB"
6191                         " writepending:%lukB"
6192                         " present:%lukB"
6193                         " managed:%lukB"
6194                         " mlocked:%lukB"
6195                         " bounce:%lukB"
6196                         " free_pcp:%lukB"
6197                         " local_pcp:%ukB"
6198                         " free_cma:%lukB"
6199                         "\n",
6200                         zone->name,
6201                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
6202                         K(zone->watermark_boost),
6203                         K(min_wmark_pages(zone)),
6204                         K(low_wmark_pages(zone)),
6205                         K(high_wmark_pages(zone)),
6206                         K(zone->nr_reserved_highatomic),
6207                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_ANON)),
6208                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_ANON)),
6209                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_FILE)),
6210                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_FILE)),
6211                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_UNEVICTABLE)),
6212                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_WRITE_PENDING)),
6213                         K(zone->present_pages),
6214                         K(zone_managed_pages(zone)),
6215                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
6216                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
6217                         K(free_pcp),
6218                         K(this_cpu_read(zone->per_cpu_pageset->count)),
6219                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)));
6220                 printk("lowmem_reserve[]:");
6221                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
6222                         printk(KERN_CONT " %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
6223                 printk(KERN_CONT "\n");
6224         }
6225
6226         for_each_populated_zone(zone) {
6227                 unsigned int order;
6228                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, total = 0;
6229                 unsigned char types[MAX_ORDER];
6230
6231                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
6232                         continue;
6233                 show_node(zone);
6234                 printk(KERN_CONT "%s: ", zone->name);
6235
6236                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6237                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
6238                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
6239                         int type;
6240
6241                         nr[order] = area->nr_free;
6242                         total += nr[order] << order;
6243
6244                         types[order] = 0;
6245                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
6246                                 if (!free_area_empty(area, type))
6247                                         types[order] |= 1 << type;
6248                         }
6249                 }
6250                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6251                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
6252                         printk(KERN_CONT "%lu*%lukB ",
6253                                nr[order], K(1UL) << order);
6254                         if (nr[order])
6255                                 show_migration_types(types[order]);
6256                 }
6257                 printk(KERN_CONT "= %lukB\n", K(total));
6258         }
6259
6260         for_each_online_node(nid) {
6261                 if (show_mem_node_skip(filter, nid, nodemask))
6262                         continue;
6263                 hugetlb_show_meminfo_node(nid);
6264         }
6265
6266         printk("%ld total pagecache pages\n", global_node_page_state(NR_FILE_PAGES));
6267
6268         show_swap_cache_info();
6269 }
6270
6271 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
6272 {
6273         zoneref->zone = zone;
6274         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
6275 }
6276
6277 /*
6278  * Builds allocation fallback zone lists.
6279  *
6280  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
6281  */
6282 static int build_zonerefs_node(pg_data_t *pgdat, struct zoneref *zonerefs)
6283 {
6284         struct zone *zone;
6285         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
6286         int nr_zones = 0;
6287
6288         do {
6289                 zone_type--;
6290                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
6291                 if (populated_zone(zone)) {
6292                         zoneref_set_zone(zone, &zonerefs[nr_zones++]);
6293                         check_highest_zone(zone_type);
6294                 }
6295         } while (zone_type);
6296
6297         return nr_zones;
6298 }
6299
6300 #ifdef CONFIG_NUMA
6301
6302 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
6303 {
6304         /*
6305          * We used to support different zonelists modes but they turned
6306          * out to be just not useful. Let's keep the warning in place
6307          * if somebody still use the cmd line parameter so that we do
6308          * not fail it silently
6309          */
6310         if (!(*s == 'd' || *s == 'D' || *s == 'n' || *s == 'N')) {
6311                 pr_warn("Ignoring unsupported numa_zonelist_order value:  %s\n", s);
6312                 return -EINVAL;
6313         }
6314         return 0;
6315 }
6316
6317 char numa_zonelist_order[] = "Node";
6318
6319 /*
6320  * sysctl handler for numa_zonelist_order
6321  */
6322 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
6323                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6324 {
6325         if (write)
6326                 return __parse_numa_zonelist_order(buffer);
6327         return proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
6328 }
6329
6330
6331 static int node_load[MAX_NUMNODES];
6332
6333 /**
6334  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
6335  * @node: node whose fallback list we're appending
6336  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
6337  *
6338  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
6339  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
6340  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
6341  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
6342  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
6343  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
6344  * on them otherwise.
6345  *
6346  * Return: node id of the found node or %NUMA_NO_NODE if no node is found.
6347  */
6348 int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
6349 {
6350         int n, val;
6351         int min_val = INT_MAX;
6352         int best_node = NUMA_NO_NODE;
6353
6354         /* Use the local node if we haven't already */
6355         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
6356                 node_set(node, *used_node_mask);
6357                 return node;
6358         }
6359
6360         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
6361
6362                 /* Don't want a node to appear more than once */
6363                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
6364                         continue;
6365
6366                 /* Use the distance array to find the distance */
6367                 val = node_distance(node, n);
6368
6369                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
6370                 val += (n < node);
6371
6372                 /* Give preference to headless and unused nodes */
6373                 if (!cpumask_empty(cpumask_of_node(n)))
6374                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
6375
6376                 /* Slight preference for less loaded node */
6377                 val *= MAX_NUMNODES;
6378                 val += node_load[n];
6379
6380                 if (val < min_val) {
6381                         min_val = val;
6382                         best_node = n;
6383                 }
6384         }
6385
6386         if (best_node >= 0)
6387                 node_set(best_node, *used_node_mask);
6388
6389         return best_node;
6390 }
6391
6392
6393 /*
6394  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
6395  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
6396  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
6397  */
6398 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int *node_order,
6399                 unsigned nr_nodes)
6400 {
6401         struct zoneref *zonerefs;
6402         int i;
6403
6404         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
6405
6406         for (i = 0; i < nr_nodes; i++) {
6407                 int nr_zones;
6408
6409                 pg_data_t *node = NODE_DATA(node_order[i]);
6410
6411                 nr_zones = build_zonerefs_node(node, zonerefs);
6412                 zonerefs += nr_zones;
6413         }
6414         zonerefs->zone = NULL;
6415         zonerefs->zone_idx = 0;
6416 }
6417
6418 /*
6419  * Build gfp_thisnode zonelists
6420  */
6421 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
6422 {
6423         struct zoneref *zonerefs;
6424         int nr_zones;
6425
6426         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_NOFALLBACK]._zonerefs;
6427         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
6428         zonerefs += nr_zones;
6429         zonerefs->zone = NULL;
6430         zonerefs->zone_idx = 0;
6431 }
6432
6433 /*
6434  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
6435  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
6436  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
6437  * may still exist in local DMA zone.
6438  */
6439
6440 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
6441 {
6442         static int node_order[MAX_NUMNODES];
6443         int node, nr_nodes = 0;
6444         nodemask_t used_mask = NODE_MASK_NONE;
6445         int local_node, prev_node;
6446
6447         /* NUMA-aware ordering of nodes */
6448         local_node = pgdat->node_id;
6449         prev_node = local_node;
6450
6451         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
6452         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
6453                 /*
6454                  * We don't want to pressure a particular node.
6455                  * So adding penalty to the first node in same
6456                  * distance group to make it round-robin.
6457                  */
6458                 if (node_distance(local_node, node) !=
6459                     node_distance(local_node, prev_node))
6460                         node_load[node] += 1;
6461
6462                 node_order[nr_nodes++] = node;
6463                 prev_node = node;
6464         }
6465
6466         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node_order, nr_nodes);
6467         build_thisnode_zonelists(pgdat);
6468         pr_info("Fallback order for Node %d: ", local_node);
6469         for (node = 0; node < nr_nodes; node++)
6470                 pr_cont("%d ", node_order[node]);
6471         pr_cont("\n");
6472 }
6473
6474 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
6475 /*
6476  * Return node id of node used for "local" allocations.
6477  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
6478  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
6479  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
6480  */
6481 int local_memory_node(int node)
6482 {
6483         struct zoneref *z;
6484
6485         z = first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
6486                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
6487                                    NULL);
6488         return zone_to_nid(z->zone);
6489 }
6490 #endif
6491
6492 static void setup_min_unmapped_ratio(void);
6493 static void setup_min_slab_ratio(void);
6494 #else   /* CONFIG_NUMA */
6495
6496 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
6497 {
6498         int node, local_node;
6499         struct zoneref *zonerefs;
6500         int nr_zones;
6501
6502         local_node = pgdat->node_id;
6503
6504         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
6505         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
6506         zonerefs += nr_zones;
6507
6508         /*
6509          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
6510          * of all the other nodes.
6511          * We don't want to pressure a particular node, so when
6512          * building the zones for node N, we make sure that the
6513          * zones coming right after the local ones are those from
6514          * node N+1 (modulo N)
6515          */
6516         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
6517                 if (!node_online(node))
6518                         continue;
6519                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
6520                 zonerefs += nr_zones;
6521         }
6522         for (node = 0; node < local_node; node++) {
6523                 if (!node_online(node))
6524                         continue;
6525                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
6526                 zonerefs += nr_zones;
6527         }
6528
6529         zonerefs->zone = NULL;
6530         zonerefs->zone_idx = 0;
6531 }
6532
6533 #endif  /* CONFIG_NUMA */
6534
6535 /*
6536  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
6537  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
6538  * that an item put on a list will immediately be handed over to
6539  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
6540  * with interrupts disabled.
6541  *
6542  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
6543  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
6544  * hotplugged processors.
6545  *
6546  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
6547  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
6548  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
6549  */
6550 static void per_cpu_pages_init(struct per_cpu_pages *pcp, struct per_cpu_zonestat *pzstats);
6551 /* These effectively disable the pcplists in the boot pageset completely */
6552 #define BOOT_PAGESET_HIGH       0
6553 #define BOOT_PAGESET_BATCH      1
6554 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pages, boot_pageset);
6555 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_zonestat, boot_zonestats);
6556 DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_nodestat, boot_nodestats);
6557
6558 static void __build_all_zonelists(void *data)
6559 {
6560         int nid;
6561         int __maybe_unused cpu;
6562         pg_data_t *self = data;
6563
6564         write_seqlock(&zonelist_update_seq);
6565
6566 #ifdef CONFIG_NUMA
6567         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
6568 #endif
6569
6570         /*
6571          * This node is hotadded and no memory is yet present.   So just
6572          * building zonelists is fine - no need to touch other nodes.
6573          */
6574         if (self && !node_online(self->node_id)) {
6575                 build_zonelists(self);
6576         } else {
6577                 /*
6578                  * All possible nodes have pgdat preallocated
6579                  * in free_area_init
6580                  */
6581                 for_each_node(nid) {
6582                         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6583
6584                         build_zonelists(pgdat);
6585                 }
6586
6587 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
6588                 /*
6589                  * We now know the "local memory node" for each node--
6590                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
6591                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
6592                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
6593                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
6594                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
6595                  */
6596                 for_each_online_cpu(cpu)
6597                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
6598 #endif
6599         }
6600
6601         write_sequnlock(&zonelist_update_seq);
6602 }
6603
6604 static noinline void __init
6605 build_all_zonelists_init(void)
6606 {
6607         int cpu;
6608
6609         __build_all_zonelists(NULL);
6610
6611         /*
6612          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
6613          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
6614          * each zone will be allocated later when the per cpu
6615          * allocator is available.
6616          *
6617          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
6618          * cpus if the system is already booted because the pagesets
6619          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
6620          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
6621          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
6622          * (a chicken-egg dilemma).
6623          */
6624         for_each_possible_cpu(cpu)
6625                 per_cpu_pages_init(&per_cpu(boot_pageset, cpu), &per_cpu(boot_zonestats, cpu));
6626
6627         mminit_verify_zonelist();
6628         cpuset_init_current_mems_allowed();
6629 }
6630
6631 /*
6632  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
6633  *
6634  * __ref due to call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
6635  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
6636  */
6637 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat)
6638 {
6639         unsigned long vm_total_pages;
6640
6641         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
6642                 build_all_zonelists_init();
6643         } else {
6644                 __build_all_zonelists(pgdat);
6645                 /* cpuset refresh routine should be here */
6646         }
6647         /* Get the number of free pages beyond high watermark in all zones. */
6648         vm_total_pages = nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
6649         /*
6650          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
6651          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
6652          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
6653          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
6654          * disabled and enable it later
6655          */
6656         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
6657                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
6658         else
6659                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
6660
6661         pr_info("Built %u zonelists, mobility grouping %s.  Total pages: %ld\n",
6662                 nr_online_nodes,
6663                 page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
6664                 vm_total_pages);
6665 #ifdef CONFIG_NUMA
6666         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
6667 #endif
6668 }
6669
6670 /* If zone is ZONE_MOVABLE but memory is mirrored, it is an overlapped init */
6671 static bool __meminit
6672 overlap_memmap_init(unsigned long zone, unsigned long *pfn)
6673 {
6674         static struct memblock_region *r;
6675
6676         if (mirrored_kernelcore && zone == ZONE_MOVABLE) {
6677                 if (!r || *pfn >= memblock_region_memory_end_pfn(r)) {
6678                         for_each_mem_region(r) {
6679                                 if (*pfn < memblock_region_memory_end_pfn(r))
6680                                         break;
6681                         }
6682                 }
6683                 if (*pfn >= memblock_region_memory_base_pfn(r) &&
6684                     memblock_is_mirror(r)) {
6685                         *pfn = memblock_region_memory_end_pfn(r);
6686                         return true;
6687                 }
6688         }
6689         return false;
6690 }
6691
6692 /*
6693  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
6694  * up by memblock_free_all() once the early boot process is
6695  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
6696  *
6697  * All aligned pageblocks are initialized to the specified migratetype
6698  * (usually MIGRATE_MOVABLE). Besides setting the migratetype, no related
6699  * zone stats (e.g., nr_isolate_pageblock) are touched.
6700  */
6701 void __meminit memmap_init_range(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
6702                 unsigned long start_pfn, unsigned long zone_end_pfn,
6703                 enum meminit_context context,
6704                 struct vmem_altmap *altmap, int migratetype)
6705 {
6706         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + size;
6707         struct page *page;
6708
6709         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
6710                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
6711
6712 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
6713         /*
6714          * Honor reservation requested by the driver for this ZONE_DEVICE
6715          * memory. We limit the total number of pages to initialize to just
6716          * those that might contain the memory mapping. We will defer the
6717          * ZONE_DEVICE page initialization until after we have released
6718          * the hotplug lock.
6719          */
6720         if (zone == ZONE_DEVICE) {
6721                 if (!altmap)
6722                         return;
6723
6724                 if (start_pfn == altmap->base_pfn)
6725                         start_pfn += altmap->reserve;
6726                 end_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
6727         }
6728 #endif
6729
6730         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; ) {
6731                 /*
6732                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s handed to this
6733                  * function.  They do not exist on hotplugged memory.
6734                  */
6735                 if (context == MEMINIT_EARLY) {
6736                         if (overlap_memmap_init(zone, &pfn))
6737                                 continue;
6738                         if (defer_init(nid, pfn, zone_end_pfn))
6739                                 break;
6740                 }
6741
6742                 page = pfn_to_page(pfn);
6743                 __init_single_page(page, pfn, zone, nid);
6744                 if (context == MEMINIT_HOTPLUG)
6745                         __SetPageReserved(page);
6746
6747                 /*
6748                  * Usually, we want to mark the pageblock MIGRATE_MOVABLE,
6749                  * such that unmovable allocations won't be scattered all
6750                  * over the place during system boot.
6751                  */
6752                 if (IS_ALIGNED(pfn, pageblock_nr_pages)) {
6753                         set_pageblock_migratetype(page, migratetype);
6754                         cond_resched();
6755                 }
6756                 pfn++;
6757         }
6758 }
6759
6760 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
6761 static void __ref __init_zone_device_page(struct page *page, unsigned long pfn,
6762                                           unsigned long zone_idx, int nid,
6763                                           struct dev_pagemap *pgmap)
6764 {
6765
6766         __init_single_page(page, pfn, zone_idx, nid);
6767
6768         /*
6769          * Mark page reserved as it will need to wait for onlining
6770          * phase for it to be fully associated with a zone.
6771          *
6772          * We can use the non-atomic __set_bit operation for setting
6773          * the flag as we are still initializing the pages.
6774          */
6775         __SetPageReserved(page);
6776
6777         /*
6778          * ZONE_DEVICE pages union ->lru with a ->pgmap back pointer
6779          * and zone_device_data.  It is a bug if a ZONE_DEVICE page is
6780          * ever freed or placed on a driver-private list.
6781          */
6782         page->pgmap = pgmap;
6783         page->zone_device_data = NULL;
6784
6785         /*
6786          * Mark the block movable so that blocks are reserved for
6787          * movable at startup. This will force kernel allocations
6788          * to reserve their blocks rather than leaking throughout
6789          * the address space during boot when many long-lived
6790          * kernel allocations are made.
6791          *
6792          * Please note that MEMINIT_HOTPLUG path doesn't clear memmap
6793          * because this is done early in section_activate()
6794          */
6795         if (IS_ALIGNED(pfn, pageblock_nr_pages)) {
6796                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
6797                 cond_resched();
6798         }
6799 }
6800
6801 /*
6802  * With compound page geometry and when struct pages are stored in ram most
6803  * tail pages are reused. Consequently, the amount of unique struct pages to
6804  * initialize is a lot smaller that the total amount of struct pages being
6805  * mapped. This is a paired / mild layering violation with explicit knowledge
6806  * of how the sparse_vmemmap internals handle compound pages in the lack
6807  * of an altmap. See vmemmap_populate_compound_pages().
6808  */
6809 static inline unsigned long compound_nr_pages(struct vmem_altmap *altmap,
6810                                               unsigned long nr_pages)
6811 {
6812         return is_power_of_2(sizeof(struct page)) &&
6813                 !altmap ? 2 * (PAGE_SIZE / sizeof(struct page)) : nr_pages;
6814 }
6815
6816 static void __ref memmap_init_compound(struct page *head,
6817                                        unsigned long head_pfn,
6818                                        unsigned long zone_idx, int nid,
6819                                        struct dev_pagemap *pgmap,
6820                                        unsigned long nr_pages)
6821 {
6822         unsigned long pfn, end_pfn = head_pfn + nr_pages;
6823         unsigned int order = pgmap->vmemmap_shift;
6824
6825         __SetPageHead(head);
6826         for (pfn = head_pfn + 1; pfn < end_pfn; pfn++) {
6827                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
6828
6829                 __init_zone_device_page(page, pfn, zone_idx, nid, pgmap);
6830                 prep_compound_tail(head, pfn - head_pfn);
6831                 set_page_count(page, 0);
6832
6833                 /*
6834                  * The first tail page stores compound_mapcount_ptr() and
6835                  * compound_order() and the second tail page stores
6836                  * compound_pincount_ptr(). Call prep_compound_head() after
6837                  * the first and second tail pages have been initialized to
6838                  * not have the data overwritten.
6839                  */
6840                 if (pfn == head_pfn + 2)
6841                         prep_compound_head(head, order);
6842         }
6843 }
6844
6845 void __ref memmap_init_zone_device(struct zone *zone,
6846                                    unsigned long start_pfn,
6847                                    unsigned long nr_pages,
6848                                    struct dev_pagemap *pgmap)
6849 {
6850         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + nr_pages;
6851         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
6852         struct vmem_altmap *altmap = pgmap_altmap(pgmap);
6853         unsigned int pfns_per_compound = pgmap_vmemmap_nr(pgmap);
6854         unsigned long zone_idx = zone_idx(zone);
6855         unsigned long start = jiffies;
6856         int nid = pgdat->node_id;
6857
6858         if (WARN_ON_ONCE(!pgmap || zone_idx(zone) != ZONE_DEVICE))
6859                 return;
6860
6861         /*
6862          * The call to memmap_init should have already taken care
6863          * of the pages reserved for the memmap, so we can just jump to
6864          * the end of that region and start processing the device pages.
6865          */
6866         if (altmap) {
6867                 start_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
6868                 nr_pages = end_pfn - start_pfn;
6869         }
6870
6871         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn += pfns_per_compound) {
6872                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
6873
6874                 __init_zone_device_page(page, pfn, zone_idx, nid, pgmap);
6875
6876                 if (pfns_per_compound == 1)
6877                         continue;
6878
6879                 memmap_init_compound(page, pfn, zone_idx, nid, pgmap,
6880                                      compound_nr_pages(altmap, pfns_per_compound));
6881         }
6882
6883         pr_info("%s initialised %lu pages in %ums\n", __func__,
6884                 nr_pages, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
6885 }
6886
6887 #endif
6888 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
6889 {
6890         unsigned int order, t;
6891         for_each_migratetype_order(order, t) {
6892                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
6893                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
6894         }
6895 }
6896
6897 /*
6898  * Only struct pages that correspond to ranges defined by memblock.memory
6899  * are zeroed and initialized by going through __init_single_page() during
6900  * memmap_init_zone_range().
6901  *
6902  * But, there could be struct pages that correspond to holes in
6903  * memblock.memory. This can happen because of the following reasons:
6904  * - physical memory bank size is not necessarily the exact multiple of the
6905  *   arbitrary section size
6906  * - early reserved memory may not be listed in memblock.memory
6907  * - memory layouts defined with memmap= kernel parameter may not align
6908  *   nicely with memmap sections
6909  *
6910  * Explicitly initialize those struct pages so that:
6911  * - PG_Reserved is set
6912  * - zone and node links point to zone and node that span the page if the
6913  *   hole is in the middle of a zone
6914  * - zone and node links point to adjacent zone/node if the hole falls on
6915  *   the zone boundary; the pages in such holes will be prepended to the
6916  *   zone/node above the hole except for the trailing pages in the last
6917  *   section that will be appended to the zone/node below.
6918  */
6919 static void __init init_unavailable_range(unsigned long spfn,
6920                                           unsigned long epfn,
6921                                           int zone, int node)
6922 {
6923         unsigned long pfn;
6924         u64 pgcnt = 0;
6925
6926         for (pfn = spfn; pfn < epfn; pfn++) {
6927                 if (!pfn_valid(ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages))) {
6928                         pfn = ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages)
6929                                 + pageblock_nr_pages - 1;
6930                         continue;
6931                 }
6932                 __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zone, node);
6933                 __SetPageReserved(pfn_to_page(pfn));
6934                 pgcnt++;
6935         }
6936
6937         if (pgcnt)
6938                 pr_info("On node %d, zone %s: %lld pages in unavailable ranges",
6939                         node, zone_names[zone], pgcnt);
6940 }
6941
6942 static void __init memmap_init_zone_range(struct zone *zone,
6943                                           unsigned long start_pfn,
6944                                           unsigned long end_pfn,
6945                                           unsigned long *hole_pfn)
6946 {
6947         unsigned long zone_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
6948         unsigned long zone_end_pfn = zone_start_pfn + zone->spanned_pages;
6949         int nid = zone_to_nid(zone), zone_id = zone_idx(zone);
6950
6951         start_pfn = clamp(start_pfn, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6952         end_pfn = clamp(end_pfn, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6953
6954         if (start_pfn >= end_pfn)
6955                 return;
6956
6957         memmap_init_range(end_pfn - start_pfn, nid, zone_id, start_pfn,
6958                           zone_end_pfn, MEMINIT_EARLY, NULL, MIGRATE_MOVABLE);
6959
6960         if (*hole_pfn < start_pfn)
6961                 init_unavailable_range(*hole_pfn, start_pfn, zone_id, nid);
6962
6963         *hole_pfn = end_pfn;
6964 }
6965
6966 static void __init memmap_init(void)
6967 {
6968         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6969         unsigned long hole_pfn = 0;
6970         int i, j, zone_id = 0, nid;
6971
6972         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
6973                 struct pglist_data *node = NODE_DATA(nid);
6974
6975                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6976                         struct zone *zone = node->node_zones + j;
6977
6978                         if (!populated_zone(zone))
6979                                 continue;
6980
6981                         memmap_init_zone_range(zone, start_pfn, end_pfn,
6982                                                &hole_pfn);
6983                         zone_id = j;
6984                 }
6985         }
6986
6987 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
6988         /*
6989          * Initialize the memory map for hole in the range [memory_end,
6990          * section_end].
6991          * Append the pages in this hole to the highest zone in the last
6992          * node.
6993          * The call to init_unavailable_range() is outside the ifdef to
6994          * silence the compiler warining about zone_id set but not used;
6995          * for FLATMEM it is a nop anyway
6996          */
6997         end_pfn = round_up(end_pfn, PAGES_PER_SECTION);
6998         if (hole_pfn < end_pfn)
6999 #endif
7000                 init_unavailable_range(hole_pfn, end_pfn, zone_id, nid);
7001 }
7002
7003 void __init *memmap_alloc(phys_addr_t size, phys_addr_t align,
7004                           phys_addr_t min_addr, int nid, bool exact_nid)
7005 {
7006         void *ptr;
7007
7008         if (exact_nid)
7009                 ptr = memblock_alloc_exact_nid_raw(size, align, min_addr,
7010                                                    MEMBLOCK_ALLOC_ACCESSIBLE,
7011                                                    nid);
7012         else
7013                 ptr = memblock_alloc_try_nid_raw(size, align, min_addr,
7014                                                  MEMBLOCK_ALLOC_ACCESSIBLE,
7015                                                  nid);
7016
7017         if (ptr && size > 0)
7018                 page_init_poison(ptr, size);
7019
7020         return ptr;
7021 }
7022
7023 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
7024 {
7025 #ifdef CONFIG_MMU
7026         int batch;
7027
7028         /*
7029          * The number of pages to batch allocate is either ~0.1%
7030          * of the zone or 1MB, whichever is smaller. The batch
7031          * size is striking a balance between allocation latency
7032          * and zone lock contention.
7033          */
7034         batch = min(zone_managed_pages(zone) >> 10, (1024 * 1024) / PAGE_SIZE);
7035         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
7036         if (batch < 1)
7037                 batch = 1;
7038
7039         /*
7040          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
7041          * of 2 value was found to be more likely to have
7042          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
7043          *
7044          * For example if 2 tasks are alternately allocating
7045          * batches of pages, one task can end up with a lot
7046          * of pages of one half of the possible page colors
7047          * and the other with pages of the other colors.
7048          */
7049         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
7050
7051         return batch;
7052
7053 #else
7054         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
7055          * conditions.
7056          *
7057          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
7058          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
7059          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
7060          *
7061          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
7062          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
7063          * can be a significant delay between the individual batches being
7064          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
7065          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
7066          */
7067         return 0;
7068 #endif
7069 }
7070
7071 static int zone_highsize(struct zone *zone, int batch, int cpu_online)
7072 {
7073 #ifdef CONFIG_MMU
7074         int high;
7075         int nr_split_cpus;
7076         unsigned long total_pages;
7077
7078         if (!percpu_pagelist_high_fraction) {
7079                 /*
7080                  * By default, the high value of the pcp is based on the zone
7081                  * low watermark so that if they are full then background
7082                  * reclaim will not be started prematurely.
7083                  */
7084                 total_pages = low_wmark_pages(zone);
7085         } else {
7086                 /*
7087                  * If percpu_pagelist_high_fraction is configured, the high
7088                  * value is based on a fraction of the managed pages in the
7089                  * zone.
7090                  */
7091                 total_pages = zone_managed_pages(zone) / percpu_pagelist_high_fraction;
7092         }
7093
7094         /*
7095          * Split the high value across all online CPUs local to the zone. Note
7096          * that early in boot that CPUs may not be online yet and that during
7097          * CPU hotplug that the cpumask is not yet updated when a CPU is being
7098          * onlined. For memory nodes that have no CPUs, split pcp->high across
7099          * all online CPUs to mitigate the risk that reclaim is triggered
7100          * prematurely due to pages stored on pcp lists.
7101          */
7102         nr_split_cpus = cpumask_weight(cpumask_of_node(zone_to_nid(zone))) + cpu_online;
7103         if (!nr_split_cpus)
7104                 nr_split_cpus = num_online_cpus();
7105         high = total_pages / nr_split_cpus;
7106
7107         /*
7108          * Ensure high is at least batch*4. The multiple is based on the
7109          * historical relationship between high and batch.
7110          */
7111         high = max(high, batch << 2);
7112
7113         return high;
7114 #else
7115         return 0;
7116 #endif
7117 }
7118
7119 /*
7120  * pcp->high and pcp->batch values are related and generally batch is lower
7121  * than high. They are also related to pcp->count such that count is lower
7122  * than high, and as soon as it reaches high, the pcplist is flushed.
7123  *
7124  * However, guaranteeing these relations at all times would require e.g. write
7125  * barriers here but also careful usage of read barriers at the read side, and
7126  * thus be prone to error and bad for performance. Thus the update only prevents
7127  * store tearing. Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they
7128  * can cope with those fields changing asynchronously, and fully trust only the
7129  * pcp->count field on the local CPU with interrupts disabled.
7130  *
7131  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
7132  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
7133  * exist).
7134  */
7135 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
7136                 unsigned long batch)
7137 {
7138         WRITE_ONCE(pcp->batch, batch);
7139         WRITE_ONCE(pcp->high, high);
7140 }
7141
7142 static void per_cpu_pages_init(struct per_cpu_pages *pcp, struct per_cpu_zonestat *pzstats)
7143 {
7144         int pindex;
7145
7146         memset(pcp, 0, sizeof(*pcp));
7147         memset(pzstats, 0, sizeof(*pzstats));
7148
7149         spin_lock_init(&pcp->lock);
7150         for (pindex = 0; pindex < NR_PCP_LISTS; pindex++)
7151                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[pindex]);
7152
7153         /*
7154          * Set batch and high values safe for a boot pageset. A true percpu
7155          * pageset's initialization will update them subsequently. Here we don't
7156          * need to be as careful as pageset_update() as nobody can access the
7157          * pageset yet.
7158          */
7159         pcp->high = BOOT_PAGESET_HIGH;
7160         pcp->batch = BOOT_PAGESET_BATCH;
7161         pcp->free_factor = 0;
7162 }
7163
7164 static void __zone_set_pageset_high_and_batch(struct zone *zone, unsigned long high,
7165                 unsigned long batch)
7166 {
7167         struct per_cpu_pages *pcp;
7168         int cpu;
7169
7170         for_each_possible_cpu(cpu) {
7171                 pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
7172                 pageset_update(pcp, high, batch);
7173         }
7174 }
7175
7176 /*
7177  * Calculate and set new high and batch values for all per-cpu pagesets of a
7178  * zone based on the zone's size.
7179  */
7180 static void zone_set_pageset_high_and_batch(struct zone *zone, int cpu_online)
7181 {
7182         int new_high, new_batch;
7183
7184         new_batch = max(1, zone_batchsize(zone));
7185         new_high = zone_highsize(zone, new_batch, cpu_online);
7186
7187         if (zone->pageset_high == new_high &&
7188             zone->pageset_batch == new_batch)
7189                 return;
7190
7191         zone->pageset_high = new_high;
7192         zone->pageset_batch = new_batch;
7193
7194         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, new_high, new_batch);
7195 }
7196
7197 void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
7198 {
7199         int cpu;
7200
7201         /* Size may be 0 on !SMP && !NUMA */
7202         if (sizeof(struct per_cpu_zonestat) > 0)
7203                 zone->per_cpu_zonestats = alloc_percpu(struct per_cpu_zonestat);
7204
7205         zone->per_cpu_pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pages);
7206         for_each_possible_cpu(cpu) {
7207                 struct per_cpu_pages *pcp;
7208                 struct per_cpu_zonestat *pzstats;
7209
7210                 pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
7211                 pzstats = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_zonestats, cpu);
7212                 per_cpu_pages_init(pcp, pzstats);
7213         }
7214
7215         zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0);
7216 }
7217
7218 /*
7219  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
7220  * Before this call only boot pagesets were available.
7221  */
7222 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
7223 {
7224         struct pglist_data *pgdat;
7225         struct zone *zone;
7226         int __maybe_unused cpu;
7227
7228         for_each_populated_zone(zone)
7229                 setup_zone_pageset(zone);
7230
7231 #ifdef CONFIG_NUMA
7232         /*
7233          * Unpopulated zones continue using the boot pagesets.
7234          * The numa stats for these pagesets need to be reset.
7235          * Otherwise, they will end up skewing the stats of
7236          * the nodes these zones are associated with.
7237          */
7238         for_each_possible_cpu(cpu) {
7239                 struct per_cpu_zonestat *pzstats = &per_cpu(boot_zonestats, cpu);
7240                 memset(pzstats->vm_numa_event, 0,
7241                        sizeof(pzstats->vm_numa_event));
7242         }
7243 #endif
7244
7245         for_each_online_pgdat(pgdat)
7246                 pgdat->per_cpu_nodestats =
7247                         alloc_percpu(struct per_cpu_nodestat);
7248 }
7249
7250 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
7251 {
7252         /*
7253          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
7254          * relies on the ability of the linker to provide the
7255          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
7256          */
7257         zone->per_cpu_pageset = &boot_pageset;
7258         zone->per_cpu_zonestats = &boot_zonestats;
7259         zone->pageset_high = BOOT_PAGESET_HIGH;
7260         zone->pageset_batch = BOOT_PAGESET_BATCH;
7261
7262         if (populated_zone(zone))
7263                 pr_debug("  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n", zone->name,
7264                          zone->present_pages, zone_batchsize(zone));
7265 }
7266
7267 void __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
7268                                         unsigned long zone_start_pfn,
7269                                         unsigned long size)
7270 {
7271         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
7272         int zone_idx = zone_idx(zone) + 1;
7273
7274         if (zone_idx > pgdat->nr_zones)
7275                 pgdat->nr_zones = zone_idx;
7276
7277         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
7278
7279         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
7280                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
7281                         pgdat->node_id,
7282                         (unsigned long)zone_idx(zone),
7283                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
7284
7285         zone_init_free_lists(zone);
7286         zone->initialized = 1;
7287 }
7288
7289 /**
7290  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
7291  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
7292  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
7293  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
7294  *
7295  * It returns the start and end page frame of a node based on information
7296  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
7297  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
7298  * PFNs will be 0.
7299  */
7300 void __init get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
7301                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
7302 {
7303         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
7304         int i;
7305
7306         *start_pfn = -1UL;
7307         *end_pfn = 0;
7308
7309         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
7310                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
7311                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
7312         }
7313
7314         if (*start_pfn == -1UL)
7315                 *start_pfn = 0;
7316 }
7317
7318 /*
7319  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
7320  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
7321  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
7322  */
7323 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
7324 {
7325         int zone_index;
7326         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
7327                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
7328                         continue;
7329
7330                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
7331                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
7332                         break;
7333         }
7334
7335         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
7336         movable_zone = zone_index;
7337 }
7338
7339 /*
7340  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
7341  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
7342  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
7343  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
7344  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
7345  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
7346  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
7347  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
7348  */
7349 static void __init adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
7350                                         unsigned long zone_type,
7351                                         unsigned long node_start_pfn,
7352                                         unsigned long node_end_pfn,
7353                                         unsigned long *zone_start_pfn,
7354                                         unsigned long *zone_end_pfn)
7355 {
7356         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
7357         if (zone_movable_pfn[nid]) {
7358                 /* Size ZONE_MOVABLE */
7359                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
7360                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
7361                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
7362                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
7363
7364                 /* Adjust for ZONE_MOVABLE starting within this range */
7365                 } else if (!mirrored_kernelcore &&
7366                         *zone_start_pfn < zone_movable_pfn[nid] &&
7367                         *zone_end_pfn > zone_movable_pfn[nid]) {
7368                         *zone_end_pfn = zone_movable_pfn[nid];
7369
7370                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
7371                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
7372                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
7373         }
7374 }
7375
7376 /*
7377  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
7378  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
7379  */
7380 static unsigned long __init zone_spanned_pages_in_node(int nid,
7381                                         unsigned long zone_type,
7382                                         unsigned long node_start_pfn,
7383                                         unsigned long node_end_pfn,
7384                                         unsigned long *zone_start_pfn,
7385                                         unsigned long *zone_end_pfn)
7386 {
7387         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
7388         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
7389         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
7390         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
7391                 return 0;
7392
7393         /* Get the start and end of the zone */
7394         *zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
7395         *zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
7396         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
7397                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
7398                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
7399
7400         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
7401         if (*zone_end_pfn < node_start_pfn || *zone_start_pfn > node_end_pfn)
7402                 return 0;
7403
7404         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
7405         *zone_end_pfn = min(*zone_end_pfn, node_end_pfn);
7406         *zone_start_pfn = max(*zone_start_pfn, node_start_pfn);
7407
7408         /* Return the spanned pages */
7409         return *zone_end_pfn - *zone_start_pfn;
7410 }
7411
7412 /*
7413  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
7414  * then all holes in the requested range will be accounted for.
7415  */
7416 unsigned long __init __absent_pages_in_range(int nid,
7417                                 unsigned long range_start_pfn,
7418                                 unsigned long range_end_pfn)
7419 {
7420         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
7421         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7422         int i;
7423
7424         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
7425                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
7426                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
7427                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
7428         }
7429         return nr_absent;
7430 }
7431
7432 /**
7433  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
7434  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
7435  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
7436  *
7437  * Return: the number of pages frames in memory holes within a range.
7438  */
7439 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
7440                                                         unsigned long end_pfn)
7441 {
7442         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
7443 }
7444
7445 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
7446 static unsigned long __init zone_absent_pages_in_node(int nid,
7447                                         unsigned long zone_type,
7448                                         unsigned long node_start_pfn,
7449                                         unsigned long node_end_pfn)
7450 {
7451         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
7452         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
7453         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
7454         unsigned long nr_absent;
7455
7456         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
7457         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
7458                 return 0;
7459
7460         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
7461         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
7462
7463         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
7464                         node_start_pfn, node_end_pfn,
7465                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
7466         nr_absent = __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
7467
7468         /*
7469          * ZONE_MOVABLE handling.
7470          * Treat pages to be ZONE_MOVABLE in ZONE_NORMAL as absent pages
7471          * and vice versa.
7472          */
7473         if (mirrored_kernelcore && zone_movable_pfn[nid]) {
7474                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
7475                 struct memblock_region *r;
7476
7477                 for_each_mem_region(r) {
7478                         start_pfn = clamp(memblock_region_memory_base_pfn(r),
7479                                           zone_start_pfn, zone_end_pfn);
7480                         end_pfn = clamp(memblock_region_memory_end_pfn(r),
7481                                         zone_start_pfn, zone_end_pfn);
7482
7483                         if (zone_type == ZONE_MOVABLE &&
7484                             memblock_is_mirror(r))
7485                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
7486
7487                         if (zone_type == ZONE_NORMAL &&
7488                             !memblock_is_mirror(r))
7489                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
7490                 }
7491         }
7492
7493         return nr_absent;
7494 }
7495
7496 static void __init calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
7497                                                 unsigned long node_start_pfn,
7498                                                 unsigned long node_end_pfn)
7499 {
7500         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
7501         enum zone_type i;
7502
7503         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7504                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
7505                 unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
7506                 unsigned long spanned, absent;
7507                 unsigned long size, real_size;
7508
7509                 spanned = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
7510                                                      node_start_pfn,
7511                                                      node_end_pfn,
7512                                                      &zone_start_pfn,
7513                                                      &zone_end_pfn);
7514                 absent = zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
7515                                                    node_start_pfn,
7516                                                    node_end_pfn);
7517
7518                 size = spanned;
7519                 real_size = size - absent;
7520
7521                 if (size)
7522                         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
7523                 else
7524                         zone->zone_start_pfn = 0;
7525                 zone->spanned_pages = size;
7526                 zone->present_pages = real_size;
7527 #if defined(CONFIG_MEMORY_HOTPLUG)
7528                 zone->present_early_pages = real_size;
7529 #endif
7530
7531                 totalpages += size;
7532                 realtotalpages += real_size;
7533         }
7534
7535         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
7536         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
7537         pr_debug("On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id, realtotalpages);
7538 }
7539
7540 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
7541 /*
7542  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
7543  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
7544  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
7545  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
7546  * bytes.
7547  */
7548 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
7549 {
7550         unsigned long usemapsize;
7551
7552         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
7553         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
7554         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
7555         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
7556         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
7557
7558         return usemapsize / 8;
7559 }
7560
7561 static void __ref setup_usemap(struct zone *zone)
7562 {
7563         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone->zone_start_pfn,
7564                                                zone->spanned_pages);
7565         zone->pageblock_flags = NULL;
7566         if (usemapsize) {
7567                 zone->pageblock_flags =
7568                         memblock_alloc_node(usemapsize, SMP_CACHE_BYTES,
7569                                             zone_to_nid(zone));
7570                 if (!zone->pageblock_flags)
7571                         panic("Failed to allocate %ld bytes for zone %s pageblock flags on node %d\n",
7572                               usemapsize, zone->name, zone_to_nid(zone));
7573         }
7574 }
7575 #else
7576 static inline void setup_usemap(struct zone *zone) {}
7577 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
7578
7579 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
7580
7581 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
7582 void __init set_pageblock_order(void)
7583 {
7584         unsigned int order = MAX_ORDER - 1;
7585
7586         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
7587         if (pageblock_order)
7588                 return;
7589
7590         /* Don't let pageblocks exceed the maximum allocation granularity. */
7591         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT && HUGETLB_PAGE_ORDER < order)
7592                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
7593
7594         /*
7595          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
7596          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
7597          * powerpc.
7598          */
7599         pageblock_order = order;
7600 }
7601 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
7602
7603 /*
7604  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
7605  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
7606  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
7607  * the kernel config
7608  */
7609 void __init set_pageblock_order(void)
7610 {
7611 }
7612
7613 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
7614
7615 static unsigned long __init calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
7616                                                 unsigned long present_pages)
7617 {
7618         unsigned long pages = spanned_pages;
7619
7620         /*
7621          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
7622          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
7623          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
7624          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
7625          * populated regions may not be naturally aligned on page boundary.
7626          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
7627          */
7628         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
7629             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
7630                 pages = present_pages;
7631
7632         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
7633 }
7634
7635 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
7636 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat)
7637 {
7638         struct deferred_split *ds_queue = &pgdat->deferred_split_queue;
7639
7640         spin_lock_init(&ds_queue->split_queue_lock);
7641         INIT_LIST_HEAD(&ds_queue->split_queue);
7642         ds_queue->split_queue_len = 0;
7643 }
7644 #else
7645 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat) {}
7646 #endif
7647
7648 #ifdef CONFIG_COMPACTION
7649 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat)
7650 {
7651         init_waitqueue_head(&pgdat->kcompactd_wait);
7652 }
7653 #else
7654 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat) {}
7655 #endif
7656
7657 static void __meminit pgdat_init_internals(struct pglist_data *pgdat)
7658 {
7659         int i;
7660
7661         pgdat_resize_init(pgdat);
7662
7663         pgdat_init_split_queue(pgdat);
7664         pgdat_init_kcompactd(pgdat);
7665
7666         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
7667         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
7668
7669         for (i = 0; i < NR_VMSCAN_THROTTLE; i++)
7670                 init_waitqueue_head(&pgdat->reclaim_wait[i]);
7671
7672         pgdat_page_ext_init(pgdat);
7673         lruvec_init(&pgdat->__lruvec);
7674 }
7675
7676 static void __meminit zone_init_internals(struct zone *zone, enum zone_type idx, int nid,
7677                                                         unsigned long remaining_pages)
7678 {
7679         atomic_long_set(&zone->managed_pages, remaining_pages);
7680         zone_set_nid(zone, nid);
7681         zone->name = zone_names[idx];
7682         zone->zone_pgdat = NODE_DATA(nid);
7683         spin_lock_init(&zone->lock);
7684         zone_seqlock_init(zone);
7685         zone_pcp_init(zone);
7686 }
7687
7688 /*
7689  * Set up the zone data structures
7690  * - init pgdat internals
7691  * - init all zones belonging to this node
7692  *
7693  * NOTE: this function is only called during memory hotplug
7694  */
7695 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
7696 void __ref free_area_init_core_hotplug(struct pglist_data *pgdat)
7697 {
7698         int nid = pgdat->node_id;
7699         enum zone_type z;
7700         int cpu;
7701
7702         pgdat_init_internals(pgdat);
7703
7704         if (pgdat->per_cpu_nodestats == &boot_nodestats)
7705                 pgdat->per_cpu_nodestats = alloc_percpu(struct per_cpu_nodestat);
7706
7707         /*
7708          * Reset the nr_zones, order and highest_zoneidx before reuse.
7709          * Note that kswapd will init kswapd_highest_zoneidx properly
7710          * when it starts in the near future.
7711          */
7712         pgdat->nr_zones = 0;
7713         pgdat->kswapd_order = 0;
7714         pgdat->kswapd_highest_zoneidx = 0;
7715         pgdat->node_start_pfn = 0;
7716         for_each_online_cpu(cpu) {
7717                 struct per_cpu_nodestat *p;
7718
7719                 p = per_cpu_ptr(pgdat->per_cpu_nodestats, cpu);
7720                 memset(p, 0, sizeof(*p));
7721         }
7722
7723         for (z = 0; z < MAX_NR_ZONES; z++)
7724                 zone_init_internals(&pgdat->node_zones[z], z, nid, 0);
7725 }
7726 #endif
7727
7728 /*
7729  * Set up the zone data structures:
7730  *   - mark all pages reserved
7731  *   - mark all memory queues empty
7732  *   - clear the memory bitmaps
7733  *
7734  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
7735  * NOTE: this function is only called during early init.
7736  */
7737 static void __init free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat)
7738 {
7739         enum zone_type j;
7740         int nid = pgdat->node_id;
7741
7742         pgdat_init_internals(pgdat);
7743         pgdat->per_cpu_nodestats = &boot_nodestats;
7744
7745         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
7746                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
7747                 unsigned long size, freesize, memmap_pages;
7748
7749                 size = zone->spanned_pages;
7750                 freesize = zone->present_pages;
7751
7752                 /*
7753                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
7754                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
7755                  * and per-cpu initialisations
7756                  */
7757                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, freesize);
7758                 if (!is_highmem_idx(j)) {
7759                         if (freesize >= memmap_pages) {
7760                                 freesize -= memmap_pages;
7761                                 if (memmap_pages)
7762                                         pr_debug("  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
7763                                                  zone_names[j], memmap_pages);
7764                         } else
7765                                 pr_warn("  %s zone: %lu memmap pages exceeds freesize %lu\n",
7766                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
7767                 }
7768
7769                 /* Account for reserved pages */
7770                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
7771                         freesize -= dma_reserve;
7772                         pr_debug("  %s zone: %lu pages reserved\n", zone_names[0], dma_reserve);
7773                 }
7774
7775                 if (!is_highmem_idx(j))
7776                         nr_kernel_pages += freesize;
7777                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
7778                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
7779                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
7780                 nr_all_pages += freesize;
7781
7782                 /*
7783                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
7784                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
7785                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
7786                  */
7787                 zone_init_internals(zone, j, nid, freesize);
7788
7789                 if (!size)
7790                         continue;
7791
7792                 set_pageblock_order();
7793                 setup_usemap(zone);
7794                 init_currently_empty_zone(zone, zone->zone_start_pfn, size);
7795         }
7796 }
7797
7798 #ifdef CONFIG_FLATMEM
7799 static void __init alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
7800 {
7801         unsigned long __maybe_unused start = 0;
7802         unsigned long __maybe_unused offset = 0;
7803
7804         /* Skip empty nodes */
7805         if (!pgdat->node_spanned_pages)
7806                 return;
7807
7808         start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
7809         offset = pgdat->node_start_pfn - start;
7810         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
7811         if (!pgdat->node_mem_map) {
7812                 unsigned long size, end;
7813                 struct page *map;
7814
7815                 /*
7816                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
7817                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
7818                  * for the buddy allocator to function correctly.
7819                  */
7820                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
7821                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
7822                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
7823                 map = memmap_alloc(size, SMP_CACHE_BYTES, MEMBLOCK_LOW_LIMIT,
7824                                    pgdat->node_id, false);
7825                 if (!map)
7826                         panic("Failed to allocate %ld bytes for node %d memory map\n",
7827                               size, pgdat->node_id);
7828                 pgdat->node_mem_map = map + offset;
7829         }
7830         pr_debug("%s: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
7831                                 __func__, pgdat->node_id, (unsigned long)pgdat,
7832                                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
7833 #ifndef CONFIG_NUMA
7834         /*
7835          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
7836          */
7837         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
7838                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
7839                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
7840                         mem_map -= offset;
7841         }
7842 #endif
7843 }
7844 #else
7845 static inline void alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat) { }
7846 #endif /* CONFIG_FLATMEM */
7847
7848 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
7849 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat)
7850 {
7851         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
7852 }
7853 #else
7854 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat) {}
7855 #endif
7856
7857 static void __init free_area_init_node(int nid)
7858 {
7859         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
7860         unsigned long start_pfn = 0;
7861         unsigned long end_pfn = 0;
7862
7863         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
7864         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->kswapd_highest_zoneidx);
7865
7866         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
7867
7868         pgdat->node_id = nid;
7869         pgdat->node_start_pfn = start_pfn;
7870         pgdat->per_cpu_nodestats = NULL;
7871
7872         if (start_pfn != end_pfn) {
7873                 pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
7874                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
7875                         end_pfn ? ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1 : 0);
7876         } else {
7877                 pr_info("Initmem setup node %d as memoryless\n", nid);
7878         }
7879
7880         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn);
7881
7882         alloc_node_mem_map(pgdat);
7883         pgdat_set_deferred_range(pgdat);
7884
7885         free_area_init_core(pgdat);
7886 }
7887
7888 static void __init free_area_init_memoryless_node(int nid)
7889 {
7890         free_area_init_node(nid);
7891 }
7892
7893 #if MAX_NUMNODES > 1
7894 /*
7895  * Figure out the number of possible node ids.
7896  */
7897 void __init setup_nr_node_ids(void)
7898 {
7899         unsigned int highest;
7900
7901         highest = find_last_bit(node_possible_map.bits, MAX_NUMNODES);
7902         nr_node_ids = highest + 1;
7903 }
7904 #endif
7905
7906 /**
7907  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
7908  *
7909  * This function should be called after node map is populated and sorted.
7910  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
7911  * all the nodes.
7912  *
7913  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
7914  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
7915  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
7916  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
7917  *
7918  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
7919  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
7920  * populated node map.
7921  *
7922  * Return: the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
7923  * requirement (single node).
7924  */
7925 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
7926 {
7927         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
7928         unsigned long start, end, mask;
7929         int last_nid = NUMA_NO_NODE;
7930         int i, nid;
7931
7932         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
7933                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
7934                         last_nid = nid;
7935                         last_end = end;
7936                         continue;
7937                 }
7938
7939                 /*
7940                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
7941                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
7942                  * too coarse to separate the current node from the last.
7943                  */
7944                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
7945                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
7946                         mask <<= 1;
7947
7948                 /* accumulate all internode masks */
7949                 accl_mask |= mask;
7950         }
7951
7952         /* convert mask to number of pages */
7953         return ~accl_mask + 1;
7954 }
7955
7956 /**
7957  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
7958  *
7959  * Return: the minimum PFN based on information provided via
7960  * memblock_set_node().
7961  */
7962 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
7963 {
7964         return PHYS_PFN(memblock_start_of_DRAM());
7965 }
7966
7967 /*
7968  * early_calculate_totalpages()
7969  * Sum pages in active regions for movable zone.
7970  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
7971  */
7972 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
7973 {
7974         unsigned long totalpages = 0;
7975         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7976         int i, nid;
7977
7978         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
7979                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
7980
7981                 totalpages += pages;
7982                 if (pages)
7983                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
7984         }
7985         return totalpages;
7986 }
7987
7988 /*
7989  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
7990  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
7991  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
7992  * others
7993  */
7994 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
7995 {
7996         int i, nid;
7997         unsigned long usable_startpfn;
7998         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
7999         /* save the state before borrow the nodemask */
8000         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
8001         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
8002         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
8003         struct memblock_region *r;
8004
8005         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
8006         find_usable_zone_for_movable();
8007
8008         /*
8009          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
8010          * options.
8011          */
8012         if (movable_node_is_enabled()) {
8013                 for_each_mem_region(r) {
8014                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
8015                                 continue;
8016
8017                         nid = memblock_get_region_node(r);
8018
8019                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
8020                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
8021                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
8022                                 usable_startpfn;
8023                 }
8024
8025                 goto out2;
8026         }
8027
8028         /*
8029          * If kernelcore=mirror is specified, ignore movablecore option
8030          */
8031         if (mirrored_kernelcore) {
8032                 bool mem_below_4gb_not_mirrored = false;
8033
8034                 for_each_mem_region(r) {
8035                         if (memblock_is_mirror(r))
8036                                 continue;
8037
8038                         nid = memblock_get_region_node(r);
8039
8040                         usable_startpfn = memblock_region_memory_base_pfn(r);
8041
8042                         if (usable_startpfn < PHYS_PFN(SZ_4G)) {
8043                                 mem_below_4gb_not_mirrored = true;
8044                                 continue;
8045                         }
8046
8047                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
8048                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
8049                                 usable_startpfn;
8050                 }
8051
8052                 if (mem_below_4gb_not_mirrored)
8053                         pr_warn("This configuration results in unmirrored kernel memory.\n");
8054
8055                 goto out2;
8056         }
8057
8058         /*
8059          * If kernelcore=nn% or movablecore=nn% was specified, calculate the
8060          * amount of necessary memory.
8061          */
8062         if (required_kernelcore_percent)
8063                 required_kernelcore = (totalpages * 100 * required_kernelcore_percent) /
8064                                        10000UL;
8065         if (required_movablecore_percent)
8066                 required_movablecore = (totalpages * 100 * required_movablecore_percent) /
8067                                         10000UL;
8068
8069         /*
8070          * If movablecore= was specified, calculate what size of
8071          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
8072          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
8073          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
8074          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
8075          * what movablecore would have allowed.
8076          */
8077         if (required_movablecore) {
8078                 unsigned long corepages;
8079
8080                 /*
8081                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
8082                  * was requested by the user
8083                  */
8084                 required_movablecore =
8085                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
8086                 required_movablecore = min(totalpages, required_movablecore);
8087                 corepages = totalpages - required_movablecore;
8088
8089                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
8090         }
8091
8092         /*
8093          * If kernelcore was not specified or kernelcore size is larger
8094          * than totalpages, there is no ZONE_MOVABLE.
8095          */
8096         if (!required_kernelcore || required_kernelcore >= totalpages)
8097                 goto out;
8098
8099         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
8100         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
8101
8102 restart:
8103         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
8104         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
8105         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
8106                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
8107
8108                 /*
8109                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
8110                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
8111                  * amount of memory for the kernel
8112                  */
8113                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
8114                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
8115
8116                 /*
8117                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
8118                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
8119                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
8120                  */
8121                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
8122
8123                 /* Go through each range of PFNs within this node */
8124                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
8125                         unsigned long size_pages;
8126
8127                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
8128                         if (start_pfn >= end_pfn)
8129                                 continue;
8130
8131                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
8132                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
8133                                 unsigned long kernel_pages;
8134                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
8135                                                                 - start_pfn;
8136
8137                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
8138                                                         kernelcore_remaining);
8139                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
8140                                                         required_kernelcore);
8141
8142                                 /* Continue if range is now fully accounted */
8143                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
8144
8145                                         /*
8146                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
8147                                          * that if we have to rebalance
8148                                          * kernelcore across nodes, we will
8149                                          * not double account here
8150                                          */
8151                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
8152                                         continue;
8153                                 }
8154                                 start_pfn = usable_startpfn;
8155                         }
8156
8157                         /*
8158                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
8159                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
8160                          * number of pages used as kernelcore
8161                          */
8162                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
8163                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
8164                                 size_pages = kernelcore_remaining;
8165                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
8166
8167                         /*
8168                          * Some kernelcore has been met, update counts and
8169                          * break if the kernelcore for this node has been
8170                          * satisfied
8171                          */
8172                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
8173                                                                 size_pages);
8174                         kernelcore_remaining -= size_pages;
8175                         if (!kernelcore_remaining)
8176                                 break;
8177                 }
8178         }
8179
8180         /*
8181          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
8182          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
8183          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
8184          * satisfied
8185          */
8186         usable_nodes--;
8187         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
8188                 goto restart;
8189
8190 out2:
8191         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
8192         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++) {
8193                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
8194
8195                 zone_movable_pfn[nid] =
8196                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
8197
8198                 get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
8199                 if (zone_movable_pfn[nid] >= end_pfn)
8200                         zone_movable_pfn[nid] = 0;
8201         }
8202
8203 out:
8204         /* restore the node_state */
8205         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
8206 }
8207
8208 /* Any regular or high memory on that node ? */
8209 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
8210 {
8211         enum zone_type zone_type;
8212
8213         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
8214                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
8215                 if (populated_zone(zone)) {
8216                         if (IS_ENABLED(CONFIG_HIGHMEM))
8217                                 node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
8218                         if (zone_type <= ZONE_NORMAL)
8219                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
8220                         break;
8221                 }
8222         }
8223 }
8224
8225 /*
8226  * Some architectures, e.g. ARC may have ZONE_HIGHMEM below ZONE_NORMAL. For
8227  * such cases we allow max_zone_pfn sorted in the descending order
8228  */
8229 bool __weak arch_has_descending_max_zone_pfns(void)
8230 {
8231         return false;
8232 }
8233
8234 /**
8235  * free_area_init - Initialise all pg_data_t and zone data
8236  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
8237  *
8238  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
8239  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
8240  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
8241  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
8242  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
8243  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
8244  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
8245  * at arch_max_dma_pfn.
8246  */
8247 void __init free_area_init(unsigned long *max_zone_pfn)
8248 {
8249         unsigned long start_pfn, end_pfn;
8250         int i, nid, zone;
8251         bool descending;
8252
8253         /* Record where the zone boundaries are */
8254         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
8255                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
8256         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
8257                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
8258
8259         start_pfn = find_min_pfn_with_active_regions();
8260         descending = arch_has_descending_max_zone_pfns();
8261
8262         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
8263                 if (descending)
8264                         zone = MAX_NR_ZONES - i - 1;
8265                 else
8266                         zone = i;
8267
8268                 if (zone == ZONE_MOVABLE)
8269                         continue;
8270
8271                 end_pfn = max(max_zone_pfn[zone], start_pfn);
8272                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone] = start_pfn;
8273                 arch_zone_highest_possible_pfn[zone] = end_pfn;
8274
8275                 start_pfn = end_pfn;
8276         }
8277
8278         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
8279         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
8280         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
8281
8282         /* Print out the zone ranges */
8283         pr_info("Zone ranges:\n");
8284         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
8285                 if (i == ZONE_MOVABLE)
8286                         continue;
8287                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
8288                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
8289                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
8290                         pr_cont("empty\n");
8291                 else
8292                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
8293                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
8294                                         << PAGE_SHIFT,
8295                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
8296                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
8297         }
8298
8299         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
8300         pr_info("Movable zone start for each node\n");
8301         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
8302                 if (zone_movable_pfn[i])
8303                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
8304                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
8305         }
8306
8307         /*
8308          * Print out the early node map, and initialize the
8309          * subsection-map relative to active online memory ranges to
8310          * enable future "sub-section" extensions of the memory map.
8311          */
8312         pr_info("Early memory node ranges\n");
8313         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
8314                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
8315                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
8316                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
8317                 subsection_map_init(start_pfn, end_pfn - start_pfn);
8318         }
8319
8320         /* Initialise every node */
8321         mminit_verify_pageflags_layout();
8322         setup_nr_node_ids();
8323         for_each_node(nid) {
8324                 pg_data_t *pgdat;
8325
8326                 if (!node_online(nid)) {
8327                         pr_info("Initializing node %d as memoryless\n", nid);
8328
8329                         /* Allocator not initialized yet */
8330                         pgdat = arch_alloc_nodedata(nid);
8331                         if (!pgdat) {
8332                                 pr_err("Cannot allocate %zuB for node %d.\n",
8333                                                 sizeof(*pgdat), nid);
8334                                 continue;
8335                         }
8336                         arch_refresh_nodedata(nid, pgdat);
8337                         free_area_init_memoryless_node(nid);
8338
8339                         /*
8340                          * We do not want to confuse userspace by sysfs
8341                          * files/directories for node without any memory
8342                          * attached to it, so this node is not marked as
8343                          * N_MEMORY and not marked online so that no sysfs
8344                          * hierarchy will be created via register_one_node for
8345                          * it. The pgdat will get fully initialized by
8346                          * hotadd_init_pgdat() when memory is hotplugged into
8347                          * this node.
8348                          */
8349                         continue;
8350                 }
8351
8352                 pgdat = NODE_DATA(nid);
8353                 free_area_init_node(nid);
8354
8355                 /* Any memory on that node */
8356                 if (pgdat->node_present_pages)
8357                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
8358                 check_for_memory(pgdat, nid);
8359         }
8360
8361         memmap_init();
8362 }
8363
8364 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core,
8365                                      unsigned long *percent)
8366 {
8367         unsigned long long coremem;
8368         char *endptr;
8369
8370         if (!p)
8371                 return -EINVAL;
8372
8373         /* Value may be a percentage of total memory, otherwise bytes */
8374         coremem = simple_strtoull(p, &endptr, 0);
8375         if (*endptr == '%') {
8376                 /* Paranoid check for percent values greater than 100 */
8377                 WARN_ON(coremem > 100);
8378
8379                 *percent = coremem;
8380         } else {
8381                 coremem = memparse(p, &p);
8382                 /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
8383                 WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
8384
8385                 *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
8386                 *percent = 0UL;
8387         }
8388         return 0;
8389 }
8390
8391 /*
8392  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
8393  * cannot be reclaimed or migrated.
8394  */
8395 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
8396 {
8397         /* parse kernelcore=mirror */
8398         if (parse_option_str(p, "mirror")) {
8399                 mirrored_kernelcore = true;
8400                 return 0;
8401         }
8402
8403         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore,
8404                                   &required_kernelcore_percent);
8405 }
8406
8407 /*
8408  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
8409  * can be reclaimed or migrated.
8410  */
8411 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
8412 {
8413         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore,
8414                                   &required_movablecore_percent);
8415 }
8416
8417 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
8418 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
8419
8420 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
8421 {
8422         atomic_long_add(count, &page_zone(page)->managed_pages);
8423         totalram_pages_add(count);
8424 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
8425         if (PageHighMem(page))
8426                 totalhigh_pages_add(count);
8427 #endif
8428 }
8429 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
8430
8431 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, const char *s)
8432 {
8433         void *pos;
8434         unsigned long pages = 0;
8435
8436         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
8437         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
8438         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
8439                 struct page *page = virt_to_page(pos);
8440                 void *direct_map_addr;
8441
8442                 /*
8443                  * 'direct_map_addr' might be different from 'pos'
8444                  * because some architectures' virt_to_page()
8445                  * work with aliases.  Getting the direct map
8446                  * address ensures that we get a _writeable_
8447                  * alias for the memset().
8448                  */
8449                 direct_map_addr = page_address(page);
8450                 /*
8451                  * Perform a kasan-unchecked memset() since this memory
8452                  * has not been initialized.
8453                  */
8454                 direct_map_addr = kasan_reset_tag(direct_map_addr);
8455                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
8456                         memset(direct_map_addr, poison, PAGE_SIZE);
8457
8458                 free_reserved_page(page);
8459         }
8460
8461         if (pages && s)
8462                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK\n", s, K(pages));
8463
8464         return pages;
8465 }
8466
8467 void __init mem_init_print_info(void)
8468 {
8469         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
8470         unsigned long init_code_size, init_data_size;
8471
8472         physpages = get_num_physpages();
8473         codesize = _etext - _stext;
8474         datasize = _edata - _sdata;
8475         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
8476         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
8477         init_data_size = __init_end - __init_begin;
8478         init_code_size = _einittext - _sinittext;
8479
8480         /*
8481          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
8482          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
8483          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
8484          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
8485          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
8486          */
8487 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
8488         do { \
8489                 if (&start[0] <= &pos[0] && &pos[0] < &end[0] && size > adj) \
8490                         size -= adj; \
8491         } while (0)
8492
8493         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
8494                      _sinittext, init_code_size);
8495         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
8496         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
8497         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
8498         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
8499
8500 #undef  adj_init_size
8501
8502         pr_info("Memory: %luK/%luK available (%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, %luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
8503 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
8504                 ", %luK highmem"
8505 #endif
8506                 ")\n",
8507                 K(nr_free_pages()), K(physpages),
8508                 codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
8509                 (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
8510                 K(physpages - totalram_pages() - totalcma_pages),
8511                 K(totalcma_pages)
8512 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
8513                 , K(totalhigh_pages())
8514 #endif
8515                 );
8516 }
8517
8518 /**
8519  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
8520  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
8521  *
8522  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by managed_pages.
8523  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
8524  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
8525  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
8526  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
8527  * smaller per-cpu batchsize.
8528  */
8529 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
8530 {
8531         dma_reserve = new_dma_reserve;
8532 }
8533
8534 static int page_alloc_cpu_dead(unsigned int cpu)
8535 {
8536         struct zone *zone;
8537
8538         lru_add_drain_cpu(cpu);
8539         mlock_page_drain_remote(cpu);
8540         drain_pages(cpu);
8541
8542         /*
8543          * Spill the event counters of the dead processor
8544          * into the current processors event counters.
8545          * This artificially elevates the count of the current
8546          * processor.
8547          */
8548         vm_events_fold_cpu(cpu);
8549
8550         /*
8551          * Zero the differential counters of the dead processor
8552          * so that the vm statistics are consistent.
8553          *
8554          * This is only okay since the processor is dead and cannot
8555          * race with what we are doing.
8556          */
8557         cpu_vm_stats_fold(cpu);
8558
8559         for_each_populated_zone(zone)
8560                 zone_pcp_update(zone, 0);
8561
8562         return 0;
8563 }
8564
8565 static int page_alloc_cpu_online(unsigned int cpu)
8566 {
8567         struct zone *zone;
8568
8569         for_each_populated_zone(zone)
8570                 zone_pcp_update(zone, 1);
8571         return 0;
8572 }
8573
8574 #ifdef CONFIG_NUMA
8575 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
8576
8577 static int __init set_hashdist(char *str)
8578 {
8579         if (!str)
8580                 return 0;
8581         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
8582         return 1;
8583 }
8584 __setup("hashdist=", set_hashdist);
8585 #endif
8586
8587 void __init page_alloc_init(void)
8588 {
8589         int ret;
8590
8591 #ifdef CONFIG_NUMA
8592         if (num_node_state(N_MEMORY) == 1)
8593                 hashdist = 0;
8594 #endif
8595
8596         ret = cpuhp_setup_state_nocalls(CPUHP_PAGE_ALLOC,
8597                                         "mm/page_alloc:pcp",
8598                                         page_alloc_cpu_online,
8599                                         page_alloc_cpu_dead);
8600         WARN_ON(ret < 0);
8601 }
8602
8603 /*
8604  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
8605  *      or min_free_kbytes changes.
8606  */
8607 static void calculate_totalreserve_pages(void)
8608 {
8609         struct pglist_data *pgdat;
8610         unsigned long reserve_pages = 0;
8611         enum zone_type i, j;
8612
8613         for_each_online_pgdat(pgdat) {
8614
8615                 pgdat->totalreserve_pages = 0;
8616
8617                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
8618                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
8619                         long max = 0;
8620                         unsigned long managed_pages = zone_managed_pages(zone);
8621
8622                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
8623                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
8624                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
8625                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
8626                         }
8627
8628                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
8629                         max += high_wmark_pages(zone);
8630
8631                         if (max > managed_pages)
8632                                 max = managed_pages;
8633
8634                         pgdat->totalreserve_pages += max;
8635
8636                         reserve_pages += max;
8637                 }
8638         }
8639         totalreserve_pages = reserve_pages;
8640 }
8641
8642 /*
8643  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
8644  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
8645  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
8646  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
8647  */
8648 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
8649 {
8650         struct pglist_data *pgdat;
8651         enum zone_type i, j;
8652
8653         for_each_online_pgdat(pgdat) {
8654                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES - 1; i++) {
8655                         struct zone *zone = &pgdat->node_zones[i];
8656                         int ratio = sysctl_lowmem_reserve_ratio[i];
8657                         bool clear = !ratio || !zone_managed_pages(zone);
8658                         unsigned long managed_pages = 0;
8659
8660                         for (j = i + 1; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
8661                                 struct zone *upper_zone = &pgdat->node_zones[j];
8662
8663                                 managed_pages += zone_managed_pages(upper_zone);
8664
8665                                 if (clear)
8666                                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
8667                                 else
8668                                         zone->lowmem_reserve[j] = managed_pages / ratio;
8669                         }
8670                 }
8671         }
8672
8673         /* update totalreserve_pages */
8674         calculate_totalreserve_pages();
8675 }
8676
8677 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
8678 {
8679         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
8680         unsigned long lowmem_pages = 0;
8681         struct zone *zone;
8682         unsigned long flags;
8683
8684         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
8685         for_each_zone(zone) {
8686                 if (!is_highmem(zone))
8687                         lowmem_pages += zone_managed_pages(zone);
8688         }
8689
8690         for_each_zone(zone) {
8691                 u64 tmp;
8692
8693                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8694                 tmp = (u64)pages_min * zone_managed_pages(zone);
8695                 do_div(tmp, lowmem_pages);
8696                 if (is_highmem(zone)) {
8697                         /*
8698                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
8699                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
8700                          * value here.
8701                          *
8702                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
8703                          * deltas control async page reclaim, and so should
8704                          * not be capped for highmem.
8705                          */
8706                         unsigned long min_pages;
8707
8708                         min_pages = zone_managed_pages(zone) / 1024;
8709                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
8710                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
8711                 } else {
8712                         /*
8713                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
8714                          * proportionate to the zone's size.
8715                          */
8716                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = tmp;
8717                 }
8718
8719                 /*
8720                  * Set the kswapd watermarks distance according to the
8721                  * scale factor in proportion to available memory, but
8722                  * ensure a minimum size on small systems.
8723                  */
8724                 tmp = max_t(u64, tmp >> 2,
8725                             mult_frac(zone_managed_pages(zone),
8726                                       watermark_scale_factor, 10000));
8727
8728                 zone->watermark_boost = 0;
8729                 zone->_watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + tmp;
8730                 zone->_watermark[WMARK_HIGH] = low_wmark_pages(zone) + tmp;
8731                 zone->_watermark[WMARK_PROMO] = high_wmark_pages(zone) + tmp;
8732
8733                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8734         }
8735
8736         /* update totalreserve_pages */
8737         calculate_totalreserve_pages();
8738 }
8739
8740 /**
8741  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
8742  * or when memory is hot-{added|removed}
8743  *
8744  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
8745  * correctly with respect to min_free_kbytes.
8746  */
8747 void setup_per_zone_wmarks(void)
8748 {
8749         struct zone *zone;
8750         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
8751
8752         spin_lock(&lock);
8753         __setup_per_zone_wmarks();
8754         spin_unlock(&lock);
8755
8756         /*
8757          * The watermark size have changed so update the pcpu batch
8758          * and high limits or the limits may be inappropriate.
8759          */
8760         for_each_zone(zone)
8761                 zone_pcp_update(zone, 0);
8762 }
8763
8764 /*
8765  * Initialise min_free_kbytes.
8766  *
8767  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
8768  * we want it large (256MB max).  But it is not linear, because network
8769  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
8770  *
8771  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
8772  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
8773  *
8774  * which yields
8775  *
8776  * 16MB:        512k
8777  * 32MB:        724k
8778  * 64MB:        1024k
8779  * 128MB:       1448k
8780  * 256MB:       2048k
8781  * 512MB:       2896k
8782  * 1024MB:      4096k
8783  * 2048MB:      5792k
8784  * 4096MB:      8192k
8785  * 8192MB:      11584k
8786  * 16384MB:     16384k
8787  */
8788 void calculate_min_free_kbytes(void)
8789 {
8790         unsigned long lowmem_kbytes;
8791         int new_min_free_kbytes;
8792
8793         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
8794         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
8795
8796         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes)
8797                 min_free_kbytes = clamp(new_min_free_kbytes, 128, 262144);
8798         else
8799                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
8800                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
8801
8802 }
8803
8804 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
8805 {
8806         calculate_min_free_kbytes();
8807         setup_per_zone_wmarks();
8808         refresh_zone_stat_thresholds();
8809         setup_per_zone_lowmem_reserve();
8810
8811 #ifdef CONFIG_NUMA
8812         setup_min_unmapped_ratio();
8813         setup_min_slab_ratio();
8814 #endif
8815
8816         khugepaged_min_free_kbytes_update();
8817
8818         return 0;
8819 }
8820 postcore_initcall(init_per_zone_wmark_min)
8821
8822 /*
8823  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
8824  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
8825  *      changes.
8826  */
8827 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8828                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8829 {
8830         int rc;
8831
8832         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8833         if (rc)
8834                 return rc;
8835
8836         if (write) {
8837                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
8838                 setup_per_zone_wmarks();
8839         }
8840         return 0;
8841 }
8842
8843 int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8844                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8845 {
8846         int rc;
8847
8848         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8849         if (rc)
8850                 return rc;
8851
8852         if (write)
8853                 setup_per_zone_wmarks();
8854
8855         return 0;
8856 }
8857
8858 #ifdef CONFIG_NUMA
8859 static void setup_min_unmapped_ratio(void)
8860 {
8861         pg_data_t *pgdat;
8862         struct zone *zone;
8863
8864         for_each_online_pgdat(pgdat)
8865                 pgdat->min_unmapped_pages = 0;
8866
8867         for_each_zone(zone)
8868                 zone->zone_pgdat->min_unmapped_pages += (zone_managed_pages(zone) *
8869                                                          sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
8870 }
8871
8872
8873 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8874                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8875 {
8876         int rc;
8877
8878         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8879         if (rc)
8880                 return rc;
8881
8882         setup_min_unmapped_ratio();
8883
8884         return 0;
8885 }
8886
8887 static void setup_min_slab_ratio(void)
8888 {
8889         pg_data_t *pgdat;
8890         struct zone *zone;
8891
8892         for_each_online_pgdat(pgdat)
8893                 pgdat->min_slab_pages = 0;
8894
8895         for_each_zone(zone)
8896                 zone->zone_pgdat->min_slab_pages += (zone_managed_pages(zone) *
8897                                                      sysctl_min_slab_ratio) / 100;
8898 }
8899
8900 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8901                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8902 {
8903         int rc;
8904
8905         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8906         if (rc)
8907                 return rc;
8908
8909         setup_min_slab_ratio();
8910
8911         return 0;
8912 }
8913 #endif
8914
8915 /*
8916  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
8917  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
8918  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
8919  *
8920  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
8921  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
8922  * if in function of the boot time zone sizes.
8923  */
8924 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8925                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8926 {
8927         int i;
8928
8929         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8930
8931         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
8932                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[i] < 1)
8933                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[i] = 0;
8934         }
8935
8936         setup_per_zone_lowmem_reserve();
8937         return 0;
8938 }
8939
8940 /*
8941  * percpu_pagelist_high_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
8942  * cpu. It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
8943  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
8944  */
8945 int percpu_pagelist_high_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table,
8946                 int write, void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8947 {
8948         struct zone *zone;
8949         int old_percpu_pagelist_high_fraction;
8950         int ret;
8951
8952         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
8953         old_percpu_pagelist_high_fraction = percpu_pagelist_high_fraction;
8954
8955         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8956         if (!write || ret < 0)
8957                 goto out;
8958
8959         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
8960         if (percpu_pagelist_high_fraction &&
8961             percpu_pagelist_high_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_HIGH_FRACTION) {
8962                 percpu_pagelist_high_fraction = old_percpu_pagelist_high_fraction;
8963                 ret = -EINVAL;
8964                 goto out;
8965         }
8966
8967         /* No change? */
8968         if (percpu_pagelist_high_fraction == old_percpu_pagelist_high_fraction)
8969                 goto out;
8970
8971         for_each_populated_zone(zone)
8972                 zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0);
8973 out:
8974         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
8975         return ret;
8976 }
8977
8978 #ifndef __HAVE_ARCH_RESERVED_KERNEL_PAGES
8979 /*
8980  * Returns the number of pages that arch has reserved but
8981  * is not known to alloc_large_system_hash().
8982  */
8983 static unsigned long __init arch_reserved_kernel_pages(void)
8984 {
8985         return 0;
8986 }
8987 #endif
8988
8989 /*
8990  * Adaptive scale is meant to reduce sizes of hash tables on large memory
8991  * machines. As memory size is increased the scale is also increased but at
8992  * slower pace.  Starting from ADAPT_SCALE_BASE (64G), every time memory
8993  * quadruples the scale is increased by one, which means the size of hash table
8994  * only doubles, instead of quadrupling as well.
8995  * Because 32-bit systems cannot have large physical memory, where this scaling
8996  * makes sense, it is disabled on such platforms.
8997  */
8998 #if __BITS_PER_LONG > 32
8999 #define ADAPT_SCALE_BASE        (64ul << 30)
9000 #define ADAPT_SCALE_SHIFT       2
9001 #define ADAPT_SCALE_NPAGES      (ADAPT_SCALE_BASE >> PAGE_SHIFT)
9002 #endif
9003
9004 /*
9005  * allocate a large system hash table from bootmem
9006  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
9007  *   quantity of entries
9008  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
9009  */
9010 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
9011                                      unsigned long bucketsize,
9012                                      unsigned long numentries,
9013                                      int scale,
9014                                      int flags,
9015                                      unsigned int *_hash_shift,
9016                                      unsigned int *_hash_mask,
9017                                      unsigned long low_limit,
9018                                      unsigned long high_limit)
9019 {
9020         unsigned long long max = high_limit;
9021         unsigned long log2qty, size;
9022         void *table = NULL;
9023         gfp_t gfp_flags;
9024         bool virt;
9025         bool huge;
9026
9027         /* allow the kernel cmdline to have a say */
9028         if (!numentries) {
9029                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
9030                 numentries = nr_kernel_pages;
9031                 numentries -= arch_reserved_kernel_pages();
9032
9033                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
9034                 if (PAGE_SHIFT < 20)
9035                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
9036
9037 #if __BITS_PER_LONG > 32
9038                 if (!high_limit) {
9039                         unsigned long adapt;
9040
9041                         for (adapt = ADAPT_SCALE_NPAGES; adapt < numentries;
9042                              adapt <<= ADAPT_SCALE_SHIFT)
9043                                 scale++;
9044                 }
9045 #endif
9046
9047                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
9048                 if (scale > PAGE_SHIFT)
9049                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
9050                 else
9051                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
9052
9053                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
9054                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
9055                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
9056                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
9057                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
9058                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
9059                                 BUG_ON(!numentries);
9060                         }
9061                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
9062                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
9063         }
9064         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
9065
9066         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
9067         if (max == 0) {
9068                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
9069                 do_div(max, bucketsize);
9070         }
9071         max = min(max, 0x80000000ULL);
9072
9073         if (numentries < low_limit)
9074                 numentries = low_limit;
9075         if (numentries > max)
9076                 numentries = max;
9077
9078         log2qty = ilog2(numentries);
9079
9080         gfp_flags = (flags & HASH_ZERO) ? GFP_ATOMIC | __GFP_ZERO : GFP_ATOMIC;
9081         do {
9082                 virt = false;
9083                 size = bucketsize << log2qty;
9084                 if (flags & HASH_EARLY) {
9085                         if (flags & HASH_ZERO)
9086                                 table = memblock_alloc(size, SMP_CACHE_BYTES);
9087                         else
9088                                 table = memblock_alloc_raw(size,
9089                                                            SMP_CACHE_BYTES);
9090                 } else if (get_order(size) >= MAX_ORDER || hashdist) {
9091                         table = vmalloc_huge(size, gfp_flags);
9092                         virt = true;
9093                         if (table)
9094                                 huge = is_vm_area_hugepages(table);
9095                 } else {
9096                         /*
9097                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
9098                          * some pages at the end of hash table which
9099                          * alloc_pages_exact() automatically does
9100                          */
9101                         table = alloc_pages_exact(size, gfp_flags);
9102                         kmemleak_alloc(table, size, 1, gfp_flags);
9103                 }
9104         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
9105
9106         if (!table)
9107                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
9108
9109         pr_info("%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes, %s)\n",
9110                 tablename, 1UL << log2qty, ilog2(size) - PAGE_SHIFT, size,
9111                 virt ? (huge ? "vmalloc hugepage" : "vmalloc") : "linear");
9112
9113         if (_hash_shift)
9114                 *_hash_shift = log2qty;
9115         if (_hash_mask)
9116                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
9117
9118         return table;
9119 }
9120
9121 #ifdef CONFIG_CONTIG_ALLOC
9122 #if defined(CONFIG_DYNAMIC_DEBUG) || \
9123         (defined(CONFIG_DYNAMIC_DEBUG_CORE) && defined(DYNAMIC_DEBUG_MODULE))
9124 /* Usage: See admin-guide/dynamic-debug-howto.rst */
9125 static void alloc_contig_dump_pages(struct list_head *page_list)
9126 {
9127         DEFINE_DYNAMIC_DEBUG_METADATA(descriptor, "migrate failure");
9128
9129         if (DYNAMIC_DEBUG_BRANCH(descriptor)) {
9130                 struct page *page;
9131
9132                 dump_stack();
9133                 list_for_each_entry(page, page_list, lru)
9134                         dump_page(page, "migration failure");
9135         }
9136 }
9137 #else
9138 static inline void alloc_contig_dump_pages(struct list_head *page_list)
9139 {
9140 }
9141 #endif
9142
9143 /* [start, end) must belong to a single zone. */
9144 int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
9145                                         unsigned long start, unsigned long end)
9146 {
9147         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
9148         unsigned int nr_reclaimed;
9149         unsigned long pfn = start;
9150         unsigned int tries = 0;
9151         int ret = 0;
9152         struct migration_target_control mtc = {
9153                 .nid = zone_to_nid(cc->zone),
9154                 .gfp_mask = GFP_USER | __GFP_MOVABLE | __GFP_RETRY_MAYFAIL,
9155         };
9156
9157         lru_cache_disable();
9158
9159         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
9160                 if (fatal_signal_pending(current)) {
9161                         ret = -EINTR;
9162                         break;
9163                 }
9164
9165                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
9166                         cc->nr_migratepages = 0;
9167                         ret = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
9168                         if (ret && ret != -EAGAIN)
9169                                 break;
9170                         pfn = cc->migrate_pfn;
9171                         tries = 0;
9172                 } else if (++tries == 5) {
9173                         ret = -EBUSY;
9174                         break;
9175                 }
9176
9177                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
9178                                                         &cc->migratepages);
9179                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
9180
9181                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migration_target,
9182                         NULL, (unsigned long)&mtc, cc->mode, MR_CONTIG_RANGE, NULL);
9183
9184                 /*
9185                  * On -ENOMEM, migrate_pages() bails out right away. It is pointless
9186                  * to retry again over this error, so do the same here.
9187                  */
9188                 if (ret == -ENOMEM)
9189                         break;
9190         }
9191
9192         lru_cache_enable();
9193         if (ret < 0) {
9194                 if (!(cc->gfp_mask & __GFP_NOWARN) && ret == -EBUSY)
9195                         alloc_contig_dump_pages(&cc->migratepages);
9196                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
9197                 return ret;
9198         }
9199         return 0;
9200 }
9201
9202 /**
9203  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
9204  * @start:      start PFN to allocate
9205  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
9206  * @migratetype:        migratetype of the underlying pageblocks (either
9207  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
9208  *                      in range must have the same migratetype and it must
9209  *                      be either of the two.
9210  * @gfp_mask:   GFP mask to use during compaction
9211  *
9212  * The PFN range does not have to be pageblock aligned. The PFN range must
9213  * belong to a single zone.
9214  *
9215  * The first thing this routine does is attempt to MIGRATE_ISOLATE all
9216  * pageblocks in the range.  Once isolated, the pageblocks should not
9217  * be modified by others.
9218  *
9219  * Return: zero on success or negative error code.  On success all
9220  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
9221  * need to be freed with free_contig_range().
9222  */
9223 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
9224                        unsigned migratetype, gfp_t gfp_mask)
9225 {
9226         unsigned long outer_start, outer_end;
9227         int order;
9228         int ret = 0;
9229
9230         struct compact_control cc = {
9231                 .nr_migratepages = 0,
9232                 .order = -1,
9233                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
9234                 .mode = MIGRATE_SYNC,
9235                 .ignore_skip_hint = true,
9236                 .no_set_skip_hint = true,
9237                 .gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask),
9238                 .alloc_contig = true,
9239         };
9240         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
9241
9242         /*
9243          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
9244          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
9245          * have different sizes, and due to the way page allocator
9246          * work, start_isolate_page_range() has special handlings for this.
9247          *
9248          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
9249          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
9250          * we are interested in). This will put all the pages in
9251          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
9252          *
9253          * When this is done, we take the pages in range from page
9254          * allocator removing them from the buddy system.  This way
9255          * page allocator will never consider using them.
9256          *
9257          * This lets us mark the pageblocks back as
9258          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
9259          * aligned range but not in the unaligned, original range are
9260          * put back to page allocator so that buddy can use them.
9261          */
9262
9263         ret = start_isolate_page_range(start, end, migratetype, 0, gfp_mask);
9264         if (ret)
9265                 goto done;
9266
9267         drain_all_pages(cc.zone);
9268
9269         /*
9270          * In case of -EBUSY, we'd like to know which page causes problem.
9271          * So, just fall through. test_pages_isolated() has a tracepoint
9272          * which will report the busy page.
9273          *
9274          * It is possible that busy pages could become available before
9275          * the call to test_pages_isolated, and the range will actually be
9276          * allocated.  So, if we fall through be sure to clear ret so that
9277          * -EBUSY is not accidentally used or returned to caller.
9278          */
9279         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
9280         if (ret && ret != -EBUSY)
9281                 goto done;
9282         ret = 0;
9283
9284         /*
9285          * Pages from [start, end) are within a pageblock_nr_pages
9286          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
9287          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
9288          * What we are going to do is to allocate all pages from
9289          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
9290          *
9291          * The only problem is that pages at the beginning and at the
9292          * end of interesting range may be not aligned with pages that
9293          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
9294          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
9295          * once this is done free the pages we are not interested in.
9296          *
9297          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
9298          * isolated thus they won't get removed from buddy.
9299          */
9300
9301         order = 0;
9302         outer_start = start;
9303         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
9304                 if (++order >= MAX_ORDER) {
9305                         outer_start = start;
9306                         break;
9307                 }
9308                 outer_start &= ~0UL << order;
9309         }
9310
9311         if (outer_start != start) {
9312                 order = buddy_order(pfn_to_page(outer_start));
9313
9314                 /*
9315                  * outer_start page could be small order buddy page and
9316                  * it doesn't include start page. Adjust outer_start
9317                  * in this case to report failed page properly
9318                  * on tracepoint in test_pages_isolated()
9319                  */
9320                 if (outer_start + (1UL << order) <= start)
9321                         outer_start = start;
9322         }
9323
9324         /* Make sure the range is really isolated. */
9325         if (test_pages_isolated(outer_start, end, 0)) {
9326                 ret = -EBUSY;
9327                 goto done;
9328         }
9329
9330         /* Grab isolated pages from freelists. */
9331         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
9332         if (!outer_end) {
9333                 ret = -EBUSY;
9334                 goto done;
9335         }
9336
9337         /* Free head and tail (if any) */
9338         if (start != outer_start)
9339                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
9340         if (end != outer_end)
9341                 free_contig_range(end, outer_end - end);
9342
9343 done:
9344         undo_isolate_page_range(start, end, migratetype);
9345         return ret;
9346 }
9347 EXPORT_SYMBOL(alloc_contig_range);
9348
9349 static int __alloc_contig_pages(unsigned long start_pfn,
9350                                 unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask)
9351 {
9352         unsigned long end_pfn = start_pfn + nr_pages;
9353
9354         return alloc_contig_range(start_pfn, end_pfn, MIGRATE_MOVABLE,
9355                                   gfp_mask);
9356 }
9357
9358 static bool pfn_range_valid_contig(struct zone *z, unsigned long start_pfn,
9359                                    unsigned long nr_pages)
9360 {
9361         unsigned long i, end_pfn = start_pfn + nr_pages;
9362         struct page *page;
9363
9364         for (i = start_pfn; i < end_pfn; i++) {
9365                 page = pfn_to_online_page(i);
9366                 if (!page)
9367                         return false;
9368
9369                 if (page_zone(page) != z)
9370                         return false;
9371
9372                 if (PageReserved(page))
9373                         return false;
9374         }
9375         return true;
9376 }
9377
9378 static bool zone_spans_last_pfn(const struct zone *zone,
9379                                 unsigned long start_pfn, unsigned long nr_pages)
9380 {
9381         unsigned long last_pfn = start_pfn + nr_pages - 1;
9382
9383         return zone_spans_pfn(zone, last_pfn);
9384 }
9385
9386 /**
9387  * alloc_contig_pages() -- tries to find and allocate contiguous range of pages
9388  * @nr_pages:   Number of contiguous pages to allocate
9389  * @gfp_mask:   GFP mask to limit search and used during compaction
9390  * @nid:        Target node
9391  * @nodemask:   Mask for other possible nodes
9392  *
9393  * This routine is a wrapper around alloc_contig_range(). It scans over zones
9394  * on an applicable zonelist to find a contiguous pfn range which can then be
9395  * tried for allocation with alloc_contig_range(). This routine is intended
9396  * for allocation requests which can not be fulfilled with the buddy allocator.
9397  *
9398  * The allocated memory is always aligned to a page boundary. If nr_pages is a
9399  * power of two, then allocated range is also guaranteed to be aligned to same
9400  * nr_pages (e.g. 1GB request would be aligned to 1GB).
9401  *
9402  * Allocated pages can be freed with free_contig_range() or by manually calling
9403  * __free_page() on each allocated page.
9404  *
9405  * Return: pointer to contiguous pages on success, or NULL if not successful.
9406  */
9407 struct page *alloc_contig_pages(unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask,
9408                                 int nid, nodemask_t *nodemask)
9409 {
9410         unsigned long ret, pfn, flags;
9411         struct zonelist *zonelist;
9412         struct zone *zone;
9413         struct zoneref *z;
9414
9415         zonelist = node_zonelist(nid, gfp_mask);
9416         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
9417                                         gfp_zone(gfp_mask), nodemask) {
9418                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9419
9420                 pfn = ALIGN(zone->zone_start_pfn, nr_pages);
9421                 while (zone_spans_last_pfn(zone, pfn, nr_pages)) {
9422                         if (pfn_range_valid_contig(zone, pfn, nr_pages)) {
9423                                 /*
9424                                  * We release the zone lock here because
9425                                  * alloc_contig_range() will also lock the zone
9426                                  * at some point. If there's an allocation
9427                                  * spinning on this lock, it may win the race
9428                                  * and cause alloc_contig_range() to fail...
9429                                  */
9430                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9431                                 ret = __alloc_contig_pages(pfn, nr_pages,
9432                                                         gfp_mask);
9433                                 if (!ret)
9434                                         return pfn_to_page(pfn);
9435                                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9436                         }
9437                         pfn += nr_pages;
9438                 }
9439                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9440         }
9441         return NULL;
9442 }
9443 #endif /* CONFIG_CONTIG_ALLOC */
9444
9445 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned long nr_pages)
9446 {
9447         unsigned long count = 0;
9448
9449         for (; nr_pages--; pfn++) {
9450                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
9451
9452                 count += page_count(page) != 1;
9453                 __free_page(page);
9454         }
9455         WARN(count != 0, "%lu pages are still in use!\n", count);
9456 }
9457 EXPORT_SYMBOL(free_contig_range);
9458
9459 /*
9460  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
9461  * page high values need to be recalculated.
9462  */
9463 void zone_pcp_update(struct zone *zone, int cpu_online)
9464 {
9465         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
9466         zone_set_pageset_high_and_batch(zone, cpu_online);
9467         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
9468 }
9469
9470 /*
9471  * Effectively disable pcplists for the zone by setting the high limit to 0
9472  * and draining all cpus. A concurrent page freeing on another CPU that's about
9473  * to put the page on pcplist will either finish before the drain and the page
9474  * will be drained, or observe the new high limit and skip the pcplist.
9475  *
9476  * Must be paired with a call to zone_pcp_enable().
9477  */
9478 void zone_pcp_disable(struct zone *zone)
9479 {
9480         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
9481         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0, 1);
9482         __drain_all_pages(zone, true);
9483 }
9484
9485 void zone_pcp_enable(struct zone *zone)
9486 {
9487         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, zone->pageset_high, zone->pageset_batch);
9488         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
9489 }
9490
9491 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
9492 {
9493         int cpu;
9494         struct per_cpu_zonestat *pzstats;
9495
9496         if (zone->per_cpu_pageset != &boot_pageset) {
9497                 for_each_online_cpu(cpu) {
9498                         pzstats = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_zonestats, cpu);
9499                         drain_zonestat(zone, pzstats);
9500                 }
9501                 free_percpu(zone->per_cpu_pageset);
9502                 free_percpu(zone->per_cpu_zonestats);
9503                 zone->per_cpu_pageset = &boot_pageset;
9504                 zone->per_cpu_zonestats = &boot_zonestats;
9505         }
9506 }
9507
9508 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
9509 /*
9510  * All pages in the range must be in a single zone, must not contain holes,
9511  * must span full sections, and must be isolated before calling this function.
9512  */
9513 void __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
9514 {
9515         unsigned long pfn = start_pfn;
9516         struct page *page;
9517         struct zone *zone;
9518         unsigned int order;
9519         unsigned long flags;
9520
9521         offline_mem_sections(pfn, end_pfn);
9522         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
9523         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9524         while (pfn < end_pfn) {
9525                 page = pfn_to_page(pfn);
9526                 /*
9527                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
9528                  * page_count() is not 0.
9529                  */
9530                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
9531                         pfn++;
9532                         continue;
9533                 }
9534                 /*
9535                  * At this point all remaining PageOffline() pages have a
9536                  * reference count of 0 and can simply be skipped.
9537                  */
9538                 if (PageOffline(page)) {
9539                         BUG_ON(page_count(page));
9540                         BUG_ON(PageBuddy(page));
9541                         pfn++;
9542                         continue;
9543                 }
9544
9545                 BUG_ON(page_count(page));
9546                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
9547                 order = buddy_order(page);
9548                 del_page_from_free_list(page, zone, order);
9549                 pfn += (1 << order);
9550         }
9551         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9552 }
9553 #endif
9554
9555 /*
9556  * This function returns a stable result only if called under zone lock.
9557  */
9558 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
9559 {
9560         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
9561         unsigned int order;
9562
9563         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
9564                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
9565
9566                 if (PageBuddy(page_head) &&
9567                     buddy_order_unsafe(page_head) >= order)
9568                         break;
9569         }
9570
9571         return order < MAX_ORDER;
9572 }
9573 EXPORT_SYMBOL(is_free_buddy_page);
9574
9575 #ifdef CONFIG_MEMORY_FAILURE
9576 /*
9577  * Break down a higher-order page in sub-pages, and keep our target out of
9578  * buddy allocator.
9579  */
9580 static void break_down_buddy_pages(struct zone *zone, struct page *page,
9581                                    struct page *target, int low, int high,
9582                                    int migratetype)
9583 {
9584         unsigned long size = 1 << high;
9585         struct page *current_buddy, *next_page;
9586
9587         while (high > low) {
9588                 high--;
9589                 size >>= 1;
9590
9591                 if (target >= &page[size]) {
9592                         next_page = page + size;
9593                         current_buddy = page;
9594                 } else {
9595                         next_page = page;
9596                         current_buddy = page + size;
9597                 }
9598
9599                 if (set_page_guard(zone, current_buddy, high, migratetype))
9600                         continue;
9601
9602                 if (current_buddy != target) {
9603                         add_to_free_list(current_buddy, zone, high, migratetype);
9604                         set_buddy_order(current_buddy, high);
9605                         page = next_page;
9606                 }
9607         }
9608 }
9609
9610 /*
9611  * Take a page that will be marked as poisoned off the buddy allocator.
9612  */
9613 bool take_page_off_buddy(struct page *page)
9614 {
9615         struct zone *zone = page_zone(page);
9616         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
9617         unsigned long flags;
9618         unsigned int order;
9619         bool ret = false;
9620
9621         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9622         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
9623                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
9624                 int page_order = buddy_order(page_head);
9625
9626                 if (PageBuddy(page_head) && page_order >= order) {
9627                         unsigned long pfn_head = page_to_pfn(page_head);
9628                         int migratetype = get_pfnblock_migratetype(page_head,
9629                                                                    pfn_head);
9630
9631                         del_page_from_free_list(page_head, zone, page_order);
9632                         break_down_buddy_pages(zone, page_head, page, 0,
9633                                                 page_order, migratetype);
9634                         SetPageHWPoisonTakenOff(page);
9635                         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
9636                                 __mod_zone_freepage_state(zone, -1, migratetype);
9637                         ret = true;
9638                         break;
9639                 }
9640                 if (page_count(page_head) > 0)
9641                         break;
9642         }
9643         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9644         return ret;
9645 }
9646
9647 /*
9648  * Cancel takeoff done by take_page_off_buddy().
9649  */
9650 bool put_page_back_buddy(struct page *page)
9651 {
9652         struct zone *zone = page_zone(page);
9653         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
9654         unsigned long flags;
9655         int migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
9656         bool ret = false;
9657
9658         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9659         if (put_page_testzero(page)) {
9660                 ClearPageHWPoisonTakenOff(page);
9661                 __free_one_page(page, pfn, zone, 0, migratetype, FPI_NONE);
9662                 if (TestClearPageHWPoison(page)) {
9663                         ret = true;
9664                 }
9665         }
9666         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9667
9668         return ret;
9669 }
9670 #endif
9671
9672 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
9673 bool has_managed_dma(void)
9674 {
9675         struct pglist_data *pgdat;
9676
9677         for_each_online_pgdat(pgdat) {
9678                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[ZONE_DMA];
9679
9680                 if (managed_zone(zone))
9681                         return true;
9682         }
9683         return false;
9684 }
9685 #endif /* CONFIG_ZONE_DMA */