Merge tag 'for-linus-5.9b-rc9-tag' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git...
[linux-block.git] / mm / page_alloc.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
2 /*
3  *  linux/mm/page_alloc.c
4  *
5  *  Manages the free list, the system allocates free pages here.
6  *  Note that kmalloc() lives in slab.c
7  *
8  *  Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
9  *  Swap reorganised 29.12.95, Stephen Tweedie
10  *  Support of BIGMEM added by Gerhard Wichert, Siemens AG, July 1999
11  *  Reshaped it to be a zoned allocator, Ingo Molnar, Red Hat, 1999
12  *  Discontiguous memory support, Kanoj Sarcar, SGI, Nov 1999
13  *  Zone balancing, Kanoj Sarcar, SGI, Jan 2000
14  *  Per cpu hot/cold page lists, bulk allocation, Martin J. Bligh, Sept 2002
15  *          (lots of bits borrowed from Ingo Molnar & Andrew Morton)
16  */
17
18 #include <linux/stddef.h>
19 #include <linux/mm.h>
20 #include <linux/highmem.h>
21 #include <linux/swap.h>
22 #include <linux/interrupt.h>
23 #include <linux/pagemap.h>
24 #include <linux/jiffies.h>
25 #include <linux/memblock.h>
26 #include <linux/compiler.h>
27 #include <linux/kernel.h>
28 #include <linux/kasan.h>
29 #include <linux/module.h>
30 #include <linux/suspend.h>
31 #include <linux/pagevec.h>
32 #include <linux/blkdev.h>
33 #include <linux/slab.h>
34 #include <linux/ratelimit.h>
35 #include <linux/oom.h>
36 #include <linux/topology.h>
37 #include <linux/sysctl.h>
38 #include <linux/cpu.h>
39 #include <linux/cpuset.h>
40 #include <linux/memory_hotplug.h>
41 #include <linux/nodemask.h>
42 #include <linux/vmalloc.h>
43 #include <linux/vmstat.h>
44 #include <linux/mempolicy.h>
45 #include <linux/memremap.h>
46 #include <linux/stop_machine.h>
47 #include <linux/random.h>
48 #include <linux/sort.h>
49 #include <linux/pfn.h>
50 #include <linux/backing-dev.h>
51 #include <linux/fault-inject.h>
52 #include <linux/page-isolation.h>
53 #include <linux/debugobjects.h>
54 #include <linux/kmemleak.h>
55 #include <linux/compaction.h>
56 #include <trace/events/kmem.h>
57 #include <trace/events/oom.h>
58 #include <linux/prefetch.h>
59 #include <linux/mm_inline.h>
60 #include <linux/migrate.h>
61 #include <linux/hugetlb.h>
62 #include <linux/sched/rt.h>
63 #include <linux/sched/mm.h>
64 #include <linux/page_owner.h>
65 #include <linux/kthread.h>
66 #include <linux/memcontrol.h>
67 #include <linux/ftrace.h>
68 #include <linux/lockdep.h>
69 #include <linux/nmi.h>
70 #include <linux/psi.h>
71 #include <linux/padata.h>
72
73 #include <asm/sections.h>
74 #include <asm/tlbflush.h>
75 #include <asm/div64.h>
76 #include "internal.h"
77 #include "shuffle.h"
78 #include "page_reporting.h"
79
80 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
81 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
82 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION    (8)
83
84 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
85 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
86 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
87 #endif
88
89 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(vm_numa_stat_key);
90
91 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
92 /*
93  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
94  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
95  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
96  * defined in <linux/topology.h>.
97  */
98 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
99 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
100 #endif
101
102 /* work_structs for global per-cpu drains */
103 struct pcpu_drain {
104         struct zone *zone;
105         struct work_struct work;
106 };
107 static DEFINE_MUTEX(pcpu_drain_mutex);
108 static DEFINE_PER_CPU(struct pcpu_drain, pcpu_drain);
109
110 #ifdef CONFIG_GCC_PLUGIN_LATENT_ENTROPY
111 volatile unsigned long latent_entropy __latent_entropy;
112 EXPORT_SYMBOL(latent_entropy);
113 #endif
114
115 /*
116  * Array of node states.
117  */
118 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
119         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
120         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
121 #ifndef CONFIG_NUMA
122         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
123 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
124         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
125 #endif
126         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
127         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
128 #endif  /* NUMA */
129 };
130 EXPORT_SYMBOL(node_states);
131
132 atomic_long_t _totalram_pages __read_mostly;
133 EXPORT_SYMBOL(_totalram_pages);
134 unsigned long totalreserve_pages __read_mostly;
135 unsigned long totalcma_pages __read_mostly;
136
137 int percpu_pagelist_fraction;
138 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
139 #ifdef CONFIG_INIT_ON_ALLOC_DEFAULT_ON
140 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(init_on_alloc);
141 #else
142 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(init_on_alloc);
143 #endif
144 EXPORT_SYMBOL(init_on_alloc);
145
146 #ifdef CONFIG_INIT_ON_FREE_DEFAULT_ON
147 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(init_on_free);
148 #else
149 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(init_on_free);
150 #endif
151 EXPORT_SYMBOL(init_on_free);
152
153 static int __init early_init_on_alloc(char *buf)
154 {
155         int ret;
156         bool bool_result;
157
158         if (!buf)
159                 return -EINVAL;
160         ret = kstrtobool(buf, &bool_result);
161         if (bool_result && page_poisoning_enabled())
162                 pr_info("mem auto-init: CONFIG_PAGE_POISONING is on, will take precedence over init_on_alloc\n");
163         if (bool_result)
164                 static_branch_enable(&init_on_alloc);
165         else
166                 static_branch_disable(&init_on_alloc);
167         return ret;
168 }
169 early_param("init_on_alloc", early_init_on_alloc);
170
171 static int __init early_init_on_free(char *buf)
172 {
173         int ret;
174         bool bool_result;
175
176         if (!buf)
177                 return -EINVAL;
178         ret = kstrtobool(buf, &bool_result);
179         if (bool_result && page_poisoning_enabled())
180                 pr_info("mem auto-init: CONFIG_PAGE_POISONING is on, will take precedence over init_on_free\n");
181         if (bool_result)
182                 static_branch_enable(&init_on_free);
183         else
184                 static_branch_disable(&init_on_free);
185         return ret;
186 }
187 early_param("init_on_free", early_init_on_free);
188
189 /*
190  * A cached value of the page's pageblock's migratetype, used when the page is
191  * put on a pcplist. Used to avoid the pageblock migratetype lookup when
192  * freeing from pcplists in most cases, at the cost of possibly becoming stale.
193  * Also the migratetype set in the page does not necessarily match the pcplist
194  * index, e.g. page might have MIGRATE_CMA set but be on a pcplist with any
195  * other index - this ensures that it will be put on the correct CMA freelist.
196  */
197 static inline int get_pcppage_migratetype(struct page *page)
198 {
199         return page->index;
200 }
201
202 static inline void set_pcppage_migratetype(struct page *page, int migratetype)
203 {
204         page->index = migratetype;
205 }
206
207 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
208 /*
209  * The following functions are used by the suspend/hibernate code to temporarily
210  * change gfp_allowed_mask in order to avoid using I/O during memory allocations
211  * while devices are suspended.  To avoid races with the suspend/hibernate code,
212  * they should always be called with system_transition_mutex held
213  * (gfp_allowed_mask also should only be modified with system_transition_mutex
214  * held, unless the suspend/hibernate code is guaranteed not to run in parallel
215  * with that modification).
216  */
217
218 static gfp_t saved_gfp_mask;
219
220 void pm_restore_gfp_mask(void)
221 {
222         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
223         if (saved_gfp_mask) {
224                 gfp_allowed_mask = saved_gfp_mask;
225                 saved_gfp_mask = 0;
226         }
227 }
228
229 void pm_restrict_gfp_mask(void)
230 {
231         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
232         WARN_ON(saved_gfp_mask);
233         saved_gfp_mask = gfp_allowed_mask;
234         gfp_allowed_mask &= ~(__GFP_IO | __GFP_FS);
235 }
236
237 bool pm_suspended_storage(void)
238 {
239         if ((gfp_allowed_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
240                 return false;
241         return true;
242 }
243 #endif /* CONFIG_PM_SLEEP */
244
245 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
246 unsigned int pageblock_order __read_mostly;
247 #endif
248
249 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order);
250
251 /*
252  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
253  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
254  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
255  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
256  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
257  *      HIGHMEM allocation will leave (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
258  *
259  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
260  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
261  */
262 int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES] = {
263 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
264         [ZONE_DMA] = 256,
265 #endif
266 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
267         [ZONE_DMA32] = 256,
268 #endif
269         [ZONE_NORMAL] = 32,
270 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
271         [ZONE_HIGHMEM] = 0,
272 #endif
273         [ZONE_MOVABLE] = 0,
274 };
275
276 static char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
277 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
278          "DMA",
279 #endif
280 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
281          "DMA32",
282 #endif
283          "Normal",
284 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
285          "HighMem",
286 #endif
287          "Movable",
288 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
289          "Device",
290 #endif
291 };
292
293 const char * const migratetype_names[MIGRATE_TYPES] = {
294         "Unmovable",
295         "Movable",
296         "Reclaimable",
297         "HighAtomic",
298 #ifdef CONFIG_CMA
299         "CMA",
300 #endif
301 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
302         "Isolate",
303 #endif
304 };
305
306 compound_page_dtor * const compound_page_dtors[NR_COMPOUND_DTORS] = {
307         [NULL_COMPOUND_DTOR] = NULL,
308         [COMPOUND_PAGE_DTOR] = free_compound_page,
309 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
310         [HUGETLB_PAGE_DTOR] = free_huge_page,
311 #endif
312 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
313         [TRANSHUGE_PAGE_DTOR] = free_transhuge_page,
314 #endif
315 };
316
317 int min_free_kbytes = 1024;
318 int user_min_free_kbytes = -1;
319 #ifdef CONFIG_DISCONTIGMEM
320 /*
321  * DiscontigMem defines memory ranges as separate pg_data_t even if the ranges
322  * are not on separate NUMA nodes. Functionally this works but with
323  * watermark_boost_factor, it can reclaim prematurely as the ranges can be
324  * quite small. By default, do not boost watermarks on discontigmem as in
325  * many cases very high-order allocations like THP are likely to be
326  * unsupported and the premature reclaim offsets the advantage of long-term
327  * fragmentation avoidance.
328  */
329 int watermark_boost_factor __read_mostly;
330 #else
331 int watermark_boost_factor __read_mostly = 15000;
332 #endif
333 int watermark_scale_factor = 10;
334
335 static unsigned long nr_kernel_pages __initdata;
336 static unsigned long nr_all_pages __initdata;
337 static unsigned long dma_reserve __initdata;
338
339 static unsigned long arch_zone_lowest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __initdata;
340 static unsigned long arch_zone_highest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __initdata;
341 static unsigned long required_kernelcore __initdata;
342 static unsigned long required_kernelcore_percent __initdata;
343 static unsigned long required_movablecore __initdata;
344 static unsigned long required_movablecore_percent __initdata;
345 static unsigned long zone_movable_pfn[MAX_NUMNODES] __initdata;
346 static bool mirrored_kernelcore __meminitdata;
347
348 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
349 int movable_zone;
350 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
351
352 #if MAX_NUMNODES > 1
353 unsigned int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
354 unsigned int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
355 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
356 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
357 #endif
358
359 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
360
361 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
362 /*
363  * During boot we initialize deferred pages on-demand, as needed, but once
364  * page_alloc_init_late() has finished, the deferred pages are all initialized,
365  * and we can permanently disable that path.
366  */
367 static DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(deferred_pages);
368
369 /*
370  * Calling kasan_free_pages() only after deferred memory initialization
371  * has completed. Poisoning pages during deferred memory init will greatly
372  * lengthen the process and cause problem in large memory systems as the
373  * deferred pages initialization is done with interrupt disabled.
374  *
375  * Assuming that there will be no reference to those newly initialized
376  * pages before they are ever allocated, this should have no effect on
377  * KASAN memory tracking as the poison will be properly inserted at page
378  * allocation time. The only corner case is when pages are allocated by
379  * on-demand allocation and then freed again before the deferred pages
380  * initialization is done, but this is not likely to happen.
381  */
382 static inline void kasan_free_nondeferred_pages(struct page *page, int order)
383 {
384         if (!static_branch_unlikely(&deferred_pages))
385                 kasan_free_pages(page, order);
386 }
387
388 /* Returns true if the struct page for the pfn is uninitialised */
389 static inline bool __meminit early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
390 {
391         int nid = early_pfn_to_nid(pfn);
392
393         if (node_online(nid) && pfn >= NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn)
394                 return true;
395
396         return false;
397 }
398
399 /*
400  * Returns true when the remaining initialisation should be deferred until
401  * later in the boot cycle when it can be parallelised.
402  */
403 static bool __meminit
404 defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
405 {
406         static unsigned long prev_end_pfn, nr_initialised;
407
408         /*
409          * prev_end_pfn static that contains the end of previous zone
410          * No need to protect because called very early in boot before smp_init.
411          */
412         if (prev_end_pfn != end_pfn) {
413                 prev_end_pfn = end_pfn;
414                 nr_initialised = 0;
415         }
416
417         /* Always populate low zones for address-constrained allocations */
418         if (end_pfn < pgdat_end_pfn(NODE_DATA(nid)))
419                 return false;
420
421         /*
422          * We start only with one section of pages, more pages are added as
423          * needed until the rest of deferred pages are initialized.
424          */
425         nr_initialised++;
426         if ((nr_initialised > PAGES_PER_SECTION) &&
427             (pfn & (PAGES_PER_SECTION - 1)) == 0) {
428                 NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn = pfn;
429                 return true;
430         }
431         return false;
432 }
433 #else
434 #define kasan_free_nondeferred_pages(p, o)      kasan_free_pages(p, o)
435
436 static inline bool early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
437 {
438         return false;
439 }
440
441 static inline bool defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
442 {
443         return false;
444 }
445 #endif
446
447 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
448 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(struct page *page,
449                                                         unsigned long pfn)
450 {
451 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
452         return section_to_usemap(__pfn_to_section(pfn));
453 #else
454         return page_zone(page)->pageblock_flags;
455 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
456 }
457
458 static inline int pfn_to_bitidx(struct page *page, unsigned long pfn)
459 {
460 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
461         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
462 #else
463         pfn = pfn - round_down(page_zone(page)->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
464 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
465         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
466 }
467
468 /**
469  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
470  * @page: The page within the block of interest
471  * @pfn: The target page frame number
472  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
473  *
474  * Return: pageblock_bits flags
475  */
476 static __always_inline
477 unsigned long __get_pfnblock_flags_mask(struct page *page,
478                                         unsigned long pfn,
479                                         unsigned long mask)
480 {
481         unsigned long *bitmap;
482         unsigned long bitidx, word_bitidx;
483         unsigned long word;
484
485         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
486         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
487         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
488         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
489
490         word = bitmap[word_bitidx];
491         return (word >> bitidx) & mask;
492 }
493
494 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long pfn,
495                                         unsigned long mask)
496 {
497         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, mask);
498 }
499
500 static __always_inline int get_pfnblock_migratetype(struct page *page, unsigned long pfn)
501 {
502         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, MIGRATETYPE_MASK);
503 }
504
505 /**
506  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
507  * @page: The page within the block of interest
508  * @flags: The flags to set
509  * @pfn: The target page frame number
510  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
511  */
512 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
513                                         unsigned long pfn,
514                                         unsigned long mask)
515 {
516         unsigned long *bitmap;
517         unsigned long bitidx, word_bitidx;
518         unsigned long old_word, word;
519
520         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
521         BUILD_BUG_ON(MIGRATE_TYPES > (1 << PB_migratetype_bits));
522
523         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
524         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
525         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
526         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
527
528         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(page_zone(page), pfn), page);
529
530         mask <<= bitidx;
531         flags <<= bitidx;
532
533         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
534         for (;;) {
535                 old_word = cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], word, (word & ~mask) | flags);
536                 if (word == old_word)
537                         break;
538                 word = old_word;
539         }
540 }
541
542 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
543 {
544         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
545                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
546                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
547
548         set_pfnblock_flags_mask(page, (unsigned long)migratetype,
549                                 page_to_pfn(page), MIGRATETYPE_MASK);
550 }
551
552 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
553 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
554 {
555         int ret = 0;
556         unsigned seq;
557         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
558         unsigned long sp, start_pfn;
559
560         do {
561                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
562                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
563                 sp = zone->spanned_pages;
564                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
565                         ret = 1;
566         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
567
568         if (ret)
569                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
570                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
571                         start_pfn, start_pfn + sp);
572
573         return ret;
574 }
575
576 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
577 {
578         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page)))
579                 return 0;
580         if (zone != page_zone(page))
581                 return 0;
582
583         return 1;
584 }
585 /*
586  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
587  */
588 static int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
589 {
590         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
591                 return 1;
592         if (!page_is_consistent(zone, page))
593                 return 1;
594
595         return 0;
596 }
597 #else
598 static inline int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
599 {
600         return 0;
601 }
602 #endif
603
604 static void bad_page(struct page *page, const char *reason)
605 {
606         static unsigned long resume;
607         static unsigned long nr_shown;
608         static unsigned long nr_unshown;
609
610         /*
611          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
612          * or allow a steady drip of one report per second.
613          */
614         if (nr_shown == 60) {
615                 if (time_before(jiffies, resume)) {
616                         nr_unshown++;
617                         goto out;
618                 }
619                 if (nr_unshown) {
620                         pr_alert(
621                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
622                                 nr_unshown);
623                         nr_unshown = 0;
624                 }
625                 nr_shown = 0;
626         }
627         if (nr_shown++ == 0)
628                 resume = jiffies + 60 * HZ;
629
630         pr_alert("BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
631                 current->comm, page_to_pfn(page));
632         __dump_page(page, reason);
633         dump_page_owner(page);
634
635         print_modules();
636         dump_stack();
637 out:
638         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
639         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
640         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
641 }
642
643 /*
644  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
645  *
646  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page" and have PG_head set.
647  *
648  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages". PageTail() is encoded
649  * in bit 0 of page->compound_head. The rest of bits is pointer to head page.
650  *
651  * The first tail page's ->compound_dtor holds the offset in array of compound
652  * page destructors. See compound_page_dtors.
653  *
654  * The first tail page's ->compound_order holds the order of allocation.
655  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
656  */
657
658 void free_compound_page(struct page *page)
659 {
660         mem_cgroup_uncharge(page);
661         __free_pages_ok(page, compound_order(page));
662 }
663
664 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned int order)
665 {
666         int i;
667         int nr_pages = 1 << order;
668
669         __SetPageHead(page);
670         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
671                 struct page *p = page + i;
672                 set_page_count(p, 0);
673                 p->mapping = TAIL_MAPPING;
674                 set_compound_head(p, page);
675         }
676
677         set_compound_page_dtor(page, COMPOUND_PAGE_DTOR);
678         set_compound_order(page, order);
679         atomic_set(compound_mapcount_ptr(page), -1);
680         if (hpage_pincount_available(page))
681                 atomic_set(compound_pincount_ptr(page), 0);
682 }
683
684 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
685 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
686
687 bool _debug_pagealloc_enabled_early __read_mostly
688                         = IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC_ENABLE_DEFAULT);
689 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled_early);
690 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(_debug_pagealloc_enabled);
691 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled);
692
693 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(_debug_guardpage_enabled);
694
695 static int __init early_debug_pagealloc(char *buf)
696 {
697         return kstrtobool(buf, &_debug_pagealloc_enabled_early);
698 }
699 early_param("debug_pagealloc", early_debug_pagealloc);
700
701 void init_debug_pagealloc(void)
702 {
703         if (!debug_pagealloc_enabled())
704                 return;
705
706         static_branch_enable(&_debug_pagealloc_enabled);
707
708         if (!debug_guardpage_minorder())
709                 return;
710
711         static_branch_enable(&_debug_guardpage_enabled);
712 }
713
714 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
715 {
716         unsigned long res;
717
718         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
719                 pr_err("Bad debug_guardpage_minorder value\n");
720                 return 0;
721         }
722         _debug_guardpage_minorder = res;
723         pr_info("Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
724         return 0;
725 }
726 early_param("debug_guardpage_minorder", debug_guardpage_minorder_setup);
727
728 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
729                                 unsigned int order, int migratetype)
730 {
731         if (!debug_guardpage_enabled())
732                 return false;
733
734         if (order >= debug_guardpage_minorder())
735                 return false;
736
737         __SetPageGuard(page);
738         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
739         set_page_private(page, order);
740         /* Guard pages are not available for any usage */
741         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order), migratetype);
742
743         return true;
744 }
745
746 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
747                                 unsigned int order, int migratetype)
748 {
749         if (!debug_guardpage_enabled())
750                 return;
751
752         __ClearPageGuard(page);
753
754         set_page_private(page, 0);
755         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
756                 __mod_zone_freepage_state(zone, (1 << order), migratetype);
757 }
758 #else
759 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
760                         unsigned int order, int migratetype) { return false; }
761 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
762                                 unsigned int order, int migratetype) {}
763 #endif
764
765 static inline void set_page_order(struct page *page, unsigned int order)
766 {
767         set_page_private(page, order);
768         __SetPageBuddy(page);
769 }
770
771 /*
772  * This function checks whether a page is free && is the buddy
773  * we can coalesce a page and its buddy if
774  * (a) the buddy is not in a hole (check before calling!) &&
775  * (b) the buddy is in the buddy system &&
776  * (c) a page and its buddy have the same order &&
777  * (d) a page and its buddy are in the same zone.
778  *
779  * For recording whether a page is in the buddy system, we set PageBuddy.
780  * Setting, clearing, and testing PageBuddy is serialized by zone->lock.
781  *
782  * For recording page's order, we use page_private(page).
783  */
784 static inline bool page_is_buddy(struct page *page, struct page *buddy,
785                                                         unsigned int order)
786 {
787         if (!page_is_guard(buddy) && !PageBuddy(buddy))
788                 return false;
789
790         if (page_order(buddy) != order)
791                 return false;
792
793         /*
794          * zone check is done late to avoid uselessly calculating
795          * zone/node ids for pages that could never merge.
796          */
797         if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
798                 return false;
799
800         VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
801
802         return true;
803 }
804
805 #ifdef CONFIG_COMPACTION
806 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
807 {
808         struct capture_control *capc = current->capture_control;
809
810         return unlikely(capc) &&
811                 !(current->flags & PF_KTHREAD) &&
812                 !capc->page &&
813                 capc->cc->zone == zone ? capc : NULL;
814 }
815
816 static inline bool
817 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
818                    int order, int migratetype)
819 {
820         if (!capc || order != capc->cc->order)
821                 return false;
822
823         /* Do not accidentally pollute CMA or isolated regions*/
824         if (is_migrate_cma(migratetype) ||
825             is_migrate_isolate(migratetype))
826                 return false;
827
828         /*
829          * Do not let lower order allocations polluate a movable pageblock.
830          * This might let an unmovable request use a reclaimable pageblock
831          * and vice-versa but no more than normal fallback logic which can
832          * have trouble finding a high-order free page.
833          */
834         if (order < pageblock_order && migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
835                 return false;
836
837         capc->page = page;
838         return true;
839 }
840
841 #else
842 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
843 {
844         return NULL;
845 }
846
847 static inline bool
848 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
849                    int order, int migratetype)
850 {
851         return false;
852 }
853 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
854
855 /* Used for pages not on another list */
856 static inline void add_to_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
857                                     unsigned int order, int migratetype)
858 {
859         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
860
861         list_add(&page->lru, &area->free_list[migratetype]);
862         area->nr_free++;
863 }
864
865 /* Used for pages not on another list */
866 static inline void add_to_free_list_tail(struct page *page, struct zone *zone,
867                                          unsigned int order, int migratetype)
868 {
869         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
870
871         list_add_tail(&page->lru, &area->free_list[migratetype]);
872         area->nr_free++;
873 }
874
875 /* Used for pages which are on another list */
876 static inline void move_to_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
877                                      unsigned int order, int migratetype)
878 {
879         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
880
881         list_move(&page->lru, &area->free_list[migratetype]);
882 }
883
884 static inline void del_page_from_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
885                                            unsigned int order)
886 {
887         /* clear reported state and update reported page count */
888         if (page_reported(page))
889                 __ClearPageReported(page);
890
891         list_del(&page->lru);
892         __ClearPageBuddy(page);
893         set_page_private(page, 0);
894         zone->free_area[order].nr_free--;
895 }
896
897 /*
898  * If this is not the largest possible page, check if the buddy
899  * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
900  * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
901  * that is happening, add the free page to the tail of the list
902  * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
903  * as a higher order page
904  */
905 static inline bool
906 buddy_merge_likely(unsigned long pfn, unsigned long buddy_pfn,
907                    struct page *page, unsigned int order)
908 {
909         struct page *higher_page, *higher_buddy;
910         unsigned long combined_pfn;
911
912         if (order >= MAX_ORDER - 2)
913                 return false;
914
915         if (!pfn_valid_within(buddy_pfn))
916                 return false;
917
918         combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
919         higher_page = page + (combined_pfn - pfn);
920         buddy_pfn = __find_buddy_pfn(combined_pfn, order + 1);
921         higher_buddy = higher_page + (buddy_pfn - combined_pfn);
922
923         return pfn_valid_within(buddy_pfn) &&
924                page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1);
925 }
926
927 /*
928  * Freeing function for a buddy system allocator.
929  *
930  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
931  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
932  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
933  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
934  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
935  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
936  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
937  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
938  * parts of the VM system.
939  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
940  * free pages of length of (1 << order) and marked with PageBuddy.
941  * Page's order is recorded in page_private(page) field.
942  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
943  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
944  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
945  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
946  * triggers coalescing into a block of larger size.
947  *
948  * -- nyc
949  */
950
951 static inline void __free_one_page(struct page *page,
952                 unsigned long pfn,
953                 struct zone *zone, unsigned int order,
954                 int migratetype, bool report)
955 {
956         struct capture_control *capc = task_capc(zone);
957         unsigned long buddy_pfn;
958         unsigned long combined_pfn;
959         unsigned int max_order;
960         struct page *buddy;
961         bool to_tail;
962
963         max_order = min_t(unsigned int, MAX_ORDER, pageblock_order + 1);
964
965         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
966         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
967
968         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
969         if (likely(!is_migrate_isolate(migratetype)))
970                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
971
972         VM_BUG_ON_PAGE(pfn & ((1 << order) - 1), page);
973         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
974
975 continue_merging:
976         while (order < max_order - 1) {
977                 if (compaction_capture(capc, page, order, migratetype)) {
978                         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
979                                                                 migratetype);
980                         return;
981                 }
982                 buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
983                 buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
984
985                 if (!pfn_valid_within(buddy_pfn))
986                         goto done_merging;
987                 if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
988                         goto done_merging;
989                 /*
990                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
991                  * merge with it and move up one order.
992                  */
993                 if (page_is_guard(buddy))
994                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
995                 else
996                         del_page_from_free_list(buddy, zone, order);
997                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
998                 page = page + (combined_pfn - pfn);
999                 pfn = combined_pfn;
1000                 order++;
1001         }
1002         if (max_order < MAX_ORDER) {
1003                 /* If we are here, it means order is >= pageblock_order.
1004                  * We want to prevent merge between freepages on isolate
1005                  * pageblock and normal pageblock. Without this, pageblock
1006                  * isolation could cause incorrect freepage or CMA accounting.
1007                  *
1008                  * We don't want to hit this code for the more frequent
1009                  * low-order merging.
1010                  */
1011                 if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone))) {
1012                         int buddy_mt;
1013
1014                         buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
1015                         buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
1016                         buddy_mt = get_pageblock_migratetype(buddy);
1017
1018                         if (migratetype != buddy_mt
1019                                         && (is_migrate_isolate(migratetype) ||
1020                                                 is_migrate_isolate(buddy_mt)))
1021                                 goto done_merging;
1022                 }
1023                 max_order++;
1024                 goto continue_merging;
1025         }
1026
1027 done_merging:
1028         set_page_order(page, order);
1029
1030         if (is_shuffle_order(order))
1031                 to_tail = shuffle_pick_tail();
1032         else
1033                 to_tail = buddy_merge_likely(pfn, buddy_pfn, page, order);
1034
1035         if (to_tail)
1036                 add_to_free_list_tail(page, zone, order, migratetype);
1037         else
1038                 add_to_free_list(page, zone, order, migratetype);
1039
1040         /* Notify page reporting subsystem of freed page */
1041         if (report)
1042                 page_reporting_notify_free(order);
1043 }
1044
1045 /*
1046  * A bad page could be due to a number of fields. Instead of multiple branches,
1047  * try and check multiple fields with one check. The caller must do a detailed
1048  * check if necessary.
1049  */
1050 static inline bool page_expected_state(struct page *page,
1051                                         unsigned long check_flags)
1052 {
1053         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1054                 return false;
1055
1056         if (unlikely((unsigned long)page->mapping |
1057                         page_ref_count(page) |
1058 #ifdef CONFIG_MEMCG
1059                         (unsigned long)page->mem_cgroup |
1060 #endif
1061                         (page->flags & check_flags)))
1062                 return false;
1063
1064         return true;
1065 }
1066
1067 static const char *page_bad_reason(struct page *page, unsigned long flags)
1068 {
1069         const char *bad_reason = NULL;
1070
1071         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1072                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1073         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1074                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1075         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
1076                 bad_reason = "nonzero _refcount";
1077         if (unlikely(page->flags & flags)) {
1078                 if (flags == PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)
1079                         bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag(s) set";
1080                 else
1081                         bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
1082         }
1083 #ifdef CONFIG_MEMCG
1084         if (unlikely(page->mem_cgroup))
1085                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
1086 #endif
1087         return bad_reason;
1088 }
1089
1090 static void check_free_page_bad(struct page *page)
1091 {
1092         bad_page(page,
1093                  page_bad_reason(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE));
1094 }
1095
1096 static inline int check_free_page(struct page *page)
1097 {
1098         if (likely(page_expected_state(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)))
1099                 return 0;
1100
1101         /* Something has gone sideways, find it */
1102         check_free_page_bad(page);
1103         return 1;
1104 }
1105
1106 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
1107 {
1108         int ret = 1;
1109
1110         /*
1111          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
1112          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
1113          */
1114         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
1115
1116         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM)) {
1117                 ret = 0;
1118                 goto out;
1119         }
1120         switch (page - head_page) {
1121         case 1:
1122                 /* the first tail page: ->mapping may be compound_mapcount() */
1123                 if (unlikely(compound_mapcount(page))) {
1124                         bad_page(page, "nonzero compound_mapcount");
1125                         goto out;
1126                 }
1127                 break;
1128         case 2:
1129                 /*
1130                  * the second tail page: ->mapping is
1131                  * deferred_list.next -- ignore value.
1132                  */
1133                 break;
1134         default:
1135                 if (page->mapping != TAIL_MAPPING) {
1136                         bad_page(page, "corrupted mapping in tail page");
1137                         goto out;
1138                 }
1139                 break;
1140         }
1141         if (unlikely(!PageTail(page))) {
1142                 bad_page(page, "PageTail not set");
1143                 goto out;
1144         }
1145         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
1146                 bad_page(page, "compound_head not consistent");
1147                 goto out;
1148         }
1149         ret = 0;
1150 out:
1151         page->mapping = NULL;
1152         clear_compound_head(page);
1153         return ret;
1154 }
1155
1156 static void kernel_init_free_pages(struct page *page, int numpages)
1157 {
1158         int i;
1159
1160         /* s390's use of memset() could override KASAN redzones. */
1161         kasan_disable_current();
1162         for (i = 0; i < numpages; i++)
1163                 clear_highpage(page + i);
1164         kasan_enable_current();
1165 }
1166
1167 static __always_inline bool free_pages_prepare(struct page *page,
1168                                         unsigned int order, bool check_free)
1169 {
1170         int bad = 0;
1171
1172         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
1173
1174         trace_mm_page_free(page, order);
1175
1176         /*
1177          * Check tail pages before head page information is cleared to
1178          * avoid checking PageCompound for order-0 pages.
1179          */
1180         if (unlikely(order)) {
1181                 bool compound = PageCompound(page);
1182                 int i;
1183
1184                 VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
1185
1186                 if (compound)
1187                         ClearPageDoubleMap(page);
1188                 for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1189                         if (compound)
1190                                 bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
1191                         if (unlikely(check_free_page(page + i))) {
1192                                 bad++;
1193                                 continue;
1194                         }
1195                         (page + i)->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1196                 }
1197         }
1198         if (PageMappingFlags(page))
1199                 page->mapping = NULL;
1200         if (memcg_kmem_enabled() && PageKmemcg(page))
1201                 __memcg_kmem_uncharge_page(page, order);
1202         if (check_free)
1203                 bad += check_free_page(page);
1204         if (bad)
1205                 return false;
1206
1207         page_cpupid_reset_last(page);
1208         page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1209         reset_page_owner(page, order);
1210
1211         if (!PageHighMem(page)) {
1212                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1213                                            PAGE_SIZE << order);
1214                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1215                                            PAGE_SIZE << order);
1216         }
1217         if (want_init_on_free())
1218                 kernel_init_free_pages(page, 1 << order);
1219
1220         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 0);
1221         /*
1222          * arch_free_page() can make the page's contents inaccessible.  s390
1223          * does this.  So nothing which can access the page's contents should
1224          * happen after this.
1225          */
1226         arch_free_page(page, order);
1227
1228         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1229                 kernel_map_pages(page, 1 << order, 0);
1230
1231         kasan_free_nondeferred_pages(page, order);
1232
1233         return true;
1234 }
1235
1236 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1237 /*
1238  * With DEBUG_VM enabled, order-0 pages are checked immediately when being freed
1239  * to pcp lists. With debug_pagealloc also enabled, they are also rechecked when
1240  * moved from pcp lists to free lists.
1241  */
1242 static bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1243 {
1244         return free_pages_prepare(page, 0, true);
1245 }
1246
1247 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1248 {
1249         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1250                 return check_free_page(page);
1251         else
1252                 return false;
1253 }
1254 #else
1255 /*
1256  * With DEBUG_VM disabled, order-0 pages being freed are checked only when
1257  * moving from pcp lists to free list in order to reduce overhead. With
1258  * debug_pagealloc enabled, they are checked also immediately when being freed
1259  * to the pcp lists.
1260  */
1261 static bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1262 {
1263         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1264                 return free_pages_prepare(page, 0, true);
1265         else
1266                 return free_pages_prepare(page, 0, false);
1267 }
1268
1269 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1270 {
1271         return check_free_page(page);
1272 }
1273 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1274
1275 static inline void prefetch_buddy(struct page *page)
1276 {
1277         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1278         unsigned long buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, 0);
1279         struct page *buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
1280
1281         prefetch(buddy);
1282 }
1283
1284 /*
1285  * Frees a number of pages from the PCP lists
1286  * Assumes all pages on list are in same zone, and of same order.
1287  * count is the number of pages to free.
1288  *
1289  * If the zone was previously in an "all pages pinned" state then look to
1290  * see if this freeing clears that state.
1291  *
1292  * And clear the zone's pages_scanned counter, to hold off the "all pages are
1293  * pinned" detection logic.
1294  */
1295 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
1296                                         struct per_cpu_pages *pcp)
1297 {
1298         int migratetype = 0;
1299         int batch_free = 0;
1300         int prefetch_nr = 0;
1301         bool isolated_pageblocks;
1302         struct page *page, *tmp;
1303         LIST_HEAD(head);
1304
1305         /*
1306          * Ensure proper count is passed which otherwise would stuck in the
1307          * below while (list_empty(list)) loop.
1308          */
1309         count = min(pcp->count, count);
1310         while (count) {
1311                 struct list_head *list;
1312
1313                 /*
1314                  * Remove pages from lists in a round-robin fashion. A
1315                  * batch_free count is maintained that is incremented when an
1316                  * empty list is encountered.  This is so more pages are freed
1317                  * off fuller lists instead of spinning excessively around empty
1318                  * lists
1319                  */
1320                 do {
1321                         batch_free++;
1322                         if (++migratetype == MIGRATE_PCPTYPES)
1323                                 migratetype = 0;
1324                         list = &pcp->lists[migratetype];
1325                 } while (list_empty(list));
1326
1327                 /* This is the only non-empty list. Free them all. */
1328                 if (batch_free == MIGRATE_PCPTYPES)
1329                         batch_free = count;
1330
1331                 do {
1332                         page = list_last_entry(list, struct page, lru);
1333                         /* must delete to avoid corrupting pcp list */
1334                         list_del(&page->lru);
1335                         pcp->count--;
1336
1337                         if (bulkfree_pcp_prepare(page))
1338                                 continue;
1339
1340                         list_add_tail(&page->lru, &head);
1341
1342                         /*
1343                          * We are going to put the page back to the global
1344                          * pool, prefetch its buddy to speed up later access
1345                          * under zone->lock. It is believed the overhead of
1346                          * an additional test and calculating buddy_pfn here
1347                          * can be offset by reduced memory latency later. To
1348                          * avoid excessive prefetching due to large count, only
1349                          * prefetch buddy for the first pcp->batch nr of pages.
1350                          */
1351                         if (prefetch_nr++ < pcp->batch)
1352                                 prefetch_buddy(page);
1353                 } while (--count && --batch_free && !list_empty(list));
1354         }
1355
1356         spin_lock(&zone->lock);
1357         isolated_pageblocks = has_isolate_pageblock(zone);
1358
1359         /*
1360          * Use safe version since after __free_one_page(),
1361          * page->lru.next will not point to original list.
1362          */
1363         list_for_each_entry_safe(page, tmp, &head, lru) {
1364                 int mt = get_pcppage_migratetype(page);
1365                 /* MIGRATE_ISOLATE page should not go to pcplists */
1366                 VM_BUG_ON_PAGE(is_migrate_isolate(mt), page);
1367                 /* Pageblock could have been isolated meanwhile */
1368                 if (unlikely(isolated_pageblocks))
1369                         mt = get_pageblock_migratetype(page);
1370
1371                 __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, 0, mt, true);
1372                 trace_mm_page_pcpu_drain(page, 0, mt);
1373         }
1374         spin_unlock(&zone->lock);
1375 }
1376
1377 static void free_one_page(struct zone *zone,
1378                                 struct page *page, unsigned long pfn,
1379                                 unsigned int order,
1380                                 int migratetype)
1381 {
1382         spin_lock(&zone->lock);
1383         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1384                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1385                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1386         }
1387         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype, true);
1388         spin_unlock(&zone->lock);
1389 }
1390
1391 static void __meminit __init_single_page(struct page *page, unsigned long pfn,
1392                                 unsigned long zone, int nid)
1393 {
1394         mm_zero_struct_page(page);
1395         set_page_links(page, zone, nid, pfn);
1396         init_page_count(page);
1397         page_mapcount_reset(page);
1398         page_cpupid_reset_last(page);
1399         page_kasan_tag_reset(page);
1400
1401         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1402 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
1403         /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
1404         if (!is_highmem_idx(zone))
1405                 set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
1406 #endif
1407 }
1408
1409 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1410 static void __meminit init_reserved_page(unsigned long pfn)
1411 {
1412         pg_data_t *pgdat;
1413         int nid, zid;
1414
1415         if (!early_page_uninitialised(pfn))
1416                 return;
1417
1418         nid = early_pfn_to_nid(pfn);
1419         pgdat = NODE_DATA(nid);
1420
1421         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1422                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zid];
1423
1424                 if (pfn >= zone->zone_start_pfn && pfn < zone_end_pfn(zone))
1425                         break;
1426         }
1427         __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zid, nid);
1428 }
1429 #else
1430 static inline void init_reserved_page(unsigned long pfn)
1431 {
1432 }
1433 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1434
1435 /*
1436  * Initialised pages do not have PageReserved set. This function is
1437  * called for each range allocated by the bootmem allocator and
1438  * marks the pages PageReserved. The remaining valid pages are later
1439  * sent to the buddy page allocator.
1440  */
1441 void __meminit reserve_bootmem_region(phys_addr_t start, phys_addr_t end)
1442 {
1443         unsigned long start_pfn = PFN_DOWN(start);
1444         unsigned long end_pfn = PFN_UP(end);
1445
1446         for (; start_pfn < end_pfn; start_pfn++) {
1447                 if (pfn_valid(start_pfn)) {
1448                         struct page *page = pfn_to_page(start_pfn);
1449
1450                         init_reserved_page(start_pfn);
1451
1452                         /* Avoid false-positive PageTail() */
1453                         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1454
1455                         /*
1456                          * no need for atomic set_bit because the struct
1457                          * page is not visible yet so nobody should
1458                          * access it yet.
1459                          */
1460                         __SetPageReserved(page);
1461                 }
1462         }
1463 }
1464
1465 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order)
1466 {
1467         unsigned long flags;
1468         int migratetype;
1469         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1470
1471         if (!free_pages_prepare(page, order, true))
1472                 return;
1473
1474         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1475         local_irq_save(flags);
1476         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1477         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype);
1478         local_irq_restore(flags);
1479 }
1480
1481 void __free_pages_core(struct page *page, unsigned int order)
1482 {
1483         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1484         struct page *p = page;
1485         unsigned int loop;
1486
1487         prefetchw(p);
1488         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1489                 prefetchw(p + 1);
1490                 __ClearPageReserved(p);
1491                 set_page_count(p, 0);
1492         }
1493         __ClearPageReserved(p);
1494         set_page_count(p, 0);
1495
1496         atomic_long_add(nr_pages, &page_zone(page)->managed_pages);
1497         set_page_refcounted(page);
1498         __free_pages(page, order);
1499 }
1500
1501 #ifdef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
1502
1503 static struct mminit_pfnnid_cache early_pfnnid_cache __meminitdata;
1504
1505 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID
1506
1507 /*
1508  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
1509  */
1510 int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn,
1511                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1512 {
1513         unsigned long start_pfn, end_pfn;
1514         int nid;
1515
1516         if (state->last_start <= pfn && pfn < state->last_end)
1517                 return state->last_nid;
1518
1519         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
1520         if (nid != NUMA_NO_NODE) {
1521                 state->last_start = start_pfn;
1522                 state->last_end = end_pfn;
1523                 state->last_nid = nid;
1524         }
1525
1526         return nid;
1527 }
1528 #endif /* CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID */
1529
1530 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
1531 {
1532         static DEFINE_SPINLOCK(early_pfn_lock);
1533         int nid;
1534
1535         spin_lock(&early_pfn_lock);
1536         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1537         if (nid < 0)
1538                 nid = first_online_node;
1539         spin_unlock(&early_pfn_lock);
1540
1541         return nid;
1542 }
1543 #endif /* CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES */
1544
1545 void __init memblock_free_pages(struct page *page, unsigned long pfn,
1546                                                         unsigned int order)
1547 {
1548         if (early_page_uninitialised(pfn))
1549                 return;
1550         __free_pages_core(page, order);
1551 }
1552
1553 /*
1554  * Check that the whole (or subset of) a pageblock given by the interval of
1555  * [start_pfn, end_pfn) is valid and within the same zone, before scanning it
1556  * with the migration of free compaction scanner. The scanners then need to
1557  * use only pfn_valid_within() check for arches that allow holes within
1558  * pageblocks.
1559  *
1560  * Return struct page pointer of start_pfn, or NULL if checks were not passed.
1561  *
1562  * It's possible on some configurations to have a setup like node0 node1 node0
1563  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of pages do not
1564  * belong to a single zone. We assume that a border between node0 and node1
1565  * can occur within a single pageblock, but not a node0 node1 node0
1566  * interleaving within a single pageblock. It is therefore sufficient to check
1567  * the first and last page of a pageblock and avoid checking each individual
1568  * page in a pageblock.
1569  */
1570 struct page *__pageblock_pfn_to_page(unsigned long start_pfn,
1571                                      unsigned long end_pfn, struct zone *zone)
1572 {
1573         struct page *start_page;
1574         struct page *end_page;
1575
1576         /* end_pfn is one past the range we are checking */
1577         end_pfn--;
1578
1579         if (!pfn_valid(start_pfn) || !pfn_valid(end_pfn))
1580                 return NULL;
1581
1582         start_page = pfn_to_online_page(start_pfn);
1583         if (!start_page)
1584                 return NULL;
1585
1586         if (page_zone(start_page) != zone)
1587                 return NULL;
1588
1589         end_page = pfn_to_page(end_pfn);
1590
1591         /* This gives a shorter code than deriving page_zone(end_page) */
1592         if (page_zone_id(start_page) != page_zone_id(end_page))
1593                 return NULL;
1594
1595         return start_page;
1596 }
1597
1598 void set_zone_contiguous(struct zone *zone)
1599 {
1600         unsigned long block_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
1601         unsigned long block_end_pfn;
1602
1603         block_end_pfn = ALIGN(block_start_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
1604         for (; block_start_pfn < zone_end_pfn(zone);
1605                         block_start_pfn = block_end_pfn,
1606                          block_end_pfn += pageblock_nr_pages) {
1607
1608                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, zone_end_pfn(zone));
1609
1610                 if (!__pageblock_pfn_to_page(block_start_pfn,
1611                                              block_end_pfn, zone))
1612                         return;
1613                 cond_resched();
1614         }
1615
1616         /* We confirm that there is no hole */
1617         zone->contiguous = true;
1618 }
1619
1620 void clear_zone_contiguous(struct zone *zone)
1621 {
1622         zone->contiguous = false;
1623 }
1624
1625 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1626 static void __init deferred_free_range(unsigned long pfn,
1627                                        unsigned long nr_pages)
1628 {
1629         struct page *page;
1630         unsigned long i;
1631
1632         if (!nr_pages)
1633                 return;
1634
1635         page = pfn_to_page(pfn);
1636
1637         /* Free a large naturally-aligned chunk if possible */
1638         if (nr_pages == pageblock_nr_pages &&
1639             (pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0) {
1640                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1641                 __free_pages_core(page, pageblock_order);
1642                 return;
1643         }
1644
1645         for (i = 0; i < nr_pages; i++, page++, pfn++) {
1646                 if ((pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0)
1647                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1648                 __free_pages_core(page, 0);
1649         }
1650 }
1651
1652 /* Completion tracking for deferred_init_memmap() threads */
1653 static atomic_t pgdat_init_n_undone __initdata;
1654 static __initdata DECLARE_COMPLETION(pgdat_init_all_done_comp);
1655
1656 static inline void __init pgdat_init_report_one_done(void)
1657 {
1658         if (atomic_dec_and_test(&pgdat_init_n_undone))
1659                 complete(&pgdat_init_all_done_comp);
1660 }
1661
1662 /*
1663  * Returns true if page needs to be initialized or freed to buddy allocator.
1664  *
1665  * First we check if pfn is valid on architectures where it is possible to have
1666  * holes within pageblock_nr_pages. On systems where it is not possible, this
1667  * function is optimized out.
1668  *
1669  * Then, we check if a current large page is valid by only checking the validity
1670  * of the head pfn.
1671  */
1672 static inline bool __init deferred_pfn_valid(unsigned long pfn)
1673 {
1674         if (!pfn_valid_within(pfn))
1675                 return false;
1676         if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) && !pfn_valid(pfn))
1677                 return false;
1678         return true;
1679 }
1680
1681 /*
1682  * Free pages to buddy allocator. Try to free aligned pages in
1683  * pageblock_nr_pages sizes.
1684  */
1685 static void __init deferred_free_pages(unsigned long pfn,
1686                                        unsigned long end_pfn)
1687 {
1688         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1689         unsigned long nr_free = 0;
1690
1691         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1692                 if (!deferred_pfn_valid(pfn)) {
1693                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1694                         nr_free = 0;
1695                 } else if (!(pfn & nr_pgmask)) {
1696                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1697                         nr_free = 1;
1698                 } else {
1699                         nr_free++;
1700                 }
1701         }
1702         /* Free the last block of pages to allocator */
1703         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1704 }
1705
1706 /*
1707  * Initialize struct pages.  We minimize pfn page lookups and scheduler checks
1708  * by performing it only once every pageblock_nr_pages.
1709  * Return number of pages initialized.
1710  */
1711 static unsigned long  __init deferred_init_pages(struct zone *zone,
1712                                                  unsigned long pfn,
1713                                                  unsigned long end_pfn)
1714 {
1715         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1716         int nid = zone_to_nid(zone);
1717         unsigned long nr_pages = 0;
1718         int zid = zone_idx(zone);
1719         struct page *page = NULL;
1720
1721         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1722                 if (!deferred_pfn_valid(pfn)) {
1723                         page = NULL;
1724                         continue;
1725                 } else if (!page || !(pfn & nr_pgmask)) {
1726                         page = pfn_to_page(pfn);
1727                 } else {
1728                         page++;
1729                 }
1730                 __init_single_page(page, pfn, zid, nid);
1731                 nr_pages++;
1732         }
1733         return (nr_pages);
1734 }
1735
1736 /*
1737  * This function is meant to pre-load the iterator for the zone init.
1738  * Specifically it walks through the ranges until we are caught up to the
1739  * first_init_pfn value and exits there. If we never encounter the value we
1740  * return false indicating there are no valid ranges left.
1741  */
1742 static bool __init
1743 deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(u64 *i, struct zone *zone,
1744                                     unsigned long *spfn, unsigned long *epfn,
1745                                     unsigned long first_init_pfn)
1746 {
1747         u64 j;
1748
1749         /*
1750          * Start out by walking through the ranges in this zone that have
1751          * already been initialized. We don't need to do anything with them
1752          * so we just need to flush them out of the system.
1753          */
1754         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone(j, zone, spfn, epfn) {
1755                 if (*epfn <= first_init_pfn)
1756                         continue;
1757                 if (*spfn < first_init_pfn)
1758                         *spfn = first_init_pfn;
1759                 *i = j;
1760                 return true;
1761         }
1762
1763         return false;
1764 }
1765
1766 /*
1767  * Initialize and free pages. We do it in two loops: first we initialize
1768  * struct page, then free to buddy allocator, because while we are
1769  * freeing pages we can access pages that are ahead (computing buddy
1770  * page in __free_one_page()).
1771  *
1772  * In order to try and keep some memory in the cache we have the loop
1773  * broken along max page order boundaries. This way we will not cause
1774  * any issues with the buddy page computation.
1775  */
1776 static unsigned long __init
1777 deferred_init_maxorder(u64 *i, struct zone *zone, unsigned long *start_pfn,
1778                        unsigned long *end_pfn)
1779 {
1780         unsigned long mo_pfn = ALIGN(*start_pfn + 1, MAX_ORDER_NR_PAGES);
1781         unsigned long spfn = *start_pfn, epfn = *end_pfn;
1782         unsigned long nr_pages = 0;
1783         u64 j = *i;
1784
1785         /* First we loop through and initialize the page values */
1786         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone_from(j, zone, start_pfn, end_pfn) {
1787                 unsigned long t;
1788
1789                 if (mo_pfn <= *start_pfn)
1790                         break;
1791
1792                 t = min(mo_pfn, *end_pfn);
1793                 nr_pages += deferred_init_pages(zone, *start_pfn, t);
1794
1795                 if (mo_pfn < *end_pfn) {
1796                         *start_pfn = mo_pfn;
1797                         break;
1798                 }
1799         }
1800
1801         /* Reset values and now loop through freeing pages as needed */
1802         swap(j, *i);
1803
1804         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone_from(j, zone, &spfn, &epfn) {
1805                 unsigned long t;
1806
1807                 if (mo_pfn <= spfn)
1808                         break;
1809
1810                 t = min(mo_pfn, epfn);
1811                 deferred_free_pages(spfn, t);
1812
1813                 if (mo_pfn <= epfn)
1814                         break;
1815         }
1816
1817         return nr_pages;
1818 }
1819
1820 static void __init
1821 deferred_init_memmap_chunk(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn,
1822                            void *arg)
1823 {
1824         unsigned long spfn, epfn;
1825         struct zone *zone = arg;
1826         u64 i;
1827
1828         deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn, start_pfn);
1829
1830         /*
1831          * Initialize and free pages in MAX_ORDER sized increments so that we
1832          * can avoid introducing any issues with the buddy allocator.
1833          */
1834         while (spfn < end_pfn) {
1835                 deferred_init_maxorder(&i, zone, &spfn, &epfn);
1836                 cond_resched();
1837         }
1838 }
1839
1840 /* An arch may override for more concurrency. */
1841 __weak int __init
1842 deferred_page_init_max_threads(const struct cpumask *node_cpumask)
1843 {
1844         return 1;
1845 }
1846
1847 /* Initialise remaining memory on a node */
1848 static int __init deferred_init_memmap(void *data)
1849 {
1850         pg_data_t *pgdat = data;
1851         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
1852         unsigned long spfn = 0, epfn = 0;
1853         unsigned long first_init_pfn, flags;
1854         unsigned long start = jiffies;
1855         struct zone *zone;
1856         int zid, max_threads;
1857         u64 i;
1858
1859         /* Bind memory initialisation thread to a local node if possible */
1860         if (!cpumask_empty(cpumask))
1861                 set_cpus_allowed_ptr(current, cpumask);
1862
1863         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
1864         first_init_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1865         if (first_init_pfn == ULONG_MAX) {
1866                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1867                 pgdat_init_report_one_done();
1868                 return 0;
1869         }
1870
1871         /* Sanity check boundaries */
1872         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn < pgdat->node_start_pfn);
1873         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn > pgdat_end_pfn(pgdat));
1874         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
1875
1876         /*
1877          * Once we unlock here, the zone cannot be grown anymore, thus if an
1878          * interrupt thread must allocate this early in boot, zone must be
1879          * pre-grown prior to start of deferred page initialization.
1880          */
1881         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1882
1883         /* Only the highest zone is deferred so find it */
1884         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1885                 zone = pgdat->node_zones + zid;
1886                 if (first_init_pfn < zone_end_pfn(zone))
1887                         break;
1888         }
1889
1890         /* If the zone is empty somebody else may have cleared out the zone */
1891         if (!deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
1892                                                  first_init_pfn))
1893                 goto zone_empty;
1894
1895         max_threads = deferred_page_init_max_threads(cpumask);
1896
1897         while (spfn < epfn) {
1898                 unsigned long epfn_align = ALIGN(epfn, PAGES_PER_SECTION);
1899                 struct padata_mt_job job = {
1900                         .thread_fn   = deferred_init_memmap_chunk,
1901                         .fn_arg      = zone,
1902                         .start       = spfn,
1903                         .size        = epfn_align - spfn,
1904                         .align       = PAGES_PER_SECTION,
1905                         .min_chunk   = PAGES_PER_SECTION,
1906                         .max_threads = max_threads,
1907                 };
1908
1909                 padata_do_multithreaded(&job);
1910                 deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
1911                                                     epfn_align);
1912         }
1913 zone_empty:
1914         /* Sanity check that the next zone really is unpopulated */
1915         WARN_ON(++zid < MAX_NR_ZONES && populated_zone(++zone));
1916
1917         pr_info("node %d deferred pages initialised in %ums\n",
1918                 pgdat->node_id, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
1919
1920         pgdat_init_report_one_done();
1921         return 0;
1922 }
1923
1924 /*
1925  * If this zone has deferred pages, try to grow it by initializing enough
1926  * deferred pages to satisfy the allocation specified by order, rounded up to
1927  * the nearest PAGES_PER_SECTION boundary.  So we're adding memory in increments
1928  * of SECTION_SIZE bytes by initializing struct pages in increments of
1929  * PAGES_PER_SECTION * sizeof(struct page) bytes.
1930  *
1931  * Return true when zone was grown, otherwise return false. We return true even
1932  * when we grow less than requested, to let the caller decide if there are
1933  * enough pages to satisfy the allocation.
1934  *
1935  * Note: We use noinline because this function is needed only during boot, and
1936  * it is called from a __ref function _deferred_grow_zone. This way we are
1937  * making sure that it is not inlined into permanent text section.
1938  */
1939 static noinline bool __init
1940 deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
1941 {
1942         unsigned long nr_pages_needed = ALIGN(1 << order, PAGES_PER_SECTION);
1943         pg_data_t *pgdat = zone->zone_pgdat;
1944         unsigned long first_deferred_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1945         unsigned long spfn, epfn, flags;
1946         unsigned long nr_pages = 0;
1947         u64 i;
1948
1949         /* Only the last zone may have deferred pages */
1950         if (zone_end_pfn(zone) != pgdat_end_pfn(pgdat))
1951                 return false;
1952
1953         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
1954
1955         /*
1956          * If someone grew this zone while we were waiting for spinlock, return
1957          * true, as there might be enough pages already.
1958          */
1959         if (first_deferred_pfn != pgdat->first_deferred_pfn) {
1960                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1961                 return true;
1962         }
1963
1964         /* If the zone is empty somebody else may have cleared out the zone */
1965         if (!deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
1966                                                  first_deferred_pfn)) {
1967                 pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
1968                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1969                 /* Retry only once. */
1970                 return first_deferred_pfn != ULONG_MAX;
1971         }
1972
1973         /*
1974          * Initialize and free pages in MAX_ORDER sized increments so
1975          * that we can avoid introducing any issues with the buddy
1976          * allocator.
1977          */
1978         while (spfn < epfn) {
1979                 /* update our first deferred PFN for this section */
1980                 first_deferred_pfn = spfn;
1981
1982                 nr_pages += deferred_init_maxorder(&i, zone, &spfn, &epfn);
1983                 touch_nmi_watchdog();
1984
1985                 /* We should only stop along section boundaries */
1986                 if ((first_deferred_pfn ^ spfn) < PAGES_PER_SECTION)
1987                         continue;
1988
1989                 /* If our quota has been met we can stop here */
1990                 if (nr_pages >= nr_pages_needed)
1991                         break;
1992         }
1993
1994         pgdat->first_deferred_pfn = spfn;
1995         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1996
1997         return nr_pages > 0;
1998 }
1999
2000 /*
2001  * deferred_grow_zone() is __init, but it is called from
2002  * get_page_from_freelist() during early boot until deferred_pages permanently
2003  * disables this call. This is why we have refdata wrapper to avoid warning,
2004  * and to ensure that the function body gets unloaded.
2005  */
2006 static bool __ref
2007 _deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
2008 {
2009         return deferred_grow_zone(zone, order);
2010 }
2011
2012 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
2013
2014 void __init page_alloc_init_late(void)
2015 {
2016         struct zone *zone;
2017         int nid;
2018
2019 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
2020
2021         /* There will be num_node_state(N_MEMORY) threads */
2022         atomic_set(&pgdat_init_n_undone, num_node_state(N_MEMORY));
2023         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
2024                 kthread_run(deferred_init_memmap, NODE_DATA(nid), "pgdatinit%d", nid);
2025         }
2026
2027         /* Block until all are initialised */
2028         wait_for_completion(&pgdat_init_all_done_comp);
2029
2030         /*
2031          * The number of managed pages has changed due to the initialisation
2032          * so the pcpu batch and high limits needs to be updated or the limits
2033          * will be artificially small.
2034          */
2035         for_each_populated_zone(zone)
2036                 zone_pcp_update(zone);
2037
2038         /*
2039          * We initialized the rest of the deferred pages.  Permanently disable
2040          * on-demand struct page initialization.
2041          */
2042         static_branch_disable(&deferred_pages);
2043
2044         /* Reinit limits that are based on free pages after the kernel is up */
2045         files_maxfiles_init();
2046 #endif
2047
2048         /* Discard memblock private memory */
2049         memblock_discard();
2050
2051         for_each_node_state(nid, N_MEMORY)
2052                 shuffle_free_memory(NODE_DATA(nid));
2053
2054         for_each_populated_zone(zone)
2055                 set_zone_contiguous(zone);
2056 }
2057
2058 #ifdef CONFIG_CMA
2059 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
2060 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
2061 {
2062         unsigned i = pageblock_nr_pages;
2063         struct page *p = page;
2064
2065         do {
2066                 __ClearPageReserved(p);
2067                 set_page_count(p, 0);
2068         } while (++p, --i);
2069
2070         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
2071
2072         if (pageblock_order >= MAX_ORDER) {
2073                 i = pageblock_nr_pages;
2074                 p = page;
2075                 do {
2076                         set_page_refcounted(p);
2077                         __free_pages(p, MAX_ORDER - 1);
2078                         p += MAX_ORDER_NR_PAGES;
2079                 } while (i -= MAX_ORDER_NR_PAGES);
2080         } else {
2081                 set_page_refcounted(page);
2082                 __free_pages(page, pageblock_order);
2083         }
2084
2085         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
2086 }
2087 #endif
2088
2089 /*
2090  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
2091  * Please do not alter this order without good reasons and regression
2092  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
2093  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
2094  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
2095  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
2096  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
2097  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
2098  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
2099  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
2100  *
2101  * -- nyc
2102  */
2103 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
2104         int low, int high, int migratetype)
2105 {
2106         unsigned long size = 1 << high;
2107
2108         while (high > low) {
2109                 high--;
2110                 size >>= 1;
2111                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
2112
2113                 /*
2114                  * Mark as guard pages (or page), that will allow to
2115                  * merge back to allocator when buddy will be freed.
2116                  * Corresponding page table entries will not be touched,
2117                  * pages will stay not present in virtual address space
2118                  */
2119                 if (set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype))
2120                         continue;
2121
2122                 add_to_free_list(&page[size], zone, high, migratetype);
2123                 set_page_order(&page[size], high);
2124         }
2125 }
2126
2127 static void check_new_page_bad(struct page *page)
2128 {
2129         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
2130                 /* Don't complain about hwpoisoned pages */
2131                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
2132                 return;
2133         }
2134
2135         bad_page(page,
2136                  page_bad_reason(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP));
2137 }
2138
2139 /*
2140  * This page is about to be returned from the page allocator
2141  */
2142 static inline int check_new_page(struct page *page)
2143 {
2144         if (likely(page_expected_state(page,
2145                                 PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP|__PG_HWPOISON)))
2146                 return 0;
2147
2148         check_new_page_bad(page);
2149         return 1;
2150 }
2151
2152 static inline bool free_pages_prezeroed(void)
2153 {
2154         return (IS_ENABLED(CONFIG_PAGE_POISONING_ZERO) &&
2155                 page_poisoning_enabled()) || want_init_on_free();
2156 }
2157
2158 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
2159 /*
2160  * With DEBUG_VM enabled, order-0 pages are checked for expected state when
2161  * being allocated from pcp lists. With debug_pagealloc also enabled, they are
2162  * also checked when pcp lists are refilled from the free lists.
2163  */
2164 static inline bool check_pcp_refill(struct page *page)
2165 {
2166         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2167                 return check_new_page(page);
2168         else
2169                 return false;
2170 }
2171
2172 static inline bool check_new_pcp(struct page *page)
2173 {
2174         return check_new_page(page);
2175 }
2176 #else
2177 /*
2178  * With DEBUG_VM disabled, free order-0 pages are checked for expected state
2179  * when pcp lists are being refilled from the free lists. With debug_pagealloc
2180  * enabled, they are also checked when being allocated from the pcp lists.
2181  */
2182 static inline bool check_pcp_refill(struct page *page)
2183 {
2184         return check_new_page(page);
2185 }
2186 static inline bool check_new_pcp(struct page *page)
2187 {
2188         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2189                 return check_new_page(page);
2190         else
2191                 return false;
2192 }
2193 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
2194
2195 static bool check_new_pages(struct page *page, unsigned int order)
2196 {
2197         int i;
2198         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
2199                 struct page *p = page + i;
2200
2201                 if (unlikely(check_new_page(p)))
2202                         return true;
2203         }
2204
2205         return false;
2206 }
2207
2208 inline void post_alloc_hook(struct page *page, unsigned int order,
2209                                 gfp_t gfp_flags)
2210 {
2211         set_page_private(page, 0);
2212         set_page_refcounted(page);
2213
2214         arch_alloc_page(page, order);
2215         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2216                 kernel_map_pages(page, 1 << order, 1);
2217         kasan_alloc_pages(page, order);
2218         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 1);
2219         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
2220 }
2221
2222 static void prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
2223                                                         unsigned int alloc_flags)
2224 {
2225         post_alloc_hook(page, order, gfp_flags);
2226
2227         if (!free_pages_prezeroed() && want_init_on_alloc(gfp_flags))
2228                 kernel_init_free_pages(page, 1 << order);
2229
2230         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
2231                 prep_compound_page(page, order);
2232
2233         /*
2234          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
2235          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
2236          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
2237          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
2238          */
2239         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
2240                 set_page_pfmemalloc(page);
2241         else
2242                 clear_page_pfmemalloc(page);
2243 }
2244
2245 /*
2246  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
2247  * the smallest available page from the freelists
2248  */
2249 static __always_inline
2250 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
2251                                                 int migratetype)
2252 {
2253         unsigned int current_order;
2254         struct free_area *area;
2255         struct page *page;
2256
2257         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
2258         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
2259                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2260                 page = get_page_from_free_area(area, migratetype);
2261                 if (!page)
2262                         continue;
2263                 del_page_from_free_list(page, zone, current_order);
2264                 expand(zone, page, order, current_order, migratetype);
2265                 set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2266                 return page;
2267         }
2268
2269         return NULL;
2270 }
2271
2272
2273 /*
2274  * This array describes the order lists are fallen back to when
2275  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
2276  */
2277 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][3] = {
2278         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2279         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_TYPES },
2280         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2281 #ifdef CONFIG_CMA
2282         [MIGRATE_CMA]         = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
2283 #endif
2284 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
2285         [MIGRATE_ISOLATE]     = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
2286 #endif
2287 };
2288
2289 #ifdef CONFIG_CMA
2290 static __always_inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2291                                         unsigned int order)
2292 {
2293         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
2294 }
2295 #else
2296 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2297                                         unsigned int order) { return NULL; }
2298 #endif
2299
2300 /*
2301  * Move the free pages in a range to the free lists of the requested type.
2302  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
2303  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
2304  */
2305 static int move_freepages(struct zone *zone,
2306                           struct page *start_page, struct page *end_page,
2307                           int migratetype, int *num_movable)
2308 {
2309         struct page *page;
2310         unsigned int order;
2311         int pages_moved = 0;
2312
2313         for (page = start_page; page <= end_page;) {
2314                 if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page))) {
2315                         page++;
2316                         continue;
2317                 }
2318
2319                 if (!PageBuddy(page)) {
2320                         /*
2321                          * We assume that pages that could be isolated for
2322                          * migration are movable. But we don't actually try
2323                          * isolating, as that would be expensive.
2324                          */
2325                         if (num_movable &&
2326                                         (PageLRU(page) || __PageMovable(page)))
2327                                 (*num_movable)++;
2328
2329                         page++;
2330                         continue;
2331                 }
2332
2333                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
2334                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
2335                 VM_BUG_ON_PAGE(page_zone(page) != zone, page);
2336
2337                 order = page_order(page);
2338                 move_to_free_list(page, zone, order, migratetype);
2339                 page += 1 << order;
2340                 pages_moved += 1 << order;
2341         }
2342
2343         return pages_moved;
2344 }
2345
2346 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
2347                                 int migratetype, int *num_movable)
2348 {
2349         unsigned long start_pfn, end_pfn;
2350         struct page *start_page, *end_page;
2351
2352         if (num_movable)
2353                 *num_movable = 0;
2354
2355         start_pfn = page_to_pfn(page);
2356         start_pfn = start_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
2357         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
2358         end_page = start_page + pageblock_nr_pages - 1;
2359         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
2360
2361         /* Do not cross zone boundaries */
2362         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
2363                 start_page = page;
2364         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
2365                 return 0;
2366
2367         return move_freepages(zone, start_page, end_page, migratetype,
2368                                                                 num_movable);
2369 }
2370
2371 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
2372                                         int start_order, int migratetype)
2373 {
2374         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
2375
2376         while (nr_pageblocks--) {
2377                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
2378                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
2379         }
2380 }
2381
2382 /*
2383  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
2384  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
2385  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
2386  *
2387  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
2388  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
2389  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
2390  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
2391  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
2392  * pageblocks.
2393  */
2394 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
2395 {
2396         /*
2397          * Leaving this order check is intended, although there is
2398          * relaxed order check in next check. The reason is that
2399          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
2400          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
2401          * so could be changed anytime.
2402          */
2403         if (order >= pageblock_order)
2404                 return true;
2405
2406         if (order >= pageblock_order / 2 ||
2407                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
2408                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
2409                 page_group_by_mobility_disabled)
2410                 return true;
2411
2412         return false;
2413 }
2414
2415 static inline void boost_watermark(struct zone *zone)
2416 {
2417         unsigned long max_boost;
2418
2419         if (!watermark_boost_factor)
2420                 return;
2421         /*
2422          * Don't bother in zones that are unlikely to produce results.
2423          * On small machines, including kdump capture kernels running
2424          * in a small area, boosting the watermark can cause an out of
2425          * memory situation immediately.
2426          */
2427         if ((pageblock_nr_pages * 4) > zone_managed_pages(zone))
2428                 return;
2429
2430         max_boost = mult_frac(zone->_watermark[WMARK_HIGH],
2431                         watermark_boost_factor, 10000);
2432
2433         /*
2434          * high watermark may be uninitialised if fragmentation occurs
2435          * very early in boot so do not boost. We do not fall
2436          * through and boost by pageblock_nr_pages as failing
2437          * allocations that early means that reclaim is not going
2438          * to help and it may even be impossible to reclaim the
2439          * boosted watermark resulting in a hang.
2440          */
2441         if (!max_boost)
2442                 return;
2443
2444         max_boost = max(pageblock_nr_pages, max_boost);
2445
2446         zone->watermark_boost = min(zone->watermark_boost + pageblock_nr_pages,
2447                 max_boost);
2448 }
2449
2450 /*
2451  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
2452  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
2453  * pageblock to our migratetype and determine how many already-allocated pages
2454  * are there in the pageblock with a compatible migratetype. If at least half
2455  * of pages are free or compatible, we can change migratetype of the pageblock
2456  * itself, so pages freed in the future will be put on the correct free list.
2457  */
2458 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
2459                 unsigned int alloc_flags, int start_type, bool whole_block)
2460 {
2461         unsigned int current_order = page_order(page);
2462         int free_pages, movable_pages, alike_pages;
2463         int old_block_type;
2464
2465         old_block_type = get_pageblock_migratetype(page);
2466
2467         /*
2468          * This can happen due to races and we want to prevent broken
2469          * highatomic accounting.
2470          */
2471         if (is_migrate_highatomic(old_block_type))
2472                 goto single_page;
2473
2474         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
2475         if (current_order >= pageblock_order) {
2476                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
2477                 goto single_page;
2478         }
2479
2480         /*
2481          * Boost watermarks to increase reclaim pressure to reduce the
2482          * likelihood of future fallbacks. Wake kswapd now as the node
2483          * may be balanced overall and kswapd will not wake naturally.
2484          */
2485         boost_watermark(zone);
2486         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
2487                 set_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
2488
2489         /* We are not allowed to try stealing from the whole block */
2490         if (!whole_block)
2491                 goto single_page;
2492
2493         free_pages = move_freepages_block(zone, page, start_type,
2494                                                 &movable_pages);
2495         /*
2496          * Determine how many pages are compatible with our allocation.
2497          * For movable allocation, it's the number of movable pages which
2498          * we just obtained. For other types it's a bit more tricky.
2499          */
2500         if (start_type == MIGRATE_MOVABLE) {
2501                 alike_pages = movable_pages;
2502         } else {
2503                 /*
2504                  * If we are falling back a RECLAIMABLE or UNMOVABLE allocation
2505                  * to MOVABLE pageblock, consider all non-movable pages as
2506                  * compatible. If it's UNMOVABLE falling back to RECLAIMABLE or
2507                  * vice versa, be conservative since we can't distinguish the
2508                  * exact migratetype of non-movable pages.
2509                  */
2510                 if (old_block_type == MIGRATE_MOVABLE)
2511                         alike_pages = pageblock_nr_pages
2512                                                 - (free_pages + movable_pages);
2513                 else
2514                         alike_pages = 0;
2515         }
2516
2517         /* moving whole block can fail due to zone boundary conditions */
2518         if (!free_pages)
2519                 goto single_page;
2520
2521         /*
2522          * If a sufficient number of pages in the block are either free or of
2523          * comparable migratability as our allocation, claim the whole block.
2524          */
2525         if (free_pages + alike_pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
2526                         page_group_by_mobility_disabled)
2527                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
2528
2529         return;
2530
2531 single_page:
2532         move_to_free_list(page, zone, current_order, start_type);
2533 }
2534
2535 /*
2536  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
2537  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
2538  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
2539  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
2540  */
2541 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
2542                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
2543 {
2544         int i;
2545         int fallback_mt;
2546
2547         if (area->nr_free == 0)
2548                 return -1;
2549
2550         *can_steal = false;
2551         for (i = 0;; i++) {
2552                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
2553                 if (fallback_mt == MIGRATE_TYPES)
2554                         break;
2555
2556                 if (free_area_empty(area, fallback_mt))
2557                         continue;
2558
2559                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
2560                         *can_steal = true;
2561
2562                 if (!only_stealable)
2563                         return fallback_mt;
2564
2565                 if (*can_steal)
2566                         return fallback_mt;
2567         }
2568
2569         return -1;
2570 }
2571
2572 /*
2573  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
2574  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
2575  */
2576 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone,
2577                                 unsigned int alloc_order)
2578 {
2579         int mt;
2580         unsigned long max_managed, flags;
2581
2582         /*
2583          * Limit the number reserved to 1 pageblock or roughly 1% of a zone.
2584          * Check is race-prone but harmless.
2585          */
2586         max_managed = (zone_managed_pages(zone) / 100) + pageblock_nr_pages;
2587         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2588                 return;
2589
2590         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2591
2592         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
2593         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2594                 goto out_unlock;
2595
2596         /* Yoink! */
2597         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2598         if (!is_migrate_highatomic(mt) && !is_migrate_isolate(mt)
2599             && !is_migrate_cma(mt)) {
2600                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
2601                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2602                 move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_HIGHATOMIC, NULL);
2603         }
2604
2605 out_unlock:
2606         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2607 }
2608
2609 /*
2610  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
2611  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
2612  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
2613  * to recover from than an OOM.
2614  *
2615  * If @force is true, try to unreserve a pageblock even though highatomic
2616  * pageblock is exhausted.
2617  */
2618 static bool unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac,
2619                                                 bool force)
2620 {
2621         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2622         unsigned long flags;
2623         struct zoneref *z;
2624         struct zone *zone;
2625         struct page *page;
2626         int order;
2627         bool ret;
2628
2629         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->highest_zoneidx,
2630                                                                 ac->nodemask) {
2631                 /*
2632                  * Preserve at least one pageblock unless memory pressure
2633                  * is really high.
2634                  */
2635                 if (!force && zone->nr_reserved_highatomic <=
2636                                         pageblock_nr_pages)
2637                         continue;
2638
2639                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2640                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
2641                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
2642
2643                         page = get_page_from_free_area(area, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2644                         if (!page)
2645                                 continue;
2646
2647                         /*
2648                          * In page freeing path, migratetype change is racy so
2649                          * we can counter several free pages in a pageblock
2650                          * in this loop althoug we changed the pageblock type
2651                          * from highatomic to ac->migratetype. So we should
2652                          * adjust the count once.
2653                          */
2654                         if (is_migrate_highatomic_page(page)) {
2655                                 /*
2656                                  * It should never happen but changes to
2657                                  * locking could inadvertently allow a per-cpu
2658                                  * drain to add pages to MIGRATE_HIGHATOMIC
2659                                  * while unreserving so be safe and watch for
2660                                  * underflows.
2661                                  */
2662                                 zone->nr_reserved_highatomic -= min(
2663                                                 pageblock_nr_pages,
2664                                                 zone->nr_reserved_highatomic);
2665                         }
2666
2667                         /*
2668                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
2669                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
2670                          * is doing the work and needs the pages. More
2671                          * importantly, if the block was always converted to
2672                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
2673                          * of pageblocks that cannot be completely freed
2674                          * may increase.
2675                          */
2676                         set_pageblock_migratetype(page, ac->migratetype);
2677                         ret = move_freepages_block(zone, page, ac->migratetype,
2678                                                                         NULL);
2679                         if (ret) {
2680                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2681                                 return ret;
2682                         }
2683                 }
2684                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2685         }
2686
2687         return false;
2688 }
2689
2690 /*
2691  * Try finding a free buddy page on the fallback list and put it on the free
2692  * list of requested migratetype, possibly along with other pages from the same
2693  * block, depending on fragmentation avoidance heuristics. Returns true if
2694  * fallback was found so that __rmqueue_smallest() can grab it.
2695  *
2696  * The use of signed ints for order and current_order is a deliberate
2697  * deviation from the rest of this file, to make the for loop
2698  * condition simpler.
2699  */
2700 static __always_inline bool
2701 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, int order, int start_migratetype,
2702                                                 unsigned int alloc_flags)
2703 {
2704         struct free_area *area;
2705         int current_order;
2706         int min_order = order;
2707         struct page *page;
2708         int fallback_mt;
2709         bool can_steal;
2710
2711         /*
2712          * Do not steal pages from freelists belonging to other pageblocks
2713          * i.e. orders < pageblock_order. If there are no local zones free,
2714          * the zonelists will be reiterated without ALLOC_NOFRAGMENT.
2715          */
2716         if (alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT)
2717                 min_order = pageblock_order;
2718
2719         /*
2720          * Find the largest available free page in the other list. This roughly
2721          * approximates finding the pageblock with the most free pages, which
2722          * would be too costly to do exactly.
2723          */
2724         for (current_order = MAX_ORDER - 1; current_order >= min_order;
2725                                 --current_order) {
2726                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2727                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2728                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2729                 if (fallback_mt == -1)
2730                         continue;
2731
2732                 /*
2733                  * We cannot steal all free pages from the pageblock and the
2734                  * requested migratetype is movable. In that case it's better to
2735                  * steal and split the smallest available page instead of the
2736                  * largest available page, because even if the next movable
2737                  * allocation falls back into a different pageblock than this
2738                  * one, it won't cause permanent fragmentation.
2739                  */
2740                 if (!can_steal && start_migratetype == MIGRATE_MOVABLE
2741                                         && current_order > order)
2742                         goto find_smallest;
2743
2744                 goto do_steal;
2745         }
2746
2747         return false;
2748
2749 find_smallest:
2750         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER;
2751                                                         current_order++) {
2752                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2753                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2754                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2755                 if (fallback_mt != -1)
2756                         break;
2757         }
2758
2759         /*
2760          * This should not happen - we already found a suitable fallback
2761          * when looking for the largest page.
2762          */
2763         VM_BUG_ON(current_order == MAX_ORDER);
2764
2765 do_steal:
2766         page = get_page_from_free_area(area, fallback_mt);
2767
2768         steal_suitable_fallback(zone, page, alloc_flags, start_migratetype,
2769                                                                 can_steal);
2770
2771         trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
2772                 start_migratetype, fallback_mt);
2773
2774         return true;
2775
2776 }
2777
2778 /*
2779  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
2780  * Call me with the zone->lock already held.
2781  */
2782 static __always_inline struct page *
2783 __rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order, int migratetype,
2784                                                 unsigned int alloc_flags)
2785 {
2786         struct page *page;
2787
2788 #ifdef CONFIG_CMA
2789         /*
2790          * Balance movable allocations between regular and CMA areas by
2791          * allocating from CMA when over half of the zone's free memory
2792          * is in the CMA area.
2793          */
2794         if (alloc_flags & ALLOC_CMA &&
2795             zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES) >
2796             zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES) / 2) {
2797                 page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2798                 if (page)
2799                         return page;
2800         }
2801 #endif
2802 retry:
2803         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
2804         if (unlikely(!page)) {
2805                 if (alloc_flags & ALLOC_CMA)
2806                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2807
2808                 if (!page && __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype,
2809                                                                 alloc_flags))
2810                         goto retry;
2811         }
2812
2813         trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
2814         return page;
2815 }
2816
2817 /*
2818  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
2819  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
2820  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
2821  */
2822 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
2823                         unsigned long count, struct list_head *list,
2824                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
2825 {
2826         int i, alloced = 0;
2827
2828         spin_lock(&zone->lock);
2829         for (i = 0; i < count; ++i) {
2830                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype,
2831                                                                 alloc_flags);
2832                 if (unlikely(page == NULL))
2833                         break;
2834
2835                 if (unlikely(check_pcp_refill(page)))
2836                         continue;
2837
2838                 /*
2839                  * Split buddy pages returned by expand() are received here in
2840                  * physical page order. The page is added to the tail of
2841                  * caller's list. From the callers perspective, the linked list
2842                  * is ordered by page number under some conditions. This is
2843                  * useful for IO devices that can forward direction from the
2844                  * head, thus also in the physical page order. This is useful
2845                  * for IO devices that can merge IO requests if the physical
2846                  * pages are ordered properly.
2847                  */
2848                 list_add_tail(&page->lru, list);
2849                 alloced++;
2850                 if (is_migrate_cma(get_pcppage_migratetype(page)))
2851                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
2852                                               -(1 << order));
2853         }
2854
2855         /*
2856          * i pages were removed from the buddy list even if some leak due
2857          * to check_pcp_refill failing so adjust NR_FREE_PAGES based
2858          * on i. Do not confuse with 'alloced' which is the number of
2859          * pages added to the pcp list.
2860          */
2861         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
2862         spin_unlock(&zone->lock);
2863         return alloced;
2864 }
2865
2866 #ifdef CONFIG_NUMA
2867 /*
2868  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
2869  * currently executing processor on remote nodes after they have
2870  * expired.
2871  *
2872  * Note that this function must be called with the thread pinned to
2873  * a single processor.
2874  */
2875 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
2876 {
2877         unsigned long flags;
2878         int to_drain, batch;
2879
2880         local_irq_save(flags);
2881         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2882         to_drain = min(pcp->count, batch);
2883         if (to_drain > 0)
2884                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp);
2885         local_irq_restore(flags);
2886 }
2887 #endif
2888
2889 /*
2890  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
2891  *
2892  * The processor must either be the current processor and the
2893  * thread pinned to the current processor or a processor that
2894  * is not online.
2895  */
2896 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
2897 {
2898         unsigned long flags;
2899         struct per_cpu_pageset *pset;
2900         struct per_cpu_pages *pcp;
2901
2902         local_irq_save(flags);
2903         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2904
2905         pcp = &pset->pcp;
2906         if (pcp->count)
2907                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp);
2908         local_irq_restore(flags);
2909 }
2910
2911 /*
2912  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
2913  *
2914  * The processor must either be the current processor and the
2915  * thread pinned to the current processor or a processor that
2916  * is not online.
2917  */
2918 static void drain_pages(unsigned int cpu)
2919 {
2920         struct zone *zone;
2921
2922         for_each_populated_zone(zone) {
2923                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2924         }
2925 }
2926
2927 /*
2928  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
2929  *
2930  * The CPU has to be pinned. When zone parameter is non-NULL, spill just
2931  * the single zone's pages.
2932  */
2933 void drain_local_pages(struct zone *zone)
2934 {
2935         int cpu = smp_processor_id();
2936
2937         if (zone)
2938                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2939         else
2940                 drain_pages(cpu);
2941 }
2942
2943 static void drain_local_pages_wq(struct work_struct *work)
2944 {
2945         struct pcpu_drain *drain;
2946
2947         drain = container_of(work, struct pcpu_drain, work);
2948
2949         /*
2950          * drain_all_pages doesn't use proper cpu hotplug protection so
2951          * we can race with cpu offline when the WQ can move this from
2952          * a cpu pinned worker to an unbound one. We can operate on a different
2953          * cpu which is allright but we also have to make sure to not move to
2954          * a different one.
2955          */
2956         preempt_disable();
2957         drain_local_pages(drain->zone);
2958         preempt_enable();
2959 }
2960
2961 /*
2962  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
2963  *
2964  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
2965  *
2966  * Note that this can be extremely slow as the draining happens in a workqueue.
2967  */
2968 void drain_all_pages(struct zone *zone)
2969 {
2970         int cpu;
2971
2972         /*
2973          * Allocate in the BSS so we wont require allocation in
2974          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
2975          */
2976         static cpumask_t cpus_with_pcps;
2977
2978         /*
2979          * Make sure nobody triggers this path before mm_percpu_wq is fully
2980          * initialized.
2981          */
2982         if (WARN_ON_ONCE(!mm_percpu_wq))
2983                 return;
2984
2985         /*
2986          * Do not drain if one is already in progress unless it's specific to
2987          * a zone. Such callers are primarily CMA and memory hotplug and need
2988          * the drain to be complete when the call returns.
2989          */
2990         if (unlikely(!mutex_trylock(&pcpu_drain_mutex))) {
2991                 if (!zone)
2992                         return;
2993                 mutex_lock(&pcpu_drain_mutex);
2994         }
2995
2996         /*
2997          * We don't care about racing with CPU hotplug event
2998          * as offline notification will cause the notified
2999          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
3000          * disables preemption as part of its processing
3001          */
3002         for_each_online_cpu(cpu) {
3003                 struct per_cpu_pageset *pcp;
3004                 struct zone *z;
3005                 bool has_pcps = false;
3006
3007                 if (zone) {
3008                         pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
3009                         if (pcp->pcp.count)
3010                                 has_pcps = true;
3011                 } else {
3012                         for_each_populated_zone(z) {
3013                                 pcp = per_cpu_ptr(z->pageset, cpu);
3014                                 if (pcp->pcp.count) {
3015                                         has_pcps = true;
3016                                         break;
3017                                 }
3018                         }
3019                 }
3020
3021                 if (has_pcps)
3022                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
3023                 else
3024                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
3025         }
3026
3027         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps) {
3028                 struct pcpu_drain *drain = per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu);
3029
3030                 drain->zone = zone;
3031                 INIT_WORK(&drain->work, drain_local_pages_wq);
3032                 queue_work_on(cpu, mm_percpu_wq, &drain->work);
3033         }
3034         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps)
3035                 flush_work(&per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu)->work);
3036
3037         mutex_unlock(&pcpu_drain_mutex);
3038 }
3039
3040 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
3041
3042 /*
3043  * Touch the watchdog for every WD_PAGE_COUNT pages.
3044  */
3045 #define WD_PAGE_COUNT   (128*1024)
3046
3047 void mark_free_pages(struct zone *zone)
3048 {
3049         unsigned long pfn, max_zone_pfn, page_count = WD_PAGE_COUNT;
3050         unsigned long flags;
3051         unsigned int order, t;
3052         struct page *page;
3053
3054         if (zone_is_empty(zone))
3055                 return;
3056
3057         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3058
3059         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
3060         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
3061                 if (pfn_valid(pfn)) {
3062                         page = pfn_to_page(pfn);
3063
3064                         if (!--page_count) {
3065                                 touch_nmi_watchdog();
3066                                 page_count = WD_PAGE_COUNT;
3067                         }
3068
3069                         if (page_zone(page) != zone)
3070                                 continue;
3071
3072                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
3073                                 swsusp_unset_page_free(page);
3074                 }
3075
3076         for_each_migratetype_order(order, t) {
3077                 list_for_each_entry(page,
3078                                 &zone->free_area[order].free_list[t], lru) {
3079                         unsigned long i;
3080
3081                         pfn = page_to_pfn(page);
3082                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++) {
3083                                 if (!--page_count) {
3084                                         touch_nmi_watchdog();
3085                                         page_count = WD_PAGE_COUNT;
3086                                 }
3087                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
3088                         }
3089                 }
3090         }
3091         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3092 }
3093 #endif /* CONFIG_PM */
3094
3095 static bool free_unref_page_prepare(struct page *page, unsigned long pfn)
3096 {
3097         int migratetype;
3098
3099         if (!free_pcp_prepare(page))
3100                 return false;
3101
3102         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
3103         set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
3104         return true;
3105 }
3106
3107 static void free_unref_page_commit(struct page *page, unsigned long pfn)
3108 {
3109         struct zone *zone = page_zone(page);
3110         struct per_cpu_pages *pcp;
3111         int migratetype;
3112
3113         migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
3114         __count_vm_event(PGFREE);
3115
3116         /*
3117          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
3118          * Free ISOLATE pages back to the allocator because they are being
3119          * offlined but treat HIGHATOMIC as movable pages so we can get those
3120          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
3121          * excessively into the page allocator
3122          */
3123         if (migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES) {
3124                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
3125                         free_one_page(zone, page, pfn, 0, migratetype);
3126                         return;
3127                 }
3128                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
3129         }
3130
3131         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
3132         list_add(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
3133         pcp->count++;
3134         if (pcp->count >= pcp->high) {
3135                 unsigned long batch = READ_ONCE(pcp->batch);
3136                 free_pcppages_bulk(zone, batch, pcp);
3137         }
3138 }
3139
3140 /*
3141  * Free a 0-order page
3142  */
3143 void free_unref_page(struct page *page)
3144 {
3145         unsigned long flags;
3146         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
3147
3148         if (!free_unref_page_prepare(page, pfn))
3149                 return;
3150
3151         local_irq_save(flags);
3152         free_unref_page_commit(page, pfn);
3153         local_irq_restore(flags);
3154 }
3155
3156 /*
3157  * Free a list of 0-order pages
3158  */
3159 void free_unref_page_list(struct list_head *list)
3160 {
3161         struct page *page, *next;
3162         unsigned long flags, pfn;
3163         int batch_count = 0;
3164
3165         /* Prepare pages for freeing */
3166         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
3167                 pfn = page_to_pfn(page);
3168                 if (!free_unref_page_prepare(page, pfn))
3169                         list_del(&page->lru);
3170                 set_page_private(page, pfn);
3171         }
3172
3173         local_irq_save(flags);
3174         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
3175                 unsigned long pfn = page_private(page);
3176
3177                 set_page_private(page, 0);
3178                 trace_mm_page_free_batched(page);
3179                 free_unref_page_commit(page, pfn);
3180
3181                 /*
3182                  * Guard against excessive IRQ disabled times when we get
3183                  * a large list of pages to free.
3184                  */
3185                 if (++batch_count == SWAP_CLUSTER_MAX) {
3186                         local_irq_restore(flags);
3187                         batch_count = 0;
3188                         local_irq_save(flags);
3189                 }
3190         }
3191         local_irq_restore(flags);
3192 }
3193
3194 /*
3195  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
3196  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
3197  * Each sub-page must be freed individually.
3198  *
3199  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
3200  * Please consult with lkml before using this in your driver.
3201  */
3202 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
3203 {
3204         int i;
3205
3206         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
3207         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
3208
3209         for (i = 1; i < (1 << order); i++)
3210                 set_page_refcounted(page + i);
3211         split_page_owner(page, order);
3212 }
3213 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
3214
3215 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
3216 {
3217         unsigned long watermark;
3218         struct zone *zone;
3219         int mt;
3220
3221         BUG_ON(!PageBuddy(page));
3222
3223         zone = page_zone(page);
3224         mt = get_pageblock_migratetype(page);
3225
3226         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
3227                 /*
3228                  * Obey watermarks as if the page was being allocated. We can
3229                  * emulate a high-order watermark check with a raised order-0
3230                  * watermark, because we already know our high-order page
3231                  * exists.
3232                  */
3233                 watermark = zone->_watermark[WMARK_MIN] + (1UL << order);
3234                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, ALLOC_CMA))
3235                         return 0;
3236
3237                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
3238         }
3239
3240         /* Remove page from free list */
3241
3242         del_page_from_free_list(page, zone, order);
3243
3244         /*
3245          * Set the pageblock if the isolated page is at least half of a
3246          * pageblock
3247          */
3248         if (order >= pageblock_order - 1) {
3249                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
3250                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
3251                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
3252                         if (!is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt)
3253                             && !is_migrate_highatomic(mt))
3254                                 set_pageblock_migratetype(page,
3255                                                           MIGRATE_MOVABLE);
3256                 }
3257         }
3258
3259
3260         return 1UL << order;
3261 }
3262
3263 /**
3264  * __putback_isolated_page - Return a now-isolated page back where we got it
3265  * @page: Page that was isolated
3266  * @order: Order of the isolated page
3267  * @mt: The page's pageblock's migratetype
3268  *
3269  * This function is meant to return a page pulled from the free lists via
3270  * __isolate_free_page back to the free lists they were pulled from.
3271  */
3272 void __putback_isolated_page(struct page *page, unsigned int order, int mt)
3273 {
3274         struct zone *zone = page_zone(page);
3275
3276         /* zone lock should be held when this function is called */
3277         lockdep_assert_held(&zone->lock);
3278
3279         /* Return isolated page to tail of freelist. */
3280         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, order, mt, false);
3281 }
3282
3283 /*
3284  * Update NUMA hit/miss statistics
3285  *
3286  * Must be called with interrupts disabled.
3287  */
3288 static inline void zone_statistics(struct zone *preferred_zone, struct zone *z)
3289 {
3290 #ifdef CONFIG_NUMA
3291         enum numa_stat_item local_stat = NUMA_LOCAL;
3292
3293         /* skip numa counters update if numa stats is disabled */
3294         if (!static_branch_likely(&vm_numa_stat_key))
3295                 return;
3296
3297         if (zone_to_nid(z) != numa_node_id())
3298                 local_stat = NUMA_OTHER;
3299
3300         if (zone_to_nid(z) == zone_to_nid(preferred_zone))
3301                 __inc_numa_state(z, NUMA_HIT);
3302         else {
3303                 __inc_numa_state(z, NUMA_MISS);
3304                 __inc_numa_state(preferred_zone, NUMA_FOREIGN);
3305         }
3306         __inc_numa_state(z, local_stat);
3307 #endif
3308 }
3309
3310 /* Remove page from the per-cpu list, caller must protect the list */
3311 static struct page *__rmqueue_pcplist(struct zone *zone, int migratetype,
3312                         unsigned int alloc_flags,
3313                         struct per_cpu_pages *pcp,
3314                         struct list_head *list)
3315 {
3316         struct page *page;
3317
3318         do {
3319                 if (list_empty(list)) {
3320                         pcp->count += rmqueue_bulk(zone, 0,
3321                                         pcp->batch, list,
3322                                         migratetype, alloc_flags);
3323                         if (unlikely(list_empty(list)))
3324                                 return NULL;
3325                 }
3326
3327                 page = list_first_entry(list, struct page, lru);
3328                 list_del(&page->lru);
3329                 pcp->count--;
3330         } while (check_new_pcp(page));
3331
3332         return page;
3333 }
3334
3335 /* Lock and remove page from the per-cpu list */
3336 static struct page *rmqueue_pcplist(struct zone *preferred_zone,
3337                         struct zone *zone, gfp_t gfp_flags,
3338                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
3339 {
3340         struct per_cpu_pages *pcp;
3341         struct list_head *list;
3342         struct page *page;
3343         unsigned long flags;
3344
3345         local_irq_save(flags);
3346         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
3347         list = &pcp->lists[migratetype];
3348         page = __rmqueue_pcplist(zone,  migratetype, alloc_flags, pcp, list);
3349         if (page) {
3350                 __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1);
3351                 zone_statistics(preferred_zone, zone);
3352         }
3353         local_irq_restore(flags);
3354         return page;
3355 }
3356
3357 /*
3358  * Allocate a page from the given zone. Use pcplists for order-0 allocations.
3359  */
3360 static inline
3361 struct page *rmqueue(struct zone *preferred_zone,
3362                         struct zone *zone, unsigned int order,
3363                         gfp_t gfp_flags, unsigned int alloc_flags,
3364                         int migratetype)
3365 {
3366         unsigned long flags;
3367         struct page *page;
3368
3369         if (likely(order == 0)) {
3370                 /*
3371                  * MIGRATE_MOVABLE pcplist could have the pages on CMA area and
3372                  * we need to skip it when CMA area isn't allowed.
3373                  */
3374                 if (!IS_ENABLED(CONFIG_CMA) || alloc_flags & ALLOC_CMA ||
3375                                 migratetype != MIGRATE_MOVABLE) {
3376                         page = rmqueue_pcplist(preferred_zone, zone, gfp_flags,
3377                                         migratetype, alloc_flags);
3378                         goto out;
3379                 }
3380         }
3381
3382         /*
3383          * We most definitely don't want callers attempting to
3384          * allocate greater than order-1 page units with __GFP_NOFAIL.
3385          */
3386         WARN_ON_ONCE((gfp_flags & __GFP_NOFAIL) && (order > 1));
3387         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3388
3389         do {
3390                 page = NULL;
3391                 /*
3392                  * order-0 request can reach here when the pcplist is skipped
3393                  * due to non-CMA allocation context. HIGHATOMIC area is
3394                  * reserved for high-order atomic allocation, so order-0
3395                  * request should skip it.
3396                  */
3397                 if (order > 0 && alloc_flags & ALLOC_HARDER) {
3398                         page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
3399                         if (page)
3400                                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
3401                 }
3402                 if (!page)
3403                         page = __rmqueue(zone, order, migratetype, alloc_flags);
3404         } while (page && check_new_pages(page, order));
3405         spin_unlock(&zone->lock);
3406         if (!page)
3407                 goto failed;
3408         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
3409                                   get_pcppage_migratetype(page));
3410
3411         __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
3412         zone_statistics(preferred_zone, zone);
3413         local_irq_restore(flags);
3414
3415 out:
3416         /* Separate test+clear to avoid unnecessary atomics */
3417         if (test_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags)) {
3418                 clear_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
3419                 wakeup_kswapd(zone, 0, 0, zone_idx(zone));
3420         }
3421
3422         VM_BUG_ON_PAGE(page && bad_range(zone, page), page);
3423         return page;
3424
3425 failed:
3426         local_irq_restore(flags);
3427         return NULL;
3428 }
3429
3430 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
3431
3432 static struct {
3433         struct fault_attr attr;
3434
3435         bool ignore_gfp_highmem;
3436         bool ignore_gfp_reclaim;
3437         u32 min_order;
3438 } fail_page_alloc = {
3439         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
3440         .ignore_gfp_reclaim = true,
3441         .ignore_gfp_highmem = true,
3442         .min_order = 1,
3443 };
3444
3445 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
3446 {
3447         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
3448 }
3449 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
3450
3451 static bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3452 {
3453         if (order < fail_page_alloc.min_order)
3454                 return false;
3455         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3456                 return false;
3457         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
3458                 return false;
3459         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim &&
3460                         (gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3461                 return false;
3462
3463         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
3464 }
3465
3466 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
3467
3468 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
3469 {
3470         umode_t mode = S_IFREG | 0600;
3471         struct dentry *dir;
3472
3473         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
3474                                         &fail_page_alloc.attr);
3475
3476         debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
3477                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim);
3478         debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
3479                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem);
3480         debugfs_create_u32("min-order", mode, dir, &fail_page_alloc.min_order);
3481
3482         return 0;
3483 }
3484
3485 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
3486
3487 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
3488
3489 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3490
3491 static inline bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3492 {
3493         return false;
3494 }
3495
3496 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3497
3498 static noinline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3499 {
3500         return __should_fail_alloc_page(gfp_mask, order);
3501 }
3502 ALLOW_ERROR_INJECTION(should_fail_alloc_page, TRUE);
3503
3504 static inline long __zone_watermark_unusable_free(struct zone *z,
3505                                 unsigned int order, unsigned int alloc_flags)
3506 {
3507         const bool alloc_harder = (alloc_flags & (ALLOC_HARDER|ALLOC_OOM));
3508         long unusable_free = (1 << order) - 1;
3509
3510         /*
3511          * If the caller does not have rights to ALLOC_HARDER then subtract
3512          * the high-atomic reserves. This will over-estimate the size of the
3513          * atomic reserve but it avoids a search.
3514          */
3515         if (likely(!alloc_harder))
3516                 unusable_free += z->nr_reserved_highatomic;
3517
3518 #ifdef CONFIG_CMA
3519         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
3520         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
3521                 unusable_free += zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
3522 #endif
3523
3524         return unusable_free;
3525 }
3526
3527 /*
3528  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
3529  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
3530  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
3531  * to check in the allocation paths if no pages are free.
3532  */
3533 bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3534                          int highest_zoneidx, unsigned int alloc_flags,
3535                          long free_pages)
3536 {
3537         long min = mark;
3538         int o;
3539         const bool alloc_harder = (alloc_flags & (ALLOC_HARDER|ALLOC_OOM));
3540
3541         /* free_pages may go negative - that's OK */
3542         free_pages -= __zone_watermark_unusable_free(z, order, alloc_flags);
3543
3544         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
3545                 min -= min / 2;
3546
3547         if (unlikely(alloc_harder)) {
3548                 /*
3549                  * OOM victims can try even harder than normal ALLOC_HARDER
3550                  * users on the grounds that it's definitely going to be in
3551                  * the exit path shortly and free memory. Any allocation it
3552                  * makes during the free path will be small and short-lived.
3553                  */
3554                 if (alloc_flags & ALLOC_OOM)
3555                         min -= min / 2;
3556                 else
3557                         min -= min / 4;
3558         }
3559
3560         /*
3561          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
3562          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
3563          * even if a suitable page happened to be free.
3564          */
3565         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[highest_zoneidx])
3566                 return false;
3567
3568         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
3569         if (!order)
3570                 return true;
3571
3572         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
3573         for (o = order; o < MAX_ORDER; o++) {
3574                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
3575                 int mt;
3576
3577                 if (!area->nr_free)
3578                         continue;
3579
3580                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
3581                         if (!free_area_empty(area, mt))
3582                                 return true;
3583                 }
3584
3585 #ifdef CONFIG_CMA
3586                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
3587                     !free_area_empty(area, MIGRATE_CMA)) {
3588                         return true;
3589                 }
3590 #endif
3591                 if (alloc_harder && !free_area_empty(area, MIGRATE_HIGHATOMIC))
3592                         return true;
3593         }
3594         return false;
3595 }
3596
3597 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3598                       int highest_zoneidx, unsigned int alloc_flags)
3599 {
3600         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, alloc_flags,
3601                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
3602 }
3603
3604 static inline bool zone_watermark_fast(struct zone *z, unsigned int order,
3605                                 unsigned long mark, int highest_zoneidx,
3606                                 unsigned int alloc_flags, gfp_t gfp_mask)
3607 {
3608         long free_pages;
3609
3610         free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3611
3612         /*
3613          * Fast check for order-0 only. If this fails then the reserves
3614          * need to be calculated.
3615          */
3616         if (!order) {
3617                 long fast_free;
3618
3619                 fast_free = free_pages;
3620                 fast_free -= __zone_watermark_unusable_free(z, 0, alloc_flags);
3621                 if (fast_free > mark + z->lowmem_reserve[highest_zoneidx])
3622                         return true;
3623         }
3624
3625         if (__zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, alloc_flags,
3626                                         free_pages))
3627                 return true;
3628         /*
3629          * Ignore watermark boosting for GFP_ATOMIC order-0 allocations
3630          * when checking the min watermark. The min watermark is the
3631          * point where boosting is ignored so that kswapd is woken up
3632          * when below the low watermark.
3633          */
3634         if (unlikely(!order && (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) && z->watermark_boost
3635                 && ((alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK) == WMARK_MIN))) {
3636                 mark = z->_watermark[WMARK_MIN];
3637                 return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx,
3638                                         alloc_flags, free_pages);
3639         }
3640
3641         return false;
3642 }
3643
3644 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
3645                         unsigned long mark, int highest_zoneidx)
3646 {
3647         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3648
3649         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
3650                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
3651
3652         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, 0,
3653                                                                 free_pages);
3654 }
3655
3656 #ifdef CONFIG_NUMA
3657 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3658 {
3659         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <=
3660                                 node_reclaim_distance;
3661 }
3662 #else   /* CONFIG_NUMA */
3663 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3664 {
3665         return true;
3666 }
3667 #endif  /* CONFIG_NUMA */
3668
3669 /*
3670  * The restriction on ZONE_DMA32 as being a suitable zone to use to avoid
3671  * fragmentation is subtle. If the preferred zone was HIGHMEM then
3672  * premature use of a lower zone may cause lowmem pressure problems that
3673  * are worse than fragmentation. If the next zone is ZONE_DMA then it is
3674  * probably too small. It only makes sense to spread allocations to avoid
3675  * fragmentation between the Normal and DMA32 zones.
3676  */
3677 static inline unsigned int
3678 alloc_flags_nofragment(struct zone *zone, gfp_t gfp_mask)
3679 {
3680         unsigned int alloc_flags;
3681
3682         /*
3683          * __GFP_KSWAPD_RECLAIM is assumed to be the same as ALLOC_KSWAPD
3684          * to save a branch.
3685          */
3686         alloc_flags = (__force int) (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM);
3687
3688 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
3689         if (!zone)
3690                 return alloc_flags;
3691
3692         if (zone_idx(zone) != ZONE_NORMAL)
3693                 return alloc_flags;
3694
3695         /*
3696          * If ZONE_DMA32 exists, assume it is the one after ZONE_NORMAL and
3697          * the pointer is within zone->zone_pgdat->node_zones[]. Also assume
3698          * on UMA that if Normal is populated then so is DMA32.
3699          */
3700         BUILD_BUG_ON(ZONE_NORMAL - ZONE_DMA32 != 1);
3701         if (nr_online_nodes > 1 && !populated_zone(--zone))
3702                 return alloc_flags;
3703
3704         alloc_flags |= ALLOC_NOFRAGMENT;
3705 #endif /* CONFIG_ZONE_DMA32 */
3706         return alloc_flags;
3707 }
3708
3709 static inline unsigned int current_alloc_flags(gfp_t gfp_mask,
3710                                         unsigned int alloc_flags)
3711 {
3712 #ifdef CONFIG_CMA
3713         unsigned int pflags = current->flags;
3714
3715         if (!(pflags & PF_MEMALLOC_NOCMA) &&
3716                         gfp_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
3717                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3718
3719 #endif
3720         return alloc_flags;
3721 }
3722
3723 /*
3724  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
3725  * a page.
3726  */
3727 static struct page *
3728 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
3729                                                 const struct alloc_context *ac)
3730 {
3731         struct zoneref *z;
3732         struct zone *zone;
3733         struct pglist_data *last_pgdat_dirty_limit = NULL;
3734         bool no_fallback;
3735
3736 retry:
3737         /*
3738          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
3739          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
3740          */
3741         no_fallback = alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT;
3742         z = ac->preferred_zoneref;
3743         for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
3744                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask) {
3745                 struct page *page;
3746                 unsigned long mark;
3747
3748                 if (cpusets_enabled() &&
3749                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
3750                         !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
3751                                 continue;
3752                 /*
3753                  * When allocating a page cache page for writing, we
3754                  * want to get it from a node that is within its dirty
3755                  * limit, such that no single node holds more than its
3756                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
3757                  * The dirty limits take into account the node's
3758                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
3759                  * should be able to balance it without having to
3760                  * write pages from its LRU list.
3761                  *
3762                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
3763                  * exceed the per-node dirty limit in the slowpath
3764                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
3765                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
3766                  * nodes are together not big enough to reach the
3767                  * global limit.  The proper fix for these situations
3768                  * will require awareness of nodes in the
3769                  * dirty-throttling and the flusher threads.
3770                  */
3771                 if (ac->spread_dirty_pages) {
3772                         if (last_pgdat_dirty_limit == zone->zone_pgdat)
3773                                 continue;
3774
3775                         if (!node_dirty_ok(zone->zone_pgdat)) {
3776                                 last_pgdat_dirty_limit = zone->zone_pgdat;
3777                                 continue;
3778                         }
3779                 }
3780
3781                 if (no_fallback && nr_online_nodes > 1 &&
3782                     zone != ac->preferred_zoneref->zone) {
3783                         int local_nid;
3784
3785                         /*
3786                          * If moving to a remote node, retry but allow
3787                          * fragmenting fallbacks. Locality is more important
3788                          * than fragmentation avoidance.
3789                          */
3790                         local_nid = zone_to_nid(ac->preferred_zoneref->zone);
3791                         if (zone_to_nid(zone) != local_nid) {
3792                                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
3793                                 goto retry;
3794                         }
3795                 }
3796
3797                 mark = wmark_pages(zone, alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK);
3798                 if (!zone_watermark_fast(zone, order, mark,
3799                                        ac->highest_zoneidx, alloc_flags,
3800                                        gfp_mask)) {
3801                         int ret;
3802
3803 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
3804                         /*
3805                          * Watermark failed for this zone, but see if we can
3806                          * grow this zone if it contains deferred pages.
3807                          */
3808                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
3809                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
3810                                         goto try_this_zone;
3811                         }
3812 #endif
3813                         /* Checked here to keep the fast path fast */
3814                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
3815                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
3816                                 goto try_this_zone;
3817
3818                         if (node_reclaim_mode == 0 ||
3819                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zoneref->zone, zone))
3820                                 continue;
3821
3822                         ret = node_reclaim(zone->zone_pgdat, gfp_mask, order);
3823                         switch (ret) {
3824                         case NODE_RECLAIM_NOSCAN:
3825                                 /* did not scan */
3826                                 continue;
3827                         case NODE_RECLAIM_FULL:
3828                                 /* scanned but unreclaimable */
3829                                 continue;
3830                         default:
3831                                 /* did we reclaim enough */
3832                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
3833                                         ac->highest_zoneidx, alloc_flags))
3834                                         goto try_this_zone;
3835
3836                                 continue;
3837                         }
3838                 }
3839
3840 try_this_zone:
3841                 page = rmqueue(ac->preferred_zoneref->zone, zone, order,
3842                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
3843                 if (page) {
3844                         prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
3845
3846                         /*
3847                          * If this is a high-order atomic allocation then check
3848                          * if the pageblock should be reserved for the future
3849                          */
3850                         if (unlikely(order && (alloc_flags & ALLOC_HARDER)))
3851                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone, order);
3852
3853                         return page;
3854                 } else {
3855 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
3856                         /* Try again if zone has deferred pages */
3857                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
3858                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
3859                                         goto try_this_zone;
3860                         }
3861 #endif
3862                 }
3863         }
3864
3865         /*
3866          * It's possible on a UMA machine to get through all zones that are
3867          * fragmented. If avoiding fragmentation, reset and try again.
3868          */
3869         if (no_fallback) {
3870                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
3871                 goto retry;
3872         }
3873
3874         return NULL;
3875 }
3876
3877 static void warn_alloc_show_mem(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
3878 {
3879         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3880
3881         /*
3882          * This documents exceptions given to allocations in certain
3883          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
3884          * of allowed nodes.
3885          */
3886         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3887                 if (tsk_is_oom_victim(current) ||
3888                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
3889                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3890         if (in_interrupt() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3891                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3892
3893         show_mem(filter, nodemask);
3894 }
3895
3896 void warn_alloc(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask, const char *fmt, ...)
3897 {
3898         struct va_format vaf;
3899         va_list args;
3900         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs, 10*HZ, 1);
3901
3902         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) || !__ratelimit(&nopage_rs))
3903                 return;
3904
3905         va_start(args, fmt);
3906         vaf.fmt = fmt;
3907         vaf.va = &args;
3908         pr_warn("%s: %pV, mode:%#x(%pGg), nodemask=%*pbl",
3909                         current->comm, &vaf, gfp_mask, &gfp_mask,
3910                         nodemask_pr_args(nodemask));
3911         va_end(args);
3912
3913         cpuset_print_current_mems_allowed();
3914         pr_cont("\n");
3915         dump_stack();
3916         warn_alloc_show_mem(gfp_mask, nodemask);
3917 }
3918
3919 static inline struct page *
3920 __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3921                               unsigned int alloc_flags,
3922                               const struct alloc_context *ac)
3923 {
3924         struct page *page;
3925
3926         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3927                         alloc_flags|ALLOC_CPUSET, ac);
3928         /*
3929          * fallback to ignore cpuset restriction if our nodes
3930          * are depleted
3931          */
3932         if (!page)
3933                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3934                                 alloc_flags, ac);
3935
3936         return page;
3937 }
3938
3939 static inline struct page *
3940 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3941         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
3942 {
3943         struct oom_control oc = {
3944                 .zonelist = ac->zonelist,
3945                 .nodemask = ac->nodemask,
3946                 .memcg = NULL,
3947                 .gfp_mask = gfp_mask,
3948                 .order = order,
3949         };
3950         struct page *page;
3951
3952         *did_some_progress = 0;
3953
3954         /*
3955          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
3956          * making progress for us.
3957          */
3958         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
3959                 *did_some_progress = 1;
3960                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
3961                 return NULL;
3962         }
3963
3964         /*
3965          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
3966          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
3967          * we're still under heavy pressure. But make sure that this reclaim
3968          * attempt shall not depend on __GFP_DIRECT_RECLAIM && !__GFP_NORETRY
3969          * allocation which will never fail due to oom_lock already held.
3970          */
3971         page = get_page_from_freelist((gfp_mask | __GFP_HARDWALL) &
3972                                       ~__GFP_DIRECT_RECLAIM, order,
3973                                       ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
3974         if (page)
3975                 goto out;
3976
3977         /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
3978         if (current->flags & PF_DUMPCORE)
3979                 goto out;
3980         /* The OOM killer will not help higher order allocs */
3981         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3982                 goto out;
3983         /*
3984          * We have already exhausted all our reclaim opportunities without any
3985          * success so it is time to admit defeat. We will skip the OOM killer
3986          * because it is very likely that the caller has a more reasonable
3987          * fallback than shooting a random task.
3988          */
3989         if (gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL)
3990                 goto out;
3991         /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
3992         if (ac->highest_zoneidx < ZONE_NORMAL)
3993                 goto out;
3994         if (pm_suspended_storage())
3995                 goto out;
3996         /*
3997          * XXX: GFP_NOFS allocations should rather fail than rely on
3998          * other request to make a forward progress.
3999          * We are in an unfortunate situation where out_of_memory cannot
4000          * do much for this context but let's try it to at least get
4001          * access to memory reserved if the current task is killed (see
4002          * out_of_memory). Once filesystems are ready to handle allocation
4003          * failures more gracefully we should just bail out here.
4004          */
4005
4006         /* The OOM killer may not free memory on a specific node */
4007         if (gfp_mask & __GFP_THISNODE)
4008                 goto out;
4009
4010         /* Exhausted what can be done so it's blame time */
4011         if (out_of_memory(&oc) || WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
4012                 *did_some_progress = 1;
4013
4014                 /*
4015                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
4016                  * reserves
4017                  */
4018                 if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
4019                         page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order,
4020                                         ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
4021         }
4022 out:
4023         mutex_unlock(&oom_lock);
4024         return page;
4025 }
4026
4027 /*
4028  * Maximum number of compaction retries wit a progress before OOM
4029  * killer is consider as the only way to move forward.
4030  */
4031 #define MAX_COMPACT_RETRIES 16
4032
4033 #ifdef CONFIG_COMPACTION
4034 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
4035 static struct page *
4036 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4037                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4038                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
4039 {
4040         struct page *page = NULL;
4041         unsigned long pflags;
4042         unsigned int noreclaim_flag;
4043
4044         if (!order)
4045                 return NULL;
4046
4047         psi_memstall_enter(&pflags);
4048         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4049
4050         *compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4051                                                                 prio, &page);
4052
4053         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4054         psi_memstall_leave(&pflags);
4055
4056         /*
4057          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
4058          * count a compaction stall
4059          */
4060         count_vm_event(COMPACTSTALL);
4061
4062         /* Prep a captured page if available */
4063         if (page)
4064                 prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
4065
4066         /* Try get a page from the freelist if available */
4067         if (!page)
4068                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4069
4070         if (page) {
4071                 struct zone *zone = page_zone(page);
4072
4073                 zone->compact_blockskip_flush = false;
4074                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
4075                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
4076                 return page;
4077         }
4078
4079         /*
4080          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
4081          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
4082          */
4083         count_vm_event(COMPACTFAIL);
4084
4085         cond_resched();
4086
4087         return NULL;
4088 }
4089
4090 static inline bool
4091 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, int order, int alloc_flags,
4092                      enum compact_result compact_result,
4093                      enum compact_priority *compact_priority,
4094                      int *compaction_retries)
4095 {
4096         int max_retries = MAX_COMPACT_RETRIES;
4097         int min_priority;
4098         bool ret = false;
4099         int retries = *compaction_retries;
4100         enum compact_priority priority = *compact_priority;
4101
4102         if (!order)
4103                 return false;
4104
4105         if (compaction_made_progress(compact_result))
4106                 (*compaction_retries)++;
4107
4108         /*
4109          * compaction considers all the zone as desperately out of memory
4110          * so it doesn't really make much sense to retry except when the
4111          * failure could be caused by insufficient priority
4112          */
4113         if (compaction_failed(compact_result))
4114                 goto check_priority;
4115
4116         /*
4117          * compaction was skipped because there are not enough order-0 pages
4118          * to work with, so we retry only if it looks like reclaim can help.
4119          */
4120         if (compaction_needs_reclaim(compact_result)) {
4121                 ret = compaction_zonelist_suitable(ac, order, alloc_flags);
4122                 goto out;
4123         }
4124
4125         /*
4126          * make sure the compaction wasn't deferred or didn't bail out early
4127          * due to locks contention before we declare that we should give up.
4128          * But the next retry should use a higher priority if allowed, so
4129          * we don't just keep bailing out endlessly.
4130          */
4131         if (compaction_withdrawn(compact_result)) {
4132                 goto check_priority;
4133         }
4134
4135         /*
4136          * !costly requests are much more important than __GFP_RETRY_MAYFAIL
4137          * costly ones because they are de facto nofail and invoke OOM
4138          * killer to move on while costly can fail and users are ready
4139          * to cope with that. 1/4 retries is rather arbitrary but we
4140          * would need much more detailed feedback from compaction to
4141          * make a better decision.
4142          */
4143         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4144                 max_retries /= 4;
4145         if (*compaction_retries <= max_retries) {
4146                 ret = true;
4147                 goto out;
4148         }
4149
4150         /*
4151          * Make sure there are attempts at the highest priority if we exhausted
4152          * all retries or failed at the lower priorities.
4153          */
4154 check_priority:
4155         min_priority = (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) ?
4156                         MIN_COMPACT_COSTLY_PRIORITY : MIN_COMPACT_PRIORITY;
4157
4158         if (*compact_priority > min_priority) {
4159                 (*compact_priority)--;
4160                 *compaction_retries = 0;
4161                 ret = true;
4162         }
4163 out:
4164         trace_compact_retry(order, priority, compact_result, retries, max_retries, ret);
4165         return ret;
4166 }
4167 #else
4168 static inline struct page *
4169 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4170                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4171                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
4172 {
4173         *compact_result = COMPACT_SKIPPED;
4174         return NULL;
4175 }
4176
4177 static inline bool
4178 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, unsigned int order, int alloc_flags,
4179                      enum compact_result compact_result,
4180                      enum compact_priority *compact_priority,
4181                      int *compaction_retries)
4182 {
4183         struct zone *zone;
4184         struct zoneref *z;
4185
4186         if (!order || order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4187                 return false;
4188
4189         /*
4190          * There are setups with compaction disabled which would prefer to loop
4191          * inside the allocator rather than hit the oom killer prematurely.
4192          * Let's give them a good hope and keep retrying while the order-0
4193          * watermarks are OK.
4194          */
4195         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
4196                                 ac->highest_zoneidx, ac->nodemask) {
4197                 if (zone_watermark_ok(zone, 0, min_wmark_pages(zone),
4198                                         ac->highest_zoneidx, alloc_flags))
4199                         return true;
4200         }
4201         return false;
4202 }
4203 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
4204
4205 #ifdef CONFIG_LOCKDEP
4206 static struct lockdep_map __fs_reclaim_map =
4207         STATIC_LOCKDEP_MAP_INIT("fs_reclaim", &__fs_reclaim_map);
4208
4209 static bool __need_fs_reclaim(gfp_t gfp_mask)
4210 {
4211         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4212
4213         /* no reclaim without waiting on it */
4214         if (!(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
4215                 return false;
4216
4217         /* this guy won't enter reclaim */
4218         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4219                 return false;
4220
4221         /* We're only interested __GFP_FS allocations for now */
4222         if (!(gfp_mask & __GFP_FS))
4223                 return false;
4224
4225         if (gfp_mask & __GFP_NOLOCKDEP)
4226                 return false;
4227
4228         return true;
4229 }
4230
4231 void __fs_reclaim_acquire(void)
4232 {
4233         lock_map_acquire(&__fs_reclaim_map);
4234 }
4235
4236 void __fs_reclaim_release(void)
4237 {
4238         lock_map_release(&__fs_reclaim_map);
4239 }
4240
4241 void fs_reclaim_acquire(gfp_t gfp_mask)
4242 {
4243         if (__need_fs_reclaim(gfp_mask))
4244                 __fs_reclaim_acquire();
4245 }
4246 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_acquire);
4247
4248 void fs_reclaim_release(gfp_t gfp_mask)
4249 {
4250         if (__need_fs_reclaim(gfp_mask))
4251                 __fs_reclaim_release();
4252 }
4253 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_release);
4254 #endif
4255
4256 /* Perform direct synchronous page reclaim */
4257 static int
4258 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4259                                         const struct alloc_context *ac)
4260 {
4261         int progress;
4262         unsigned int noreclaim_flag;
4263         unsigned long pflags;
4264
4265         cond_resched();
4266
4267         /* We now go into synchronous reclaim */
4268         cpuset_memory_pressure_bump();
4269         psi_memstall_enter(&pflags);
4270         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
4271         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4272
4273         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
4274                                                                 ac->nodemask);
4275
4276         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4277         fs_reclaim_release(gfp_mask);
4278         psi_memstall_leave(&pflags);
4279
4280         cond_resched();
4281
4282         return progress;
4283 }
4284
4285 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
4286 static inline struct page *
4287 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4288                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4289                 unsigned long *did_some_progress)
4290 {
4291         struct page *page = NULL;
4292         bool drained = false;
4293
4294         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
4295         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
4296                 return NULL;
4297
4298 retry:
4299         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4300
4301         /*
4302          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
4303          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
4304          * Shrink them and try again
4305          */
4306         if (!page && !drained) {
4307                 unreserve_highatomic_pageblock(ac, false);
4308                 drain_all_pages(NULL);
4309                 drained = true;
4310                 goto retry;
4311         }
4312
4313         return page;
4314 }
4315
4316 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, gfp_t gfp_mask,
4317                              const struct alloc_context *ac)
4318 {
4319         struct zoneref *z;
4320         struct zone *zone;
4321         pg_data_t *last_pgdat = NULL;
4322         enum zone_type highest_zoneidx = ac->highest_zoneidx;
4323
4324         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, highest_zoneidx,
4325                                         ac->nodemask) {
4326                 if (last_pgdat != zone->zone_pgdat)
4327                         wakeup_kswapd(zone, gfp_mask, order, highest_zoneidx);
4328                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
4329         }
4330 }
4331
4332 static inline unsigned int
4333 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4334 {
4335         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
4336
4337         /*
4338          * __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH
4339          * and __GFP_KSWAPD_RECLAIM is assumed to be the same as ALLOC_KSWAPD
4340          * to save two branches.
4341          */
4342         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
4343         BUILD_BUG_ON(__GFP_KSWAPD_RECLAIM != (__force gfp_t) ALLOC_KSWAPD);
4344
4345         /*
4346          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
4347          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
4348          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
4349          * set both ALLOC_HARDER (__GFP_ATOMIC) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
4350          */
4351         alloc_flags |= (__force int)
4352                 (gfp_mask & (__GFP_HIGH | __GFP_KSWAPD_RECLAIM));
4353
4354         if (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) {
4355                 /*
4356                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
4357                  * if it can't schedule.
4358                  */
4359                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4360                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
4361                 /*
4362                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
4363                  * comment for __cpuset_node_allowed().
4364                  */
4365                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
4366         } else if (unlikely(rt_task(current)) && !in_interrupt())
4367                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
4368
4369         alloc_flags = current_alloc_flags(gfp_mask, alloc_flags);
4370
4371         return alloc_flags;
4372 }
4373
4374 static bool oom_reserves_allowed(struct task_struct *tsk)
4375 {
4376         if (!tsk_is_oom_victim(tsk))
4377                 return false;
4378
4379         /*
4380          * !MMU doesn't have oom reaper so give access to memory reserves
4381          * only to the thread with TIF_MEMDIE set
4382          */
4383         if (!IS_ENABLED(CONFIG_MMU) && !test_thread_flag(TIF_MEMDIE))
4384                 return false;
4385
4386         return true;
4387 }
4388
4389 /*
4390  * Distinguish requests which really need access to full memory
4391  * reserves from oom victims which can live with a portion of it
4392  */
4393 static inline int __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4394 {
4395         if (unlikely(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4396                 return 0;
4397         if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
4398                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4399         if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
4400                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4401         if (!in_interrupt()) {
4402                 if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4403                         return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4404                 else if (oom_reserves_allowed(current))
4405                         return ALLOC_OOM;
4406         }
4407
4408         return 0;
4409 }
4410
4411 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
4412 {
4413         return !!__gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4414 }
4415
4416 /*
4417  * Checks whether it makes sense to retry the reclaim to make a forward progress
4418  * for the given allocation request.
4419  *
4420  * We give up when we either have tried MAX_RECLAIM_RETRIES in a row
4421  * without success, or when we couldn't even meet the watermark if we
4422  * reclaimed all remaining pages on the LRU lists.
4423  *
4424  * Returns true if a retry is viable or false to enter the oom path.
4425  */
4426 static inline bool
4427 should_reclaim_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned order,
4428                      struct alloc_context *ac, int alloc_flags,
4429                      bool did_some_progress, int *no_progress_loops)
4430 {
4431         struct zone *zone;
4432         struct zoneref *z;
4433         bool ret = false;
4434
4435         /*
4436          * Costly allocations might have made a progress but this doesn't mean
4437          * their order will become available due to high fragmentation so
4438          * always increment the no progress counter for them
4439          */
4440         if (did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4441                 *no_progress_loops = 0;
4442         else
4443                 (*no_progress_loops)++;
4444
4445         /*
4446          * Make sure we converge to OOM if we cannot make any progress
4447          * several times in the row.
4448          */
4449         if (*no_progress_loops > MAX_RECLAIM_RETRIES) {
4450                 /* Before OOM, exhaust highatomic_reserve */
4451                 return unreserve_highatomic_pageblock(ac, true);
4452         }
4453
4454         /*
4455          * Keep reclaiming pages while there is a chance this will lead
4456          * somewhere.  If none of the target zones can satisfy our allocation
4457          * request even if all reclaimable pages are considered then we are
4458          * screwed and have to go OOM.
4459          */
4460         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
4461                                 ac->highest_zoneidx, ac->nodemask) {
4462                 unsigned long available;
4463                 unsigned long reclaimable;
4464                 unsigned long min_wmark = min_wmark_pages(zone);
4465                 bool wmark;
4466
4467                 available = reclaimable = zone_reclaimable_pages(zone);
4468                 available += zone_page_state_snapshot(zone, NR_FREE_PAGES);
4469
4470                 /*
4471                  * Would the allocation succeed if we reclaimed all
4472                  * reclaimable pages?
4473                  */
4474                 wmark = __zone_watermark_ok(zone, order, min_wmark,
4475                                 ac->highest_zoneidx, alloc_flags, available);
4476                 trace_reclaim_retry_zone(z, order, reclaimable,
4477                                 available, min_wmark, *no_progress_loops, wmark);
4478                 if (wmark) {
4479                         /*
4480                          * If we didn't make any progress and have a lot of
4481                          * dirty + writeback pages then we should wait for
4482                          * an IO to complete to slow down the reclaim and
4483                          * prevent from pre mature OOM
4484                          */
4485                         if (!did_some_progress) {
4486                                 unsigned long write_pending;
4487
4488                                 write_pending = zone_page_state_snapshot(zone,
4489                                                         NR_ZONE_WRITE_PENDING);
4490
4491                                 if (2 * write_pending > reclaimable) {
4492                                         congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
4493                                         return true;
4494                                 }
4495                         }
4496
4497                         ret = true;
4498                         goto out;
4499                 }
4500         }
4501
4502 out:
4503         /*
4504          * Memory allocation/reclaim might be called from a WQ context and the
4505          * current implementation of the WQ concurrency control doesn't
4506          * recognize that a particular WQ is congested if the worker thread is
4507          * looping without ever sleeping. Therefore we have to do a short sleep
4508          * here rather than calling cond_resched().
4509          */
4510         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
4511                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
4512         else
4513                 cond_resched();
4514         return ret;
4515 }
4516
4517 static inline bool
4518 check_retry_cpuset(int cpuset_mems_cookie, struct alloc_context *ac)
4519 {
4520         /*
4521          * It's possible that cpuset's mems_allowed and the nodemask from
4522          * mempolicy don't intersect. This should be normally dealt with by
4523          * policy_nodemask(), but it's possible to race with cpuset update in
4524          * such a way the check therein was true, and then it became false
4525          * before we got our cpuset_mems_cookie here.
4526          * This assumes that for all allocations, ac->nodemask can come only
4527          * from MPOL_BIND mempolicy (whose documented semantics is to be ignored
4528          * when it does not intersect with the cpuset restrictions) or the
4529          * caller can deal with a violated nodemask.
4530          */
4531         if (cpusets_enabled() && ac->nodemask &&
4532                         !cpuset_nodemask_valid_mems_allowed(ac->nodemask)) {
4533                 ac->nodemask = NULL;
4534                 return true;
4535         }
4536
4537         /*
4538          * When updating a task's mems_allowed or mempolicy nodemask, it is
4539          * possible to race with parallel threads in such a way that our
4540          * allocation can fail while the mask is being updated. If we are about
4541          * to fail, check if the cpuset changed during allocation and if so,
4542          * retry.
4543          */
4544         if (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))
4545                 return true;
4546
4547         return false;
4548 }
4549
4550 static inline struct page *
4551 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4552                                                 struct alloc_context *ac)
4553 {
4554         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
4555         const bool costly_order = order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER;
4556         struct page *page = NULL;
4557         unsigned int alloc_flags;
4558         unsigned long did_some_progress;
4559         enum compact_priority compact_priority;
4560         enum compact_result compact_result;
4561         int compaction_retries;
4562         int no_progress_loops;
4563         unsigned int cpuset_mems_cookie;
4564         int reserve_flags;
4565
4566         /*
4567          * We also sanity check to catch abuse of atomic reserves being used by
4568          * callers that are not in atomic context.
4569          */
4570         if (WARN_ON_ONCE((gfp_mask & (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)) ==
4571                                 (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)))
4572                 gfp_mask &= ~__GFP_ATOMIC;
4573
4574 retry_cpuset:
4575         compaction_retries = 0;
4576         no_progress_loops = 0;
4577         compact_priority = DEF_COMPACT_PRIORITY;
4578         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
4579
4580         /*
4581          * The fast path uses conservative alloc_flags to succeed only until
4582          * kswapd needs to be woken up, and to avoid the cost of setting up
4583          * alloc_flags precisely. So we do that now.
4584          */
4585         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
4586
4587         /*
4588          * We need to recalculate the starting point for the zonelist iterator
4589          * because we might have used different nodemask in the fast path, or
4590          * there was a cpuset modification and we are retrying - otherwise we
4591          * could end up iterating over non-eligible zones endlessly.
4592          */
4593         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4594                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
4595         if (!ac->preferred_zoneref->zone)
4596                 goto nopage;
4597
4598         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4599                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4600
4601         /*
4602          * The adjusted alloc_flags might result in immediate success, so try
4603          * that first
4604          */
4605         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4606         if (page)
4607                 goto got_pg;
4608
4609         /*
4610          * For costly allocations, try direct compaction first, as it's likely
4611          * that we have enough base pages and don't need to reclaim. For non-
4612          * movable high-order allocations, do that as well, as compaction will
4613          * try prevent permanent fragmentation by migrating from blocks of the
4614          * same migratetype.
4615          * Don't try this for allocations that are allowed to ignore
4616          * watermarks, as the ALLOC_NO_WATERMARKS attempt didn't yet happen.
4617          */
4618         if (can_direct_reclaim &&
4619                         (costly_order ||
4620                            (order > 0 && ac->migratetype != MIGRATE_MOVABLE))
4621                         && !gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_mask)) {
4622                 page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order,
4623                                                 alloc_flags, ac,
4624                                                 INIT_COMPACT_PRIORITY,
4625                                                 &compact_result);
4626                 if (page)
4627                         goto got_pg;
4628
4629                 /*
4630                  * Checks for costly allocations with __GFP_NORETRY, which
4631                  * includes some THP page fault allocations
4632                  */
4633                 if (costly_order && (gfp_mask & __GFP_NORETRY)) {
4634                         /*
4635                          * If allocating entire pageblock(s) and compaction
4636                          * failed because all zones are below low watermarks
4637                          * or is prohibited because it recently failed at this
4638                          * order, fail immediately unless the allocator has
4639                          * requested compaction and reclaim retry.
4640                          *
4641                          * Reclaim is
4642                          *  - potentially very expensive because zones are far
4643                          *    below their low watermarks or this is part of very
4644                          *    bursty high order allocations,
4645                          *  - not guaranteed to help because isolate_freepages()
4646                          *    may not iterate over freed pages as part of its
4647                          *    linear scan, and
4648                          *  - unlikely to make entire pageblocks free on its
4649                          *    own.
4650                          */
4651                         if (compact_result == COMPACT_SKIPPED ||
4652                             compact_result == COMPACT_DEFERRED)
4653                                 goto nopage;
4654
4655                         /*
4656                          * Looks like reclaim/compaction is worth trying, but
4657                          * sync compaction could be very expensive, so keep
4658                          * using async compaction.
4659                          */
4660                         compact_priority = INIT_COMPACT_PRIORITY;
4661                 }
4662         }
4663
4664 retry:
4665         /* Ensure kswapd doesn't accidentally go to sleep as long as we loop */
4666         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4667                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4668
4669         reserve_flags = __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4670         if (reserve_flags)
4671                 alloc_flags = current_alloc_flags(gfp_mask, reserve_flags);
4672
4673         /*
4674          * Reset the nodemask and zonelist iterators if memory policies can be
4675          * ignored. These allocations are high priority and system rather than
4676          * user oriented.
4677          */
4678         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) || reserve_flags) {
4679                 ac->nodemask = NULL;
4680                 ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4681                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
4682         }
4683
4684         /* Attempt with potentially adjusted zonelist and alloc_flags */
4685         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4686         if (page)
4687                 goto got_pg;
4688
4689         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
4690         if (!can_direct_reclaim)
4691                 goto nopage;
4692
4693         /* Avoid recursion of direct reclaim */
4694         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4695                 goto nopage;
4696
4697         /* Try direct reclaim and then allocating */
4698         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4699                                                         &did_some_progress);
4700         if (page)
4701                 goto got_pg;
4702
4703         /* Try direct compaction and then allocating */
4704         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4705                                         compact_priority, &compact_result);
4706         if (page)
4707                 goto got_pg;
4708
4709         /* Do not loop if specifically requested */
4710         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
4711                 goto nopage;
4712
4713         /*
4714          * Do not retry costly high order allocations unless they are
4715          * __GFP_RETRY_MAYFAIL
4716          */
4717         if (costly_order && !(gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL))
4718                 goto nopage;
4719
4720         if (should_reclaim_retry(gfp_mask, order, ac, alloc_flags,
4721                                  did_some_progress > 0, &no_progress_loops))
4722                 goto retry;
4723
4724         /*
4725          * It doesn't make any sense to retry for the compaction if the order-0
4726          * reclaim is not able to make any progress because the current
4727          * implementation of the compaction depends on the sufficient amount
4728          * of free memory (see __compaction_suitable)
4729          */
4730         if (did_some_progress > 0 &&
4731                         should_compact_retry(ac, order, alloc_flags,
4732                                 compact_result, &compact_priority,
4733                                 &compaction_retries))
4734                 goto retry;
4735
4736
4737         /* Deal with possible cpuset update races before we start OOM killing */
4738         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
4739                 goto retry_cpuset;
4740
4741         /* Reclaim has failed us, start killing things */
4742         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
4743         if (page)
4744                 goto got_pg;
4745
4746         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
4747         if (tsk_is_oom_victim(current) &&
4748             (alloc_flags & ALLOC_OOM ||
4749              (gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC)))
4750                 goto nopage;
4751
4752         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
4753         if (did_some_progress) {
4754                 no_progress_loops = 0;
4755                 goto retry;
4756         }
4757
4758 nopage:
4759         /* Deal with possible cpuset update races before we fail */
4760         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
4761                 goto retry_cpuset;
4762
4763         /*
4764          * Make sure that __GFP_NOFAIL request doesn't leak out and make sure
4765          * we always retry
4766          */
4767         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL) {
4768                 /*
4769                  * All existing users of the __GFP_NOFAIL are blockable, so warn
4770                  * of any new users that actually require GFP_NOWAIT
4771                  */
4772                 if (WARN_ON_ONCE(!can_direct_reclaim))
4773                         goto fail;
4774
4775                 /*
4776                  * PF_MEMALLOC request from this context is rather bizarre
4777                  * because we cannot reclaim anything and only can loop waiting
4778                  * for somebody to do a work for us
4779                  */
4780                 WARN_ON_ONCE(current->flags & PF_MEMALLOC);
4781
4782                 /*
4783                  * non failing costly orders are a hard requirement which we
4784                  * are not prepared for much so let's warn about these users
4785                  * so that we can identify them and convert them to something
4786                  * else.
4787                  */
4788                 WARN_ON_ONCE(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
4789
4790                 /*
4791                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
4792                  * reserves but do not use ALLOC_NO_WATERMARKS because this
4793                  * could deplete whole memory reserves which would just make
4794                  * the situation worse
4795                  */
4796                 page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order, ALLOC_HARDER, ac);
4797                 if (page)
4798                         goto got_pg;
4799
4800                 cond_resched();
4801                 goto retry;
4802         }
4803 fail:
4804         warn_alloc(gfp_mask, ac->nodemask,
4805                         "page allocation failure: order:%u", order);
4806 got_pg:
4807         return page;
4808 }
4809
4810 static inline bool prepare_alloc_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4811                 int preferred_nid, nodemask_t *nodemask,
4812                 struct alloc_context *ac, gfp_t *alloc_mask,
4813                 unsigned int *alloc_flags)
4814 {
4815         ac->highest_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
4816         ac->zonelist = node_zonelist(preferred_nid, gfp_mask);
4817         ac->nodemask = nodemask;
4818         ac->migratetype = gfp_migratetype(gfp_mask);
4819
4820         if (cpusets_enabled()) {
4821                 *alloc_mask |= __GFP_HARDWALL;
4822                 /*
4823                  * When we are in the interrupt context, it is irrelevant
4824                  * to the current task context. It means that any node ok.
4825                  */
4826                 if (!in_interrupt() && !ac->nodemask)
4827                         ac->nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
4828                 else
4829                         *alloc_flags |= ALLOC_CPUSET;
4830         }
4831
4832         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
4833         fs_reclaim_release(gfp_mask);
4834
4835         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM);
4836
4837         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
4838                 return false;
4839
4840         *alloc_flags = current_alloc_flags(gfp_mask, *alloc_flags);
4841
4842         return true;
4843 }
4844
4845 /* Determine whether to spread dirty pages and what the first usable zone */
4846 static inline void finalise_ac(gfp_t gfp_mask, struct alloc_context *ac)
4847 {
4848         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
4849         ac->spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
4850
4851         /*
4852          * The preferred zone is used for statistics but crucially it is
4853          * also used as the starting point for the zonelist iterator. It
4854          * may get reset for allocations that ignore memory policies.
4855          */
4856         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4857                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
4858 }
4859
4860 /*
4861  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
4862  */
4863 struct page *
4864 __alloc_pages_nodemask(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int preferred_nid,
4865                                                         nodemask_t *nodemask)
4866 {
4867         struct page *page;
4868         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
4869         gfp_t alloc_mask; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
4870         struct alloc_context ac = { };
4871
4872         /*
4873          * There are several places where we assume that the order value is sane
4874          * so bail out early if the request is out of bound.
4875          */
4876         if (unlikely(order >= MAX_ORDER)) {
4877                 WARN_ON_ONCE(!(gfp_mask & __GFP_NOWARN));
4878                 return NULL;
4879         }
4880
4881         gfp_mask &= gfp_allowed_mask;
4882         alloc_mask = gfp_mask;
4883         if (!prepare_alloc_pages(gfp_mask, order, preferred_nid, nodemask, &ac, &alloc_mask, &alloc_flags))
4884                 return NULL;
4885
4886         finalise_ac(gfp_mask, &ac);
4887
4888         /*
4889          * Forbid the first pass from falling back to types that fragment
4890          * memory until all local zones are considered.
4891          */
4892         alloc_flags |= alloc_flags_nofragment(ac.preferred_zoneref->zone, gfp_mask);
4893
4894         /* First allocation attempt */
4895         page = get_page_from_freelist(alloc_mask, order, alloc_flags, &ac);
4896         if (likely(page))
4897                 goto out;
4898
4899         /*
4900          * Apply scoped allocation constraints. This is mainly about GFP_NOFS
4901          * resp. GFP_NOIO which has to be inherited for all allocation requests
4902          * from a particular context which has been marked by
4903          * memalloc_no{fs,io}_{save,restore}.
4904          */
4905         alloc_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4906         ac.spread_dirty_pages = false;
4907
4908         /*
4909          * Restore the original nodemask if it was potentially replaced with
4910          * &cpuset_current_mems_allowed to optimize the fast-path attempt.
4911          */
4912         ac.nodemask = nodemask;
4913
4914         page = __alloc_pages_slowpath(alloc_mask, order, &ac);
4915
4916 out:
4917         if (memcg_kmem_enabled() && (gfp_mask & __GFP_ACCOUNT) && page &&
4918             unlikely(__memcg_kmem_charge_page(page, gfp_mask, order) != 0)) {
4919                 __free_pages(page, order);
4920                 page = NULL;
4921         }
4922
4923         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_mask, ac.migratetype);
4924
4925         return page;
4926 }
4927 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages_nodemask);
4928
4929 /*
4930  * Common helper functions. Never use with __GFP_HIGHMEM because the returned
4931  * address cannot represent highmem pages. Use alloc_pages and then kmap if
4932  * you need to access high mem.
4933  */
4934 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
4935 {
4936         struct page *page;
4937
4938         page = alloc_pages(gfp_mask & ~__GFP_HIGHMEM, order);
4939         if (!page)
4940                 return 0;
4941         return (unsigned long) page_address(page);
4942 }
4943 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
4944
4945 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
4946 {
4947         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
4948 }
4949 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
4950
4951 static inline void free_the_page(struct page *page, unsigned int order)
4952 {
4953         if (order == 0)         /* Via pcp? */
4954                 free_unref_page(page);
4955         else
4956                 __free_pages_ok(page, order);
4957 }
4958
4959 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
4960 {
4961         if (put_page_testzero(page))
4962                 free_the_page(page, order);
4963 }
4964 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
4965
4966 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
4967 {
4968         if (addr != 0) {
4969                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
4970                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
4971         }
4972 }
4973
4974 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
4975
4976 /*
4977  * Page Fragment:
4978  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
4979  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
4980  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
4981  *
4982  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
4983  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
4984  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
4985  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
4986  */
4987 static struct page *__page_frag_cache_refill(struct page_frag_cache *nc,
4988                                              gfp_t gfp_mask)
4989 {
4990         struct page *page = NULL;
4991         gfp_t gfp = gfp_mask;
4992
4993 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4994         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
4995                     __GFP_NOMEMALLOC;
4996         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
4997                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
4998         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
4999 #endif
5000         if (unlikely(!page))
5001                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
5002
5003         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
5004
5005         return page;
5006 }
5007
5008 void __page_frag_cache_drain(struct page *page, unsigned int count)
5009 {
5010         VM_BUG_ON_PAGE(page_ref_count(page) == 0, page);
5011
5012         if (page_ref_sub_and_test(page, count))
5013                 free_the_page(page, compound_order(page));
5014 }
5015 EXPORT_SYMBOL(__page_frag_cache_drain);
5016
5017 void *page_frag_alloc(struct page_frag_cache *nc,
5018                       unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask)
5019 {
5020         unsigned int size = PAGE_SIZE;
5021         struct page *page;
5022         int offset;
5023
5024         if (unlikely(!nc->va)) {
5025 refill:
5026                 page = __page_frag_cache_refill(nc, gfp_mask);
5027                 if (!page)
5028                         return NULL;
5029
5030 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
5031                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
5032                 size = nc->size;
5033 #endif
5034                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
5035                  * This would break get_page_unless_zero() users.
5036                  */
5037                 page_ref_add(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE);
5038
5039                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
5040                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
5041                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
5042                 nc->offset = size;
5043         }
5044
5045         offset = nc->offset - fragsz;
5046         if (unlikely(offset < 0)) {
5047                 page = virt_to_page(nc->va);
5048
5049                 if (!page_ref_sub_and_test(page, nc->pagecnt_bias))
5050                         goto refill;
5051
5052 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
5053                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
5054                 size = nc->size;
5055 #endif
5056                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
5057                 set_page_count(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1);
5058
5059                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
5060                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
5061                 offset = size - fragsz;
5062         }
5063
5064         nc->pagecnt_bias--;
5065         nc->offset = offset;
5066
5067         return nc->va + offset;
5068 }
5069 EXPORT_SYMBOL(page_frag_alloc);
5070
5071 /*
5072  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
5073  */
5074 void page_frag_free(void *addr)
5075 {
5076         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
5077
5078         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
5079                 free_the_page(page, compound_order(page));
5080 }
5081 EXPORT_SYMBOL(page_frag_free);
5082
5083 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
5084                 size_t size)
5085 {
5086         if (addr) {
5087                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
5088                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
5089
5090                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
5091                 while (used < alloc_end) {
5092                         free_page(used);
5093                         used += PAGE_SIZE;
5094                 }
5095         }
5096         return (void *)addr;
5097 }
5098
5099 /**
5100  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
5101  * @size: the number of bytes to allocate
5102  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
5103  *
5104  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
5105  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
5106  * allocate memory in power-of-two pages.
5107  *
5108  * This function is also limited by MAX_ORDER.
5109  *
5110  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
5111  *
5112  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
5113  */
5114 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
5115 {
5116         unsigned int order = get_order(size);
5117         unsigned long addr;
5118
5119         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_COMP))
5120                 gfp_mask &= ~__GFP_COMP;
5121
5122         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
5123         return make_alloc_exact(addr, order, size);
5124 }
5125 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
5126
5127 /**
5128  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
5129  *                         pages on a node.
5130  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
5131  * @size: the number of bytes to allocate
5132  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
5133  *
5134  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
5135  * back.
5136  *
5137  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
5138  */
5139 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
5140 {
5141         unsigned int order = get_order(size);
5142         struct page *p;
5143
5144         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_COMP))
5145                 gfp_mask &= ~__GFP_COMP;
5146
5147         p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
5148         if (!p)
5149                 return NULL;
5150         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
5151 }
5152
5153 /**
5154  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
5155  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
5156  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
5157  *
5158  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
5159  */
5160 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
5161 {
5162         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
5163         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
5164
5165         while (addr < end) {
5166                 free_page(addr);
5167                 addr += PAGE_SIZE;
5168         }
5169 }
5170 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
5171
5172 /**
5173  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
5174  * @offset: The zone index of the highest zone
5175  *
5176  * nr_free_zone_pages() counts the number of pages which are beyond the
5177  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
5178  * zone, the number of pages is calculated as:
5179  *
5180  *     nr_free_zone_pages = managed_pages - high_pages
5181  *
5182  * Return: number of pages beyond high watermark.
5183  */
5184 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
5185 {
5186         struct zoneref *z;
5187         struct zone *zone;
5188
5189         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
5190         unsigned long sum = 0;
5191
5192         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
5193
5194         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
5195                 unsigned long size = zone_managed_pages(zone);
5196                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
5197                 if (size > high)
5198                         sum += size - high;
5199         }
5200
5201         return sum;
5202 }
5203
5204 /**
5205  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
5206  *
5207  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
5208  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
5209  *
5210  * Return: number of pages beyond high watermark within ZONE_DMA and
5211  * ZONE_NORMAL.
5212  */
5213 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
5214 {
5215         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
5216 }
5217 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
5218
5219 static inline void show_node(struct zone *zone)
5220 {
5221         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
5222                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
5223 }
5224
5225 long si_mem_available(void)
5226 {
5227         long available;
5228         unsigned long pagecache;
5229         unsigned long wmark_low = 0;
5230         unsigned long pages[NR_LRU_LISTS];
5231         unsigned long reclaimable;
5232         struct zone *zone;
5233         int lru;
5234
5235         for (lru = LRU_BASE; lru < NR_LRU_LISTS; lru++)
5236                 pages[lru] = global_node_page_state(NR_LRU_BASE + lru);
5237
5238         for_each_zone(zone)
5239                 wmark_low += low_wmark_pages(zone);
5240
5241         /*
5242          * Estimate the amount of memory available for userspace allocations,
5243          * without causing swapping.
5244          */
5245         available = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES) - totalreserve_pages;
5246
5247         /*
5248          * Not all the page cache can be freed, otherwise the system will
5249          * start swapping. Assume at least half of the page cache, or the
5250          * low watermark worth of cache, needs to stay.
5251          */
5252         pagecache = pages[LRU_ACTIVE_FILE] + pages[LRU_INACTIVE_FILE];
5253         pagecache -= min(pagecache / 2, wmark_low);
5254         available += pagecache;
5255
5256         /*
5257          * Part of the reclaimable slab and other kernel memory consists of
5258          * items that are in use, and cannot be freed. Cap this estimate at the
5259          * low watermark.
5260          */
5261         reclaimable = global_node_page_state_pages(NR_SLAB_RECLAIMABLE_B) +
5262                 global_node_page_state(NR_KERNEL_MISC_RECLAIMABLE);
5263         available += reclaimable - min(reclaimable / 2, wmark_low);
5264
5265         if (available < 0)
5266                 available = 0;
5267         return available;
5268 }
5269 EXPORT_SYMBOL_GPL(si_mem_available);
5270
5271 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
5272 {
5273         val->totalram = totalram_pages();
5274         val->sharedram = global_node_page_state(NR_SHMEM);
5275         val->freeram = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES);
5276         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
5277         val->totalhigh = totalhigh_pages();
5278         val->freehigh = nr_free_highpages();
5279         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
5280 }
5281
5282 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
5283
5284 #ifdef CONFIG_NUMA
5285 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
5286 {
5287         int zone_type;          /* needs to be signed */
5288         unsigned long managed_pages = 0;
5289         unsigned long managed_highpages = 0;
5290         unsigned long free_highpages = 0;
5291         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5292
5293         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
5294                 managed_pages += zone_managed_pages(&pgdat->node_zones[zone_type]);
5295         val->totalram = managed_pages;
5296         val->sharedram = node_page_state(pgdat, NR_SHMEM);
5297         val->freeram = sum_zone_node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
5298 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
5299         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++) {
5300                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
5301
5302                 if (is_highmem(zone)) {
5303                         managed_highpages += zone_managed_pages(zone);
5304                         free_highpages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
5305                 }
5306         }
5307         val->totalhigh = managed_highpages;
5308         val->freehigh = free_highpages;
5309 #else
5310         val->totalhigh = managed_highpages;
5311         val->freehigh = free_highpages;
5312 #endif
5313         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
5314 }
5315 #endif
5316
5317 /*
5318  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
5319  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
5320  */
5321 static bool show_mem_node_skip(unsigned int flags, int nid, nodemask_t *nodemask)
5322 {
5323         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
5324                 return false;
5325
5326         /*
5327          * no node mask - aka implicit memory numa policy. Do not bother with
5328          * the synchronization - read_mems_allowed_begin - because we do not
5329          * have to be precise here.
5330          */
5331         if (!nodemask)
5332                 nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
5333
5334         return !node_isset(nid, *nodemask);
5335 }
5336
5337 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
5338
5339 static void show_migration_types(unsigned char type)
5340 {
5341         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
5342                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
5343                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
5344                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
5345                 [MIGRATE_HIGHATOMIC]    = 'H',
5346 #ifdef CONFIG_CMA
5347                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
5348 #endif
5349 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
5350                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
5351 #endif
5352         };
5353         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
5354         char *p = tmp;
5355         int i;
5356
5357         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
5358                 if (type & (1 << i))
5359                         *p++ = types[i];
5360         }
5361
5362         *p = '\0';
5363         printk(KERN_CONT "(%s) ", tmp);
5364 }
5365
5366 /*
5367  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
5368  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
5369  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
5370  *
5371  * Bits in @filter:
5372  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
5373  *   cpuset.
5374  */
5375 void show_free_areas(unsigned int filter, nodemask_t *nodemask)
5376 {
5377         unsigned long free_pcp = 0;
5378         int cpu;
5379         struct zone *zone;
5380         pg_data_t *pgdat;
5381
5382         for_each_populated_zone(zone) {
5383                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5384                         continue;
5385
5386                 for_each_online_cpu(cpu)
5387                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
5388         }
5389
5390         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
5391                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
5392                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu\n"
5393                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
5394                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
5395                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
5396                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
5397                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
5398                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
5399                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
5400                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
5401                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
5402                 global_node_page_state(NR_UNEVICTABLE),
5403                 global_node_page_state(NR_FILE_DIRTY),
5404                 global_node_page_state(NR_WRITEBACK),
5405                 global_node_page_state_pages(NR_SLAB_RECLAIMABLE_B),
5406                 global_node_page_state_pages(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE_B),
5407                 global_node_page_state(NR_FILE_MAPPED),
5408                 global_node_page_state(NR_SHMEM),
5409                 global_zone_page_state(NR_PAGETABLE),
5410                 global_zone_page_state(NR_BOUNCE),
5411                 global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES),
5412                 free_pcp,
5413                 global_zone_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
5414
5415         for_each_online_pgdat(pgdat) {
5416                 if (show_mem_node_skip(filter, pgdat->node_id, nodemask))
5417                         continue;
5418
5419                 printk("Node %d"
5420                         " active_anon:%lukB"
5421                         " inactive_anon:%lukB"
5422                         " active_file:%lukB"
5423                         " inactive_file:%lukB"
5424                         " unevictable:%lukB"
5425                         " isolated(anon):%lukB"
5426                         " isolated(file):%lukB"
5427                         " mapped:%lukB"
5428                         " dirty:%lukB"
5429                         " writeback:%lukB"
5430                         " shmem:%lukB"
5431 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5432                         " shmem_thp: %lukB"
5433                         " shmem_pmdmapped: %lukB"
5434                         " anon_thp: %lukB"
5435 #endif
5436                         " writeback_tmp:%lukB"
5437                         " kernel_stack:%lukB"
5438 #ifdef CONFIG_SHADOW_CALL_STACK
5439                         " shadow_call_stack:%lukB"
5440 #endif
5441                         " all_unreclaimable? %s"
5442                         "\n",
5443                         pgdat->node_id,
5444                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_ANON)),
5445                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON)),
5446                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE)),
5447                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE)),
5448                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNEVICTABLE)),
5449                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON)),
5450                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_FILE)),
5451                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_MAPPED)),
5452                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_DIRTY)),
5453                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK)),
5454                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM)),
5455 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5456                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
5457                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_PMDMAPPED)
5458                                         * HPAGE_PMD_NR),
5459                         K(node_page_state(pgdat, NR_ANON_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
5460 #endif
5461                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK_TEMP)),
5462                         node_page_state(pgdat, NR_KERNEL_STACK_KB),
5463 #ifdef CONFIG_SHADOW_CALL_STACK
5464                         node_page_state(pgdat, NR_KERNEL_SCS_KB),
5465 #endif
5466                         pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES ?
5467                                 "yes" : "no");
5468         }
5469
5470         for_each_populated_zone(zone) {
5471                 int i;
5472
5473                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5474                         continue;
5475
5476                 free_pcp = 0;
5477                 for_each_online_cpu(cpu)
5478                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
5479
5480                 show_node(zone);
5481                 printk(KERN_CONT
5482                         "%s"
5483                         " free:%lukB"
5484                         " min:%lukB"
5485                         " low:%lukB"
5486                         " high:%lukB"
5487                         " reserved_highatomic:%luKB"
5488                         " active_anon:%lukB"
5489                         " inactive_anon:%lukB"
5490                         " active_file:%lukB"
5491                         " inactive_file:%lukB"
5492                         " unevictable:%lukB"
5493                         " writepending:%lukB"
5494                         " present:%lukB"
5495                         " managed:%lukB"
5496                         " mlocked:%lukB"
5497                         " pagetables:%lukB"
5498                         " bounce:%lukB"
5499                         " free_pcp:%lukB"
5500                         " local_pcp:%ukB"
5501                         " free_cma:%lukB"
5502                         "\n",
5503                         zone->name,
5504                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
5505                         K(min_wmark_pages(zone)),
5506                         K(low_wmark_pages(zone)),
5507                         K(high_wmark_pages(zone)),
5508                         K(zone->nr_reserved_highatomic),
5509                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_ANON)),
5510                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_ANON)),
5511                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_FILE)),
5512                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_FILE)),
5513                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_UNEVICTABLE)),
5514                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_WRITE_PENDING)),
5515                         K(zone->present_pages),
5516                         K(zone_managed_pages(zone)),
5517                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
5518                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGETABLE)),
5519                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
5520                         K(free_pcp),
5521                         K(this_cpu_read(zone->pageset->pcp.count)),
5522                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)));
5523                 printk("lowmem_reserve[]:");
5524                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
5525                         printk(KERN_CONT " %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
5526                 printk(KERN_CONT "\n");
5527         }
5528
5529         for_each_populated_zone(zone) {
5530                 unsigned int order;
5531                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, total = 0;
5532                 unsigned char types[MAX_ORDER];
5533
5534                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5535                         continue;
5536                 show_node(zone);
5537                 printk(KERN_CONT "%s: ", zone->name);
5538
5539                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
5540                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
5541                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
5542                         int type;
5543
5544                         nr[order] = area->nr_free;
5545                         total += nr[order] << order;
5546
5547                         types[order] = 0;
5548                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
5549                                 if (!free_area_empty(area, type))
5550                                         types[order] |= 1 << type;
5551                         }
5552                 }
5553                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
5554                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
5555                         printk(KERN_CONT "%lu*%lukB ",
5556                                nr[order], K(1UL) << order);
5557                         if (nr[order])
5558                                 show_migration_types(types[order]);
5559                 }
5560                 printk(KERN_CONT "= %lukB\n", K(total));
5561         }
5562
5563         hugetlb_show_meminfo();
5564
5565         printk("%ld total pagecache pages\n", global_node_page_state(NR_FILE_PAGES));
5566
5567         show_swap_cache_info();
5568 }
5569
5570 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
5571 {
5572         zoneref->zone = zone;
5573         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
5574 }
5575
5576 /*
5577  * Builds allocation fallback zone lists.
5578  *
5579  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
5580  */
5581 static int build_zonerefs_node(pg_data_t *pgdat, struct zoneref *zonerefs)
5582 {
5583         struct zone *zone;
5584         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
5585         int nr_zones = 0;
5586
5587         do {
5588                 zone_type--;
5589                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
5590                 if (managed_zone(zone)) {
5591                         zoneref_set_zone(zone, &zonerefs[nr_zones++]);
5592                         check_highest_zone(zone_type);
5593                 }
5594         } while (zone_type);
5595
5596         return nr_zones;
5597 }
5598
5599 #ifdef CONFIG_NUMA
5600
5601 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
5602 {
5603         /*
5604          * We used to support different zonlists modes but they turned
5605          * out to be just not useful. Let's keep the warning in place
5606          * if somebody still use the cmd line parameter so that we do
5607          * not fail it silently
5608          */
5609         if (!(*s == 'd' || *s == 'D' || *s == 'n' || *s == 'N')) {
5610                 pr_warn("Ignoring unsupported numa_zonelist_order value:  %s\n", s);
5611                 return -EINVAL;
5612         }
5613         return 0;
5614 }
5615
5616 char numa_zonelist_order[] = "Node";
5617
5618 /*
5619  * sysctl handler for numa_zonelist_order
5620  */
5621 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
5622                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
5623 {
5624         if (write)
5625                 return __parse_numa_zonelist_order(buffer);
5626         return proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
5627 }
5628
5629
5630 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
5631 static int node_load[MAX_NUMNODES];
5632
5633 /**
5634  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
5635  * @node: node whose fallback list we're appending
5636  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
5637  *
5638  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
5639  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
5640  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
5641  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
5642  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
5643  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
5644  * on them otherwise.
5645  *
5646  * Return: node id of the found node or %NUMA_NO_NODE if no node is found.
5647  */
5648 static int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
5649 {
5650         int n, val;
5651         int min_val = INT_MAX;
5652         int best_node = NUMA_NO_NODE;
5653         const struct cpumask *tmp = cpumask_of_node(0);
5654
5655         /* Use the local node if we haven't already */
5656         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
5657                 node_set(node, *used_node_mask);
5658                 return node;
5659         }
5660
5661         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
5662
5663                 /* Don't want a node to appear more than once */
5664                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
5665                         continue;
5666
5667                 /* Use the distance array to find the distance */
5668                 val = node_distance(node, n);
5669
5670                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
5671                 val += (n < node);
5672
5673                 /* Give preference to headless and unused nodes */
5674                 tmp = cpumask_of_node(n);
5675                 if (!cpumask_empty(tmp))
5676                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
5677
5678                 /* Slight preference for less loaded node */
5679                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
5680                 val += node_load[n];
5681
5682                 if (val < min_val) {
5683                         min_val = val;
5684                         best_node = n;
5685                 }
5686         }
5687
5688         if (best_node >= 0)
5689                 node_set(best_node, *used_node_mask);
5690
5691         return best_node;
5692 }
5693
5694
5695 /*
5696  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
5697  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
5698  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
5699  */
5700 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int *node_order,
5701                 unsigned nr_nodes)
5702 {
5703         struct zoneref *zonerefs;
5704         int i;
5705
5706         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
5707
5708         for (i = 0; i < nr_nodes; i++) {
5709                 int nr_zones;
5710
5711                 pg_data_t *node = NODE_DATA(node_order[i]);
5712
5713                 nr_zones = build_zonerefs_node(node, zonerefs);
5714                 zonerefs += nr_zones;
5715         }
5716         zonerefs->zone = NULL;
5717         zonerefs->zone_idx = 0;
5718 }
5719
5720 /*
5721  * Build gfp_thisnode zonelists
5722  */
5723 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5724 {
5725         struct zoneref *zonerefs;
5726         int nr_zones;
5727
5728         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_NOFALLBACK]._zonerefs;
5729         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
5730         zonerefs += nr_zones;
5731         zonerefs->zone = NULL;
5732         zonerefs->zone_idx = 0;
5733 }
5734
5735 /*
5736  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
5737  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
5738  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
5739  * may still exist in local DMA zone.
5740  */
5741
5742 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5743 {
5744         static int node_order[MAX_NUMNODES];
5745         int node, load, nr_nodes = 0;
5746         nodemask_t used_mask = NODE_MASK_NONE;
5747         int local_node, prev_node;
5748
5749         /* NUMA-aware ordering of nodes */
5750         local_node = pgdat->node_id;
5751         load = nr_online_nodes;
5752         prev_node = local_node;
5753
5754         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
5755         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
5756                 /*
5757                  * We don't want to pressure a particular node.
5758                  * So adding penalty to the first node in same
5759                  * distance group to make it round-robin.
5760                  */
5761                 if (node_distance(local_node, node) !=
5762                     node_distance(local_node, prev_node))
5763                         node_load[node] = load;
5764
5765                 node_order[nr_nodes++] = node;
5766                 prev_node = node;
5767                 load--;
5768         }
5769
5770         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node_order, nr_nodes);
5771         build_thisnode_zonelists(pgdat);
5772 }
5773
5774 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5775 /*
5776  * Return node id of node used for "local" allocations.
5777  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
5778  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
5779  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
5780  */
5781 int local_memory_node(int node)
5782 {
5783         struct zoneref *z;
5784
5785         z = first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
5786                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
5787                                    NULL);
5788         return zone_to_nid(z->zone);
5789 }
5790 #endif
5791
5792 static void setup_min_unmapped_ratio(void);
5793 static void setup_min_slab_ratio(void);
5794 #else   /* CONFIG_NUMA */
5795
5796 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5797 {
5798         int node, local_node;
5799         struct zoneref *zonerefs;
5800         int nr_zones;
5801
5802         local_node = pgdat->node_id;
5803
5804         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
5805         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
5806         zonerefs += nr_zones;
5807
5808         /*
5809          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
5810          * of all the other nodes.
5811          * We don't want to pressure a particular node, so when
5812          * building the zones for node N, we make sure that the
5813          * zones coming right after the local ones are those from
5814          * node N+1 (modulo N)
5815          */
5816         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
5817                 if (!node_online(node))
5818                         continue;
5819                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
5820                 zonerefs += nr_zones;
5821         }
5822         for (node = 0; node < local_node; node++) {
5823                 if (!node_online(node))
5824                         continue;
5825                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
5826                 zonerefs += nr_zones;
5827         }
5828
5829         zonerefs->zone = NULL;
5830         zonerefs->zone_idx = 0;
5831 }
5832
5833 #endif  /* CONFIG_NUMA */
5834
5835 /*
5836  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
5837  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
5838  * that an item put on a list will immediately be handed over to
5839  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
5840  * with interrupts disabled.
5841  *
5842  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
5843  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
5844  * hotplugged processors.
5845  *
5846  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
5847  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
5848  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
5849  */
5850 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch);
5851 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pageset, boot_pageset);
5852 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_nodestat, boot_nodestats);
5853
5854 static void __build_all_zonelists(void *data)
5855 {
5856         int nid;
5857         int __maybe_unused cpu;
5858         pg_data_t *self = data;
5859         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
5860
5861         spin_lock(&lock);
5862
5863 #ifdef CONFIG_NUMA
5864         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
5865 #endif
5866
5867         /*
5868          * This node is hotadded and no memory is yet present.   So just
5869          * building zonelists is fine - no need to touch other nodes.
5870          */
5871         if (self && !node_online(self->node_id)) {
5872                 build_zonelists(self);
5873         } else {
5874                 for_each_online_node(nid) {
5875                         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5876
5877                         build_zonelists(pgdat);
5878                 }
5879
5880 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5881                 /*
5882                  * We now know the "local memory node" for each node--
5883                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
5884                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
5885                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
5886                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
5887                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
5888                  */
5889                 for_each_online_cpu(cpu)
5890                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
5891 #endif
5892         }
5893
5894         spin_unlock(&lock);
5895 }
5896
5897 static noinline void __init
5898 build_all_zonelists_init(void)
5899 {
5900         int cpu;
5901
5902         __build_all_zonelists(NULL);
5903
5904         /*
5905          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
5906          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
5907          * each zone will be allocated later when the per cpu
5908          * allocator is available.
5909          *
5910          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
5911          * cpus if the system is already booted because the pagesets
5912          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
5913          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
5914          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
5915          * (a chicken-egg dilemma).
5916          */
5917         for_each_possible_cpu(cpu)
5918                 setup_pageset(&per_cpu(boot_pageset, cpu), 0);
5919
5920         mminit_verify_zonelist();
5921         cpuset_init_current_mems_allowed();
5922 }
5923
5924 /*
5925  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
5926  *
5927  * __ref due to call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
5928  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
5929  */
5930 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5931 {
5932         unsigned long vm_total_pages;
5933
5934         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
5935                 build_all_zonelists_init();
5936         } else {
5937                 __build_all_zonelists(pgdat);
5938                 /* cpuset refresh routine should be here */
5939         }
5940         /* Get the number of free pages beyond high watermark in all zones. */
5941         vm_total_pages = nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
5942         /*
5943          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
5944          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
5945          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
5946          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
5947          * disabled and enable it later
5948          */
5949         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
5950                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
5951         else
5952                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
5953
5954         pr_info("Built %u zonelists, mobility grouping %s.  Total pages: %ld\n",
5955                 nr_online_nodes,
5956                 page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
5957                 vm_total_pages);
5958 #ifdef CONFIG_NUMA
5959         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
5960 #endif
5961 }
5962
5963 /* If zone is ZONE_MOVABLE but memory is mirrored, it is an overlapped init */
5964 static bool __meminit
5965 overlap_memmap_init(unsigned long zone, unsigned long *pfn)
5966 {
5967         static struct memblock_region *r;
5968
5969         if (mirrored_kernelcore && zone == ZONE_MOVABLE) {
5970                 if (!r || *pfn >= memblock_region_memory_end_pfn(r)) {
5971                         for_each_memblock(memory, r) {
5972                                 if (*pfn < memblock_region_memory_end_pfn(r))
5973                                         break;
5974                         }
5975                 }
5976                 if (*pfn >= memblock_region_memory_base_pfn(r) &&
5977                     memblock_is_mirror(r)) {
5978                         *pfn = memblock_region_memory_end_pfn(r);
5979                         return true;
5980                 }
5981         }
5982         return false;
5983 }
5984
5985 /*
5986  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
5987  * up by memblock_free_all() once the early boot process is
5988  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
5989  */
5990 void __meminit memmap_init_zone(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
5991                 unsigned long start_pfn, enum meminit_context context,
5992                 struct vmem_altmap *altmap)
5993 {
5994         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + size;
5995         struct page *page;
5996
5997         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
5998                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
5999
6000 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
6001         /*
6002          * Honor reservation requested by the driver for this ZONE_DEVICE
6003          * memory. We limit the total number of pages to initialize to just
6004          * those that might contain the memory mapping. We will defer the
6005          * ZONE_DEVICE page initialization until after we have released
6006          * the hotplug lock.
6007          */
6008         if (zone == ZONE_DEVICE) {
6009                 if (!altmap)
6010                         return;
6011
6012                 if (start_pfn == altmap->base_pfn)
6013                         start_pfn += altmap->reserve;
6014                 end_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
6015         }
6016 #endif
6017
6018         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; ) {
6019                 /*
6020                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s handed to this
6021                  * function.  They do not exist on hotplugged memory.
6022                  */
6023                 if (context == MEMINIT_EARLY) {
6024                         if (overlap_memmap_init(zone, &pfn))
6025                                 continue;
6026                         if (defer_init(nid, pfn, end_pfn))
6027                                 break;
6028                 }
6029
6030                 page = pfn_to_page(pfn);
6031                 __init_single_page(page, pfn, zone, nid);
6032                 if (context == MEMINIT_HOTPLUG)
6033                         __SetPageReserved(page);
6034
6035                 /*
6036                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
6037                  * movable at startup. This will force kernel allocations
6038                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
6039                  * the address space during boot when many long-lived
6040                  * kernel allocations are made.
6041                  *
6042                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
6043                  * can be created for invalid pages (for alignment)
6044                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
6045                  * pfn out of zone.
6046                  */
6047                 if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1))) {
6048                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
6049                         cond_resched();
6050                 }
6051                 pfn++;
6052         }
6053 }
6054
6055 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
6056 void __ref memmap_init_zone_device(struct zone *zone,
6057                                    unsigned long start_pfn,
6058                                    unsigned long nr_pages,
6059                                    struct dev_pagemap *pgmap)
6060 {
6061         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + nr_pages;
6062         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
6063         struct vmem_altmap *altmap = pgmap_altmap(pgmap);
6064         unsigned long zone_idx = zone_idx(zone);
6065         unsigned long start = jiffies;
6066         int nid = pgdat->node_id;
6067
6068         if (WARN_ON_ONCE(!pgmap || zone_idx(zone) != ZONE_DEVICE))
6069                 return;
6070
6071         /*
6072          * The call to memmap_init_zone should have already taken care
6073          * of the pages reserved for the memmap, so we can just jump to
6074          * the end of that region and start processing the device pages.
6075          */
6076         if (altmap) {
6077                 start_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
6078                 nr_pages = end_pfn - start_pfn;
6079         }
6080
6081         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
6082                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
6083
6084                 __init_single_page(page, pfn, zone_idx, nid);
6085
6086                 /*
6087                  * Mark page reserved as it will need to wait for onlining
6088                  * phase for it to be fully associated with a zone.
6089                  *
6090                  * We can use the non-atomic __set_bit operation for setting
6091                  * the flag as we are still initializing the pages.
6092                  */
6093                 __SetPageReserved(page);
6094
6095                 /*
6096                  * ZONE_DEVICE pages union ->lru with a ->pgmap back pointer
6097                  * and zone_device_data.  It is a bug if a ZONE_DEVICE page is
6098                  * ever freed or placed on a driver-private list.
6099                  */
6100                 page->pgmap = pgmap;
6101                 page->zone_device_data = NULL;
6102
6103                 /*
6104                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
6105                  * movable at startup. This will force kernel allocations
6106                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
6107                  * the address space during boot when many long-lived
6108                  * kernel allocations are made.
6109                  *
6110                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
6111                  * can be created for invalid pages (for alignment)
6112                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
6113                  * pfn out of zone.
6114                  *
6115                  * Please note that MEMINIT_HOTPLUG path doesn't clear memmap
6116                  * because this is done early in section_activate()
6117                  */
6118                 if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1))) {
6119                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
6120                         cond_resched();
6121                 }
6122         }
6123
6124         pr_info("%s initialised %lu pages in %ums\n", __func__,
6125                 nr_pages, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
6126 }
6127
6128 #endif
6129 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
6130 {
6131         unsigned int order, t;
6132         for_each_migratetype_order(order, t) {
6133                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
6134                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
6135         }
6136 }
6137
6138 void __meminit __weak memmap_init(unsigned long size, int nid,
6139                                   unsigned long zone,
6140                                   unsigned long range_start_pfn)
6141 {
6142         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6143         unsigned long range_end_pfn = range_start_pfn + size;
6144         int i;
6145
6146         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
6147                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
6148                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
6149
6150                 if (end_pfn > start_pfn) {
6151                         size = end_pfn - start_pfn;
6152                         memmap_init_zone(size, nid, zone, start_pfn,
6153                                          MEMINIT_EARLY, NULL);
6154                 }
6155         }
6156 }
6157
6158 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
6159 {
6160 #ifdef CONFIG_MMU
6161         int batch;
6162
6163         /*
6164          * The per-cpu-pages pools are set to around 1000th of the
6165          * size of the zone.
6166          */
6167         batch = zone_managed_pages(zone) / 1024;
6168         /* But no more than a meg. */
6169         if (batch * PAGE_SIZE > 1024 * 1024)
6170                 batch = (1024 * 1024) / PAGE_SIZE;
6171         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
6172         if (batch < 1)
6173                 batch = 1;
6174
6175         /*
6176          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
6177          * of 2 value was found to be more likely to have
6178          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
6179          *
6180          * For example if 2 tasks are alternately allocating
6181          * batches of pages, one task can end up with a lot
6182          * of pages of one half of the possible page colors
6183          * and the other with pages of the other colors.
6184          */
6185         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
6186
6187         return batch;
6188
6189 #else
6190         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
6191          * conditions.
6192          *
6193          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
6194          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
6195          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
6196          *
6197          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
6198          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
6199          * can be a significant delay between the individual batches being
6200          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
6201          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
6202          */
6203         return 0;
6204 #endif
6205 }
6206
6207 /*
6208  * pcp->high and pcp->batch values are related and dependent on one another:
6209  * ->batch must never be higher then ->high.
6210  * The following function updates them in a safe manner without read side
6211  * locking.
6212  *
6213  * Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they can cope with
6214  * those fields changing asynchronously (acording to the above rule).
6215  *
6216  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
6217  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
6218  * exist).
6219  */
6220 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
6221                 unsigned long batch)
6222 {
6223        /* start with a fail safe value for batch */
6224         pcp->batch = 1;
6225         smp_wmb();
6226
6227        /* Update high, then batch, in order */
6228         pcp->high = high;
6229         smp_wmb();
6230
6231         pcp->batch = batch;
6232 }
6233
6234 /* a companion to pageset_set_high() */
6235 static void pageset_set_batch(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
6236 {
6237         pageset_update(&p->pcp, 6 * batch, max(1UL, 1 * batch));
6238 }
6239
6240 static void pageset_init(struct per_cpu_pageset *p)
6241 {
6242         struct per_cpu_pages *pcp;
6243         int migratetype;
6244
6245         memset(p, 0, sizeof(*p));
6246
6247         pcp = &p->pcp;
6248         for (migratetype = 0; migratetype < MIGRATE_PCPTYPES; migratetype++)
6249                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[migratetype]);
6250 }
6251
6252 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
6253 {
6254         pageset_init(p);
6255         pageset_set_batch(p, batch);
6256 }
6257
6258 /*
6259  * pageset_set_high() sets the high water mark for hot per_cpu_pagelist
6260  * to the value high for the pageset p.
6261  */
6262 static void pageset_set_high(struct per_cpu_pageset *p,
6263                                 unsigned long high)
6264 {
6265         unsigned long batch = max(1UL, high / 4);
6266         if ((high / 4) > (PAGE_SHIFT * 8))
6267                 batch = PAGE_SHIFT * 8;
6268
6269         pageset_update(&p->pcp, high, batch);
6270 }
6271
6272 static void pageset_set_high_and_batch(struct zone *zone,
6273                                        struct per_cpu_pageset *pcp)
6274 {
6275         if (percpu_pagelist_fraction)
6276                 pageset_set_high(pcp,
6277                         (zone_managed_pages(zone) /
6278                                 percpu_pagelist_fraction));
6279         else
6280                 pageset_set_batch(pcp, zone_batchsize(zone));
6281 }
6282
6283 static void __meminit zone_pageset_init(struct zone *zone, int cpu)
6284 {
6285         struct per_cpu_pageset *pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
6286
6287         pageset_init(pcp);
6288         pageset_set_high_and_batch(zone, pcp);
6289 }
6290
6291 void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
6292 {
6293         int cpu;
6294         zone->pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pageset);
6295         for_each_possible_cpu(cpu)
6296                 zone_pageset_init(zone, cpu);
6297 }
6298
6299 /*
6300  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
6301  * Before this call only boot pagesets were available.
6302  */
6303 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
6304 {
6305         struct pglist_data *pgdat;
6306         struct zone *zone;
6307         int __maybe_unused cpu;
6308
6309         for_each_populated_zone(zone)
6310                 setup_zone_pageset(zone);
6311
6312 #ifdef CONFIG_NUMA
6313         /*
6314          * Unpopulated zones continue using the boot pagesets.
6315          * The numa stats for these pagesets need to be reset.
6316          * Otherwise, they will end up skewing the stats of
6317          * the nodes these zones are associated with.
6318          */
6319         for_each_possible_cpu(cpu) {
6320                 struct per_cpu_pageset *pcp = &per_cpu(boot_pageset, cpu);
6321                 memset(pcp->vm_numa_stat_diff, 0,
6322                        sizeof(pcp->vm_numa_stat_diff));
6323         }
6324 #endif
6325
6326         for_each_online_pgdat(pgdat)
6327                 pgdat->per_cpu_nodestats =
6328                         alloc_percpu(struct per_cpu_nodestat);
6329 }
6330
6331 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
6332 {
6333         /*
6334          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
6335          * relies on the ability of the linker to provide the
6336          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
6337          */
6338         zone->pageset = &boot_pageset;
6339
6340         if (populated_zone(zone))
6341                 printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n",
6342                         zone->name, zone->present_pages,
6343                                          zone_batchsize(zone));
6344 }
6345
6346 void __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
6347                                         unsigned long zone_start_pfn,
6348                                         unsigned long size)
6349 {
6350         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
6351         int zone_idx = zone_idx(zone) + 1;
6352
6353         if (zone_idx > pgdat->nr_zones)
6354                 pgdat->nr_zones = zone_idx;
6355
6356         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
6357
6358         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
6359                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
6360                         pgdat->node_id,
6361                         (unsigned long)zone_idx(zone),
6362                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
6363
6364         zone_init_free_lists(zone);
6365         zone->initialized = 1;
6366 }
6367
6368 /**
6369  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
6370  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
6371  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
6372  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
6373  *
6374  * It returns the start and end page frame of a node based on information
6375  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
6376  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
6377  * PFNs will be 0.
6378  */
6379 void __init get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
6380                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
6381 {
6382         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
6383         int i;
6384
6385         *start_pfn = -1UL;
6386         *end_pfn = 0;
6387
6388         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
6389                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
6390                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
6391         }
6392
6393         if (*start_pfn == -1UL)
6394                 *start_pfn = 0;
6395 }
6396
6397 /*
6398  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
6399  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
6400  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
6401  */
6402 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
6403 {
6404         int zone_index;
6405         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
6406                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
6407                         continue;
6408
6409                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
6410                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
6411                         break;
6412         }
6413
6414         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
6415         movable_zone = zone_index;
6416 }
6417
6418 /*
6419  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
6420  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
6421  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
6422  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
6423  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
6424  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
6425  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
6426  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
6427  */
6428 static void __init adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
6429                                         unsigned long zone_type,
6430                                         unsigned long node_start_pfn,
6431                                         unsigned long node_end_pfn,
6432                                         unsigned long *zone_start_pfn,
6433                                         unsigned long *zone_end_pfn)
6434 {
6435         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
6436         if (zone_movable_pfn[nid]) {
6437                 /* Size ZONE_MOVABLE */
6438                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
6439                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
6440                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
6441                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
6442
6443                 /* Adjust for ZONE_MOVABLE starting within this range */
6444                 } else if (!mirrored_kernelcore &&
6445                         *zone_start_pfn < zone_movable_pfn[nid] &&
6446                         *zone_end_pfn > zone_movable_pfn[nid]) {
6447                         *zone_end_pfn = zone_movable_pfn[nid];
6448
6449                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
6450                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
6451                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
6452         }
6453 }
6454
6455 /*
6456  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
6457  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
6458  */
6459 static unsigned long __init zone_spanned_pages_in_node(int nid,
6460                                         unsigned long zone_type,
6461                                         unsigned long node_start_pfn,
6462                                         unsigned long node_end_pfn,
6463                                         unsigned long *zone_start_pfn,
6464                                         unsigned long *zone_end_pfn)
6465 {
6466         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
6467         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
6468         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
6469         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
6470                 return 0;
6471
6472         /* Get the start and end of the zone */
6473         *zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
6474         *zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
6475         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
6476                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
6477                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6478
6479         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
6480         if (*zone_end_pfn < node_start_pfn || *zone_start_pfn > node_end_pfn)
6481                 return 0;
6482
6483         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
6484         *zone_end_pfn = min(*zone_end_pfn, node_end_pfn);
6485         *zone_start_pfn = max(*zone_start_pfn, node_start_pfn);
6486
6487         /* Return the spanned pages */
6488         return *zone_end_pfn - *zone_start_pfn;
6489 }
6490
6491 /*
6492  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
6493  * then all holes in the requested range will be accounted for.
6494  */
6495 unsigned long __init __absent_pages_in_range(int nid,
6496                                 unsigned long range_start_pfn,
6497                                 unsigned long range_end_pfn)
6498 {
6499         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
6500         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6501         int i;
6502
6503         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
6504                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
6505                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
6506                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
6507         }
6508         return nr_absent;
6509 }
6510
6511 /**
6512  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
6513  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
6514  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
6515  *
6516  * Return: the number of pages frames in memory holes within a range.
6517  */
6518 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
6519                                                         unsigned long end_pfn)
6520 {
6521         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
6522 }
6523
6524 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
6525 static unsigned long __init zone_absent_pages_in_node(int nid,
6526                                         unsigned long zone_type,
6527                                         unsigned long node_start_pfn,
6528                                         unsigned long node_end_pfn)
6529 {
6530         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
6531         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
6532         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
6533         unsigned long nr_absent;
6534
6535         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
6536         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
6537                 return 0;
6538
6539         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
6540         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
6541
6542         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
6543                         node_start_pfn, node_end_pfn,
6544                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
6545         nr_absent = __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6546
6547         /*
6548          * ZONE_MOVABLE handling.
6549          * Treat pages to be ZONE_MOVABLE in ZONE_NORMAL as absent pages
6550          * and vice versa.
6551          */
6552         if (mirrored_kernelcore && zone_movable_pfn[nid]) {
6553                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
6554                 struct memblock_region *r;
6555
6556                 for_each_memblock(memory, r) {
6557                         start_pfn = clamp(memblock_region_memory_base_pfn(r),
6558                                           zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6559                         end_pfn = clamp(memblock_region_memory_end_pfn(r),
6560                                         zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6561
6562                         if (zone_type == ZONE_MOVABLE &&
6563                             memblock_is_mirror(r))
6564                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
6565
6566                         if (zone_type == ZONE_NORMAL &&
6567                             !memblock_is_mirror(r))
6568                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
6569                 }
6570         }
6571
6572         return nr_absent;
6573 }
6574
6575 static void __init calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
6576                                                 unsigned long node_start_pfn,
6577                                                 unsigned long node_end_pfn)
6578 {
6579         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
6580         enum zone_type i;
6581
6582         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6583                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
6584                 unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
6585                 unsigned long spanned, absent;
6586                 unsigned long size, real_size;
6587
6588                 spanned = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
6589                                                      node_start_pfn,
6590                                                      node_end_pfn,
6591                                                      &zone_start_pfn,
6592                                                      &zone_end_pfn);
6593                 absent = zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
6594                                                    node_start_pfn,
6595                                                    node_end_pfn);
6596
6597                 size = spanned;
6598                 real_size = size - absent;
6599
6600                 if (size)
6601                         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
6602                 else
6603                         zone->zone_start_pfn = 0;
6604                 zone->spanned_pages = size;
6605                 zone->present_pages = real_size;
6606
6607                 totalpages += size;
6608                 realtotalpages += real_size;
6609         }
6610
6611         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
6612         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
6613         printk(KERN_DEBUG "On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id,
6614                                                         realtotalpages);
6615 }
6616
6617 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
6618 /*
6619  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
6620  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
6621  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
6622  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
6623  * bytes.
6624  */
6625 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
6626 {
6627         unsigned long usemapsize;
6628
6629         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
6630         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
6631         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
6632         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
6633         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
6634
6635         return usemapsize / 8;
6636 }
6637
6638 static void __ref setup_usemap(struct pglist_data *pgdat,
6639                                 struct zone *zone,
6640                                 unsigned long zone_start_pfn,
6641                                 unsigned long zonesize)
6642 {
6643         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone_start_pfn, zonesize);
6644         zone->pageblock_flags = NULL;
6645         if (usemapsize) {
6646                 zone->pageblock_flags =
6647                         memblock_alloc_node(usemapsize, SMP_CACHE_BYTES,
6648                                             pgdat->node_id);
6649                 if (!zone->pageblock_flags)
6650                         panic("Failed to allocate %ld bytes for zone %s pageblock flags on node %d\n",
6651                               usemapsize, zone->name, pgdat->node_id);
6652         }
6653 }
6654 #else
6655 static inline void setup_usemap(struct pglist_data *pgdat, struct zone *zone,
6656                                 unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize) {}
6657 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
6658
6659 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
6660
6661 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
6662 void __init set_pageblock_order(void)
6663 {
6664         unsigned int order;
6665
6666         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
6667         if (pageblock_order)
6668                 return;
6669
6670         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT)
6671                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
6672         else
6673                 order = MAX_ORDER - 1;
6674
6675         /*
6676          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
6677          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
6678          * powerpc.
6679          */
6680         pageblock_order = order;
6681 }
6682 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
6683
6684 /*
6685  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
6686  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
6687  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
6688  * the kernel config
6689  */
6690 void __init set_pageblock_order(void)
6691 {
6692 }
6693
6694 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
6695
6696 static unsigned long __init calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
6697                                                 unsigned long present_pages)
6698 {
6699         unsigned long pages = spanned_pages;
6700
6701         /*
6702          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
6703          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
6704          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
6705          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
6706          * populated regions may not be naturally aligned on page boundary.
6707          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
6708          */
6709         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
6710             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
6711                 pages = present_pages;
6712
6713         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
6714 }
6715
6716 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
6717 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat)
6718 {
6719         struct deferred_split *ds_queue = &pgdat->deferred_split_queue;
6720
6721         spin_lock_init(&ds_queue->split_queue_lock);
6722         INIT_LIST_HEAD(&ds_queue->split_queue);
6723         ds_queue->split_queue_len = 0;
6724 }
6725 #else
6726 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat) {}
6727 #endif
6728
6729 #ifdef CONFIG_COMPACTION
6730 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat)
6731 {
6732         init_waitqueue_head(&pgdat->kcompactd_wait);
6733 }
6734 #else
6735 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat) {}
6736 #endif
6737
6738 static void __meminit pgdat_init_internals(struct pglist_data *pgdat)
6739 {
6740         pgdat_resize_init(pgdat);
6741
6742         pgdat_init_split_queue(pgdat);
6743         pgdat_init_kcompactd(pgdat);
6744
6745         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
6746         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
6747
6748         pgdat_page_ext_init(pgdat);
6749         spin_lock_init(&pgdat->lru_lock);
6750         lruvec_init(&pgdat->__lruvec);
6751 }
6752
6753 static void __meminit zone_init_internals(struct zone *zone, enum zone_type idx, int nid,
6754                                                         unsigned long remaining_pages)
6755 {
6756         atomic_long_set(&zone->managed_pages, remaining_pages);
6757         zone_set_nid(zone, nid);
6758         zone->name = zone_names[idx];
6759         zone->zone_pgdat = NODE_DATA(nid);
6760         spin_lock_init(&zone->lock);
6761         zone_seqlock_init(zone);
6762         zone_pcp_init(zone);
6763 }
6764
6765 /*
6766  * Set up the zone data structures
6767  * - init pgdat internals
6768  * - init all zones belonging to this node
6769  *
6770  * NOTE: this function is only called during memory hotplug
6771  */
6772 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
6773 void __ref free_area_init_core_hotplug(int nid)
6774 {
6775         enum zone_type z;
6776         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6777
6778         pgdat_init_internals(pgdat);
6779         for (z = 0; z < MAX_NR_ZONES; z++)
6780                 zone_init_internals(&pgdat->node_zones[z], z, nid, 0);
6781 }
6782 #endif
6783
6784 /*
6785  * Set up the zone data structures:
6786  *   - mark all pages reserved
6787  *   - mark all memory queues empty
6788  *   - clear the memory bitmaps
6789  *
6790  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
6791  * NOTE: this function is only called during early init.
6792  */
6793 static void __init free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat)
6794 {
6795         enum zone_type j;
6796         int nid = pgdat->node_id;
6797
6798         pgdat_init_internals(pgdat);
6799         pgdat->per_cpu_nodestats = &boot_nodestats;
6800
6801         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6802                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
6803                 unsigned long size, freesize, memmap_pages;
6804                 unsigned long zone_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
6805
6806                 size = zone->spanned_pages;
6807                 freesize = zone->present_pages;
6808
6809                 /*
6810                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
6811                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
6812                  * and per-cpu initialisations
6813                  */
6814                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, freesize);
6815                 if (!is_highmem_idx(j)) {
6816                         if (freesize >= memmap_pages) {
6817                                 freesize -= memmap_pages;
6818                                 if (memmap_pages)
6819                                         printk(KERN_DEBUG
6820                                                "  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
6821                                                zone_names[j], memmap_pages);
6822                         } else
6823                                 pr_warn("  %s zone: %lu pages exceeds freesize %lu\n",
6824                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
6825                 }
6826
6827                 /* Account for reserved pages */
6828                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
6829                         freesize -= dma_reserve;
6830                         printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages reserved\n",
6831                                         zone_names[0], dma_reserve);
6832                 }
6833
6834                 if (!is_highmem_idx(j))
6835                         nr_kernel_pages += freesize;
6836                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
6837                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
6838                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
6839                 nr_all_pages += freesize;
6840
6841                 /*
6842                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
6843                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
6844                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
6845                  */
6846                 zone_init_internals(zone, j, nid, freesize);
6847
6848                 if (!size)
6849                         continue;
6850
6851                 set_pageblock_order();
6852                 setup_usemap(pgdat, zone, zone_start_pfn, size);
6853                 init_currently_empty_zone(zone, zone_start_pfn, size);
6854                 memmap_init(size, nid, j, zone_start_pfn);
6855         }
6856 }
6857
6858 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
6859 static void __ref alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
6860 {
6861         unsigned long __maybe_unused start = 0;
6862         unsigned long __maybe_unused offset = 0;
6863
6864         /* Skip empty nodes */
6865         if (!pgdat->node_spanned_pages)
6866                 return;
6867
6868         start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
6869         offset = pgdat->node_start_pfn - start;
6870         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
6871         if (!pgdat->node_mem_map) {
6872                 unsigned long size, end;
6873                 struct page *map;
6874
6875                 /*
6876                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
6877                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
6878                  * for the buddy allocator to function correctly.
6879                  */
6880                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
6881                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
6882                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
6883                 map = memblock_alloc_node(size, SMP_CACHE_BYTES,
6884                                           pgdat->node_id);
6885                 if (!map)
6886                         panic("Failed to allocate %ld bytes for node %d memory map\n",
6887                               size, pgdat->node_id);
6888                 pgdat->node_mem_map = map + offset;
6889         }
6890         pr_debug("%s: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
6891                                 __func__, pgdat->node_id, (unsigned long)pgdat,
6892                                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
6893 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
6894         /*
6895          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
6896          */
6897         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
6898                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
6899                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
6900                         mem_map -= offset;
6901         }
6902 #endif
6903 }
6904 #else
6905 static void __ref alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat) { }
6906 #endif /* CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
6907
6908 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
6909 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat)
6910 {
6911         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
6912 }
6913 #else
6914 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat) {}
6915 #endif
6916
6917 static void __init free_area_init_node(int nid)
6918 {
6919         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6920         unsigned long start_pfn = 0;
6921         unsigned long end_pfn = 0;
6922
6923         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
6924         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->kswapd_highest_zoneidx);
6925
6926         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
6927
6928         pgdat->node_id = nid;
6929         pgdat->node_start_pfn = start_pfn;
6930         pgdat->per_cpu_nodestats = NULL;
6931
6932         pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
6933                 (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
6934                 end_pfn ? ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1 : 0);
6935         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn);
6936
6937         alloc_node_mem_map(pgdat);
6938         pgdat_set_deferred_range(pgdat);
6939
6940         free_area_init_core(pgdat);
6941 }
6942
6943 void __init free_area_init_memoryless_node(int nid)
6944 {
6945         free_area_init_node(nid);
6946 }
6947
6948 #if !defined(CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP)
6949 /*
6950  * Initialize all valid struct pages in the range [spfn, epfn) and mark them
6951  * PageReserved(). Return the number of struct pages that were initialized.
6952  */
6953 static u64 __init init_unavailable_range(unsigned long spfn, unsigned long epfn)
6954 {
6955         unsigned long pfn;
6956         u64 pgcnt = 0;
6957
6958         for (pfn = spfn; pfn < epfn; pfn++) {
6959                 if (!pfn_valid(ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages))) {
6960                         pfn = ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages)
6961                                 + pageblock_nr_pages - 1;
6962                         continue;
6963                 }
6964                 /*
6965                  * Use a fake node/zone (0) for now. Some of these pages
6966                  * (in memblock.reserved but not in memblock.memory) will
6967                  * get re-initialized via reserve_bootmem_region() later.
6968                  */
6969                 __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, 0, 0);
6970                 __SetPageReserved(pfn_to_page(pfn));
6971                 pgcnt++;
6972         }
6973
6974         return pgcnt;
6975 }
6976
6977 /*
6978  * Only struct pages that are backed by physical memory are zeroed and
6979  * initialized by going through __init_single_page(). But, there are some
6980  * struct pages which are reserved in memblock allocator and their fields
6981  * may be accessed (for example page_to_pfn() on some configuration accesses
6982  * flags). We must explicitly initialize those struct pages.
6983  *
6984  * This function also addresses a similar issue where struct pages are left
6985  * uninitialized because the physical address range is not covered by
6986  * memblock.memory or memblock.reserved. That could happen when memblock
6987  * layout is manually configured via memmap=, or when the highest physical
6988  * address (max_pfn) does not end on a section boundary.
6989  */
6990 static void __init init_unavailable_mem(void)
6991 {
6992         phys_addr_t start, end;
6993         u64 i, pgcnt;
6994         phys_addr_t next = 0;
6995
6996         /*
6997          * Loop through unavailable ranges not covered by memblock.memory.
6998          */
6999         pgcnt = 0;
7000         for_each_mem_range(i, &memblock.memory, NULL,
7001                         NUMA_NO_NODE, MEMBLOCK_NONE, &start, &end, NULL) {
7002                 if (next < start)
7003                         pgcnt += init_unavailable_range(PFN_DOWN(next),
7004                                                         PFN_UP(start));
7005                 next = end;
7006         }
7007
7008         /*
7009          * Early sections always have a fully populated memmap for the whole
7010          * section - see pfn_valid(). If the last section has holes at the
7011          * end and that section is marked "online", the memmap will be
7012          * considered initialized. Make sure that memmap has a well defined
7013          * state.
7014          */
7015         pgcnt += init_unavailable_range(PFN_DOWN(next),
7016                                         round_up(max_pfn, PAGES_PER_SECTION));
7017
7018         /*
7019          * Struct pages that do not have backing memory. This could be because
7020          * firmware is using some of this memory, or for some other reasons.
7021          */
7022         if (pgcnt)
7023                 pr_info("Zeroed struct page in unavailable ranges: %lld pages", pgcnt);
7024 }
7025 #else
7026 static inline void __init init_unavailable_mem(void)
7027 {
7028 }
7029 #endif /* !CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
7030
7031 #if MAX_NUMNODES > 1
7032 /*
7033  * Figure out the number of possible node ids.
7034  */
7035 void __init setup_nr_node_ids(void)
7036 {
7037         unsigned int highest;
7038
7039         highest = find_last_bit(node_possible_map.bits, MAX_NUMNODES);
7040         nr_node_ids = highest + 1;
7041 }
7042 #endif
7043
7044 /**
7045  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
7046  *
7047  * This function should be called after node map is populated and sorted.
7048  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
7049  * all the nodes.
7050  *
7051  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
7052  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
7053  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
7054  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
7055  *
7056  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
7057  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
7058  * populated node map.
7059  *
7060  * Return: the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
7061  * requirement (single node).
7062  */
7063 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
7064 {
7065         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
7066         unsigned long start, end, mask;
7067         int last_nid = NUMA_NO_NODE;
7068         int i, nid;
7069
7070         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
7071                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
7072                         last_nid = nid;
7073                         last_end = end;
7074                         continue;
7075                 }
7076
7077                 /*
7078                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
7079                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
7080                  * too coarse to separate the current node from the last.
7081                  */
7082                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
7083                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
7084                         mask <<= 1;
7085
7086                 /* accumulate all internode masks */
7087                 accl_mask |= mask;
7088         }
7089
7090         /* convert mask to number of pages */
7091         return ~accl_mask + 1;
7092 }
7093
7094 /**
7095  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
7096  *
7097  * Return: the minimum PFN based on information provided via
7098  * memblock_set_node().
7099  */
7100 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
7101 {
7102         return PHYS_PFN(memblock_start_of_DRAM());
7103 }
7104
7105 /*
7106  * early_calculate_totalpages()
7107  * Sum pages in active regions for movable zone.
7108  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
7109  */
7110 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
7111 {
7112         unsigned long totalpages = 0;
7113         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7114         int i, nid;
7115
7116         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
7117                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
7118
7119                 totalpages += pages;
7120                 if (pages)
7121                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
7122         }
7123         return totalpages;
7124 }
7125
7126 /*
7127  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
7128  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
7129  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
7130  * others
7131  */
7132 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
7133 {
7134         int i, nid;
7135         unsigned long usable_startpfn;
7136         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
7137         /* save the state before borrow the nodemask */
7138         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
7139         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
7140         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
7141         struct memblock_region *r;
7142
7143         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
7144         find_usable_zone_for_movable();
7145
7146         /*
7147          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
7148          * options.
7149          */
7150         if (movable_node_is_enabled()) {
7151                 for_each_memblock(memory, r) {
7152                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
7153                                 continue;
7154
7155                         nid = memblock_get_region_node(r);
7156
7157                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
7158                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
7159                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
7160                                 usable_startpfn;
7161                 }
7162
7163                 goto out2;
7164         }
7165
7166         /*
7167          * If kernelcore=mirror is specified, ignore movablecore option
7168          */
7169         if (mirrored_kernelcore) {
7170                 bool mem_below_4gb_not_mirrored = false;
7171
7172                 for_each_memblock(memory, r) {
7173                         if (memblock_is_mirror(r))
7174                                 continue;
7175
7176                         nid = memblock_get_region_node(r);
7177
7178                         usable_startpfn = memblock_region_memory_base_pfn(r);
7179
7180                         if (usable_startpfn < 0x100000) {
7181                                 mem_below_4gb_not_mirrored = true;
7182                                 continue;
7183                         }
7184
7185                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
7186                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
7187                                 usable_startpfn;
7188                 }
7189
7190                 if (mem_below_4gb_not_mirrored)
7191                         pr_warn("This configuration results in unmirrored kernel memory.\n");
7192
7193                 goto out2;
7194         }
7195
7196         /*
7197          * If kernelcore=nn% or movablecore=nn% was specified, calculate the
7198          * amount of necessary memory.
7199          */
7200         if (required_kernelcore_percent)
7201                 required_kernelcore = (totalpages * 100 * required_kernelcore_percent) /
7202                                        10000UL;
7203         if (required_movablecore_percent)
7204                 required_movablecore = (totalpages * 100 * required_movablecore_percent) /
7205                                         10000UL;
7206
7207         /*
7208          * If movablecore= was specified, calculate what size of
7209          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
7210          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
7211          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
7212          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
7213          * what movablecore would have allowed.
7214          */
7215         if (required_movablecore) {
7216                 unsigned long corepages;
7217
7218                 /*
7219                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
7220                  * was requested by the user
7221                  */
7222                 required_movablecore =
7223                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
7224                 required_movablecore = min(totalpages, required_movablecore);
7225                 corepages = totalpages - required_movablecore;
7226
7227                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
7228         }
7229
7230         /*
7231          * If kernelcore was not specified or kernelcore size is larger
7232          * than totalpages, there is no ZONE_MOVABLE.
7233          */
7234         if (!required_kernelcore || required_kernelcore >= totalpages)
7235                 goto out;
7236
7237         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
7238         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
7239
7240 restart:
7241         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
7242         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
7243         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
7244                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
7245
7246                 /*
7247                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
7248                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
7249                  * amount of memory for the kernel
7250                  */
7251                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
7252                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
7253
7254                 /*
7255                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
7256                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
7257                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
7258                  */
7259                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
7260
7261                 /* Go through each range of PFNs within this node */
7262                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
7263                         unsigned long size_pages;
7264
7265                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
7266                         if (start_pfn >= end_pfn)
7267                                 continue;
7268
7269                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
7270                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
7271                                 unsigned long kernel_pages;
7272                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
7273                                                                 - start_pfn;
7274
7275                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
7276                                                         kernelcore_remaining);
7277                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
7278                                                         required_kernelcore);
7279
7280                                 /* Continue if range is now fully accounted */
7281                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
7282
7283                                         /*
7284                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
7285                                          * that if we have to rebalance
7286                                          * kernelcore across nodes, we will
7287                                          * not double account here
7288                                          */
7289                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
7290                                         continue;
7291                                 }
7292                                 start_pfn = usable_startpfn;
7293                         }
7294
7295                         /*
7296                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
7297                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
7298                          * number of pages used as kernelcore
7299                          */
7300                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
7301                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
7302                                 size_pages = kernelcore_remaining;
7303                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
7304
7305                         /*
7306                          * Some kernelcore has been met, update counts and
7307                          * break if the kernelcore for this node has been
7308                          * satisfied
7309                          */
7310                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
7311                                                                 size_pages);
7312                         kernelcore_remaining -= size_pages;
7313                         if (!kernelcore_remaining)
7314                                 break;
7315                 }
7316         }
7317
7318         /*
7319          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
7320          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
7321          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
7322          * satisfied
7323          */
7324         usable_nodes--;
7325         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
7326                 goto restart;
7327
7328 out2:
7329         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
7330         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++)
7331                 zone_movable_pfn[nid] =
7332                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
7333
7334 out:
7335         /* restore the node_state */
7336         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
7337 }
7338
7339 /* Any regular or high memory on that node ? */
7340 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
7341 {
7342         enum zone_type zone_type;
7343
7344         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
7345                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
7346                 if (populated_zone(zone)) {
7347                         if (IS_ENABLED(CONFIG_HIGHMEM))
7348                                 node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
7349                         if (zone_type <= ZONE_NORMAL)
7350                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
7351                         break;
7352                 }
7353         }
7354 }
7355
7356 /*
7357  * Some architecturs, e.g. ARC may have ZONE_HIGHMEM below ZONE_NORMAL. For
7358  * such cases we allow max_zone_pfn sorted in the descending order
7359  */
7360 bool __weak arch_has_descending_max_zone_pfns(void)
7361 {
7362         return false;
7363 }
7364
7365 /**
7366  * free_area_init - Initialise all pg_data_t and zone data
7367  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
7368  *
7369  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
7370  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
7371  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
7372  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
7373  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
7374  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
7375  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
7376  * at arch_max_dma_pfn.
7377  */
7378 void __init free_area_init(unsigned long *max_zone_pfn)
7379 {
7380         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7381         int i, nid, zone;
7382         bool descending;
7383
7384         /* Record where the zone boundaries are */
7385         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
7386                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
7387         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
7388                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
7389
7390         start_pfn = find_min_pfn_with_active_regions();
7391         descending = arch_has_descending_max_zone_pfns();
7392
7393         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7394                 if (descending)
7395                         zone = MAX_NR_ZONES - i - 1;
7396                 else
7397                         zone = i;
7398
7399                 if (zone == ZONE_MOVABLE)
7400                         continue;
7401
7402                 end_pfn = max(max_zone_pfn[zone], start_pfn);
7403                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone] = start_pfn;
7404                 arch_zone_highest_possible_pfn[zone] = end_pfn;
7405
7406                 start_pfn = end_pfn;
7407         }
7408
7409         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
7410         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
7411         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
7412
7413         /* Print out the zone ranges */
7414         pr_info("Zone ranges:\n");
7415         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7416                 if (i == ZONE_MOVABLE)
7417                         continue;
7418                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
7419                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
7420                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
7421                         pr_cont("empty\n");
7422                 else
7423                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
7424                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
7425                                         << PAGE_SHIFT,
7426                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
7427                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
7428         }
7429
7430         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
7431         pr_info("Movable zone start for each node\n");
7432         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
7433                 if (zone_movable_pfn[i])
7434                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
7435                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
7436         }
7437
7438         /*
7439          * Print out the early node map, and initialize the
7440          * subsection-map relative to active online memory ranges to
7441          * enable future "sub-section" extensions of the memory map.
7442          */
7443         pr_info("Early memory node ranges\n");
7444         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
7445                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
7446                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
7447                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
7448                 subsection_map_init(start_pfn, end_pfn - start_pfn);
7449         }
7450
7451         /* Initialise every node */
7452         mminit_verify_pageflags_layout();
7453         setup_nr_node_ids();
7454         init_unavailable_mem();
7455         for_each_online_node(nid) {
7456                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
7457                 free_area_init_node(nid);
7458
7459                 /* Any memory on that node */
7460                 if (pgdat->node_present_pages)
7461                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
7462                 check_for_memory(pgdat, nid);
7463         }
7464 }
7465
7466 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core,
7467                                      unsigned long *percent)
7468 {
7469         unsigned long long coremem;
7470         char *endptr;
7471
7472         if (!p)
7473                 return -EINVAL;
7474
7475         /* Value may be a percentage of total memory, otherwise bytes */
7476         coremem = simple_strtoull(p, &endptr, 0);
7477         if (*endptr == '%') {
7478                 /* Paranoid check for percent values greater than 100 */
7479                 WARN_ON(coremem > 100);
7480
7481                 *percent = coremem;
7482         } else {
7483                 coremem = memparse(p, &p);
7484                 /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
7485                 WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
7486
7487                 *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
7488                 *percent = 0UL;
7489         }
7490         return 0;
7491 }
7492
7493 /*
7494  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
7495  * cannot be reclaimed or migrated.
7496  */
7497 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
7498 {
7499         /* parse kernelcore=mirror */
7500         if (parse_option_str(p, "mirror")) {
7501                 mirrored_kernelcore = true;
7502                 return 0;
7503         }
7504
7505         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore,
7506                                   &required_kernelcore_percent);
7507 }
7508
7509 /*
7510  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
7511  * can be reclaimed or migrated.
7512  */
7513 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
7514 {
7515         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore,
7516                                   &required_movablecore_percent);
7517 }
7518
7519 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
7520 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
7521
7522 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
7523 {
7524         atomic_long_add(count, &page_zone(page)->managed_pages);
7525         totalram_pages_add(count);
7526 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
7527         if (PageHighMem(page))
7528                 totalhigh_pages_add(count);
7529 #endif
7530 }
7531 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
7532
7533 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, const char *s)
7534 {
7535         void *pos;
7536         unsigned long pages = 0;
7537
7538         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
7539         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
7540         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
7541                 struct page *page = virt_to_page(pos);
7542                 void *direct_map_addr;
7543
7544                 /*
7545                  * 'direct_map_addr' might be different from 'pos'
7546                  * because some architectures' virt_to_page()
7547                  * work with aliases.  Getting the direct map
7548                  * address ensures that we get a _writeable_
7549                  * alias for the memset().
7550                  */
7551                 direct_map_addr = page_address(page);
7552                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
7553                         memset(direct_map_addr, poison, PAGE_SIZE);
7554
7555                 free_reserved_page(page);
7556         }
7557
7558         if (pages && s)
7559                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK\n",
7560                         s, pages << (PAGE_SHIFT - 10));
7561
7562         return pages;
7563 }
7564
7565 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7566 void free_highmem_page(struct page *page)
7567 {
7568         __free_reserved_page(page);
7569         totalram_pages_inc();
7570         atomic_long_inc(&page_zone(page)->managed_pages);
7571         totalhigh_pages_inc();
7572 }
7573 #endif
7574
7575
7576 void __init mem_init_print_info(const char *str)
7577 {
7578         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
7579         unsigned long init_code_size, init_data_size;
7580
7581         physpages = get_num_physpages();
7582         codesize = _etext - _stext;
7583         datasize = _edata - _sdata;
7584         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
7585         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
7586         init_data_size = __init_end - __init_begin;
7587         init_code_size = _einittext - _sinittext;
7588
7589         /*
7590          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
7591          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
7592          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
7593          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
7594          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
7595          */
7596 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
7597         do { \
7598                 if (start <= pos && pos < end && size > adj) \
7599                         size -= adj; \
7600         } while (0)
7601
7602         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
7603                      _sinittext, init_code_size);
7604         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
7605         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
7606         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
7607         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
7608
7609 #undef  adj_init_size
7610
7611         pr_info("Memory: %luK/%luK available (%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, %luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
7612 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7613                 ", %luK highmem"
7614 #endif
7615                 "%s%s)\n",
7616                 nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
7617                 physpages << (PAGE_SHIFT - 10),
7618                 codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
7619                 (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
7620                 (physpages - totalram_pages() - totalcma_pages) << (PAGE_SHIFT - 10),
7621                 totalcma_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
7622 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7623                 totalhigh_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
7624 #endif
7625                 str ? ", " : "", str ? str : "");
7626 }
7627
7628 /**
7629  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
7630  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
7631  *
7632  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by managed_pages.
7633  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
7634  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
7635  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
7636  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
7637  * smaller per-cpu batchsize.
7638  */
7639 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
7640 {
7641         dma_reserve = new_dma_reserve;
7642 }
7643
7644 static int page_alloc_cpu_dead(unsigned int cpu)
7645 {
7646
7647         lru_add_drain_cpu(cpu);
7648         drain_pages(cpu);
7649
7650         /*
7651          * Spill the event counters of the dead processor
7652          * into the current processors event counters.
7653          * This artificially elevates the count of the current
7654          * processor.
7655          */
7656         vm_events_fold_cpu(cpu);
7657
7658         /*
7659          * Zero the differential counters of the dead processor
7660          * so that the vm statistics are consistent.
7661          *
7662          * This is only okay since the processor is dead and cannot
7663          * race with what we are doing.
7664          */
7665         cpu_vm_stats_fold(cpu);
7666         return 0;
7667 }
7668
7669 #ifdef CONFIG_NUMA
7670 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
7671
7672 static int __init set_hashdist(char *str)
7673 {
7674         if (!str)
7675                 return 0;
7676         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
7677         return 1;
7678 }
7679 __setup("hashdist=", set_hashdist);
7680 #endif
7681
7682 void __init page_alloc_init(void)
7683 {
7684         int ret;
7685
7686 #ifdef CONFIG_NUMA
7687         if (num_node_state(N_MEMORY) == 1)
7688                 hashdist = 0;
7689 #endif
7690
7691         ret = cpuhp_setup_state_nocalls(CPUHP_PAGE_ALLOC_DEAD,
7692                                         "mm/page_alloc:dead", NULL,
7693                                         page_alloc_cpu_dead);
7694         WARN_ON(ret < 0);
7695 }
7696
7697 /*
7698  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
7699  *      or min_free_kbytes changes.
7700  */
7701 static void calculate_totalreserve_pages(void)
7702 {
7703         struct pglist_data *pgdat;
7704         unsigned long reserve_pages = 0;
7705         enum zone_type i, j;
7706
7707         for_each_online_pgdat(pgdat) {
7708
7709                 pgdat->totalreserve_pages = 0;
7710
7711                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7712                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
7713                         long max = 0;
7714                         unsigned long managed_pages = zone_managed_pages(zone);
7715
7716                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
7717                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
7718                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
7719                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
7720                         }
7721
7722                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
7723                         max += high_wmark_pages(zone);
7724
7725                         if (max > managed_pages)
7726                                 max = managed_pages;
7727
7728                         pgdat->totalreserve_pages += max;
7729
7730                         reserve_pages += max;
7731                 }
7732         }
7733         totalreserve_pages = reserve_pages;
7734 }
7735
7736 /*
7737  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
7738  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
7739  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
7740  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
7741  */
7742 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
7743 {
7744         struct pglist_data *pgdat;
7745         enum zone_type j, idx;
7746
7747         for_each_online_pgdat(pgdat) {
7748                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
7749                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
7750                         unsigned long managed_pages = zone_managed_pages(zone);
7751
7752                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
7753
7754                         idx = j;
7755                         while (idx) {
7756                                 struct zone *lower_zone;
7757
7758                                 idx--;
7759                                 lower_zone = pgdat->node_zones + idx;
7760
7761                                 if (!sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] ||
7762                                     !zone_managed_pages(lower_zone)) {
7763                                         lower_zone->lowmem_reserve[j] = 0;
7764                                         continue;
7765                                 } else {
7766                                         lower_zone->lowmem_reserve[j] =
7767                                                 managed_pages / sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx];
7768                                 }
7769                                 managed_pages += zone_managed_pages(lower_zone);
7770                         }
7771                 }
7772         }
7773
7774         /* update totalreserve_pages */
7775         calculate_totalreserve_pages();
7776 }
7777
7778 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
7779 {
7780         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
7781         unsigned long lowmem_pages = 0;
7782         struct zone *zone;
7783         unsigned long flags;
7784
7785         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
7786         for_each_zone(zone) {
7787                 if (!is_highmem(zone))
7788                         lowmem_pages += zone_managed_pages(zone);
7789         }
7790
7791         for_each_zone(zone) {
7792                 u64 tmp;
7793
7794                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7795                 tmp = (u64)pages_min * zone_managed_pages(zone);
7796                 do_div(tmp, lowmem_pages);
7797                 if (is_highmem(zone)) {
7798                         /*
7799                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
7800                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
7801                          * value here.
7802                          *
7803                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
7804                          * deltas control async page reclaim, and so should
7805                          * not be capped for highmem.
7806                          */
7807                         unsigned long min_pages;
7808
7809                         min_pages = zone_managed_pages(zone) / 1024;
7810                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
7811                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
7812                 } else {
7813                         /*
7814                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
7815                          * proportionate to the zone's size.
7816                          */
7817                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = tmp;
7818                 }
7819
7820                 /*
7821                  * Set the kswapd watermarks distance according to the
7822                  * scale factor in proportion to available memory, but
7823                  * ensure a minimum size on small systems.
7824                  */
7825                 tmp = max_t(u64, tmp >> 2,
7826                             mult_frac(zone_managed_pages(zone),
7827                                       watermark_scale_factor, 10000));
7828
7829                 zone->watermark_boost = 0;
7830                 zone->_watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + tmp;
7831                 zone->_watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) + tmp * 2;
7832
7833                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7834         }
7835
7836         /* update totalreserve_pages */
7837         calculate_totalreserve_pages();
7838 }
7839
7840 /**
7841  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
7842  * or when memory is hot-{added|removed}
7843  *
7844  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
7845  * correctly with respect to min_free_kbytes.
7846  */
7847 void setup_per_zone_wmarks(void)
7848 {
7849         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
7850
7851         spin_lock(&lock);
7852         __setup_per_zone_wmarks();
7853         spin_unlock(&lock);
7854 }
7855
7856 /*
7857  * Initialise min_free_kbytes.
7858  *
7859  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
7860  * we want it large (256MB max).  But it is not linear, because network
7861  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
7862  *
7863  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
7864  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
7865  *
7866  * which yields
7867  *
7868  * 16MB:        512k
7869  * 32MB:        724k
7870  * 64MB:        1024k
7871  * 128MB:       1448k
7872  * 256MB:       2048k
7873  * 512MB:       2896k
7874  * 1024MB:      4096k
7875  * 2048MB:      5792k
7876  * 4096MB:      8192k
7877  * 8192MB:      11584k
7878  * 16384MB:     16384k
7879  */
7880 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
7881 {
7882         unsigned long lowmem_kbytes;
7883         int new_min_free_kbytes;
7884
7885         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
7886         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
7887
7888         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes) {
7889                 min_free_kbytes = new_min_free_kbytes;
7890                 if (min_free_kbytes < 128)
7891                         min_free_kbytes = 128;
7892                 if (min_free_kbytes > 262144)
7893                         min_free_kbytes = 262144;
7894         } else {
7895                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
7896                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
7897         }
7898         setup_per_zone_wmarks();
7899         refresh_zone_stat_thresholds();
7900         setup_per_zone_lowmem_reserve();
7901
7902 #ifdef CONFIG_NUMA
7903         setup_min_unmapped_ratio();
7904         setup_min_slab_ratio();
7905 #endif
7906
7907         return 0;
7908 }
7909 postcore_initcall(init_per_zone_wmark_min)
7910
7911 /*
7912  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
7913  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
7914  *      changes.
7915  */
7916 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7917                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7918 {
7919         int rc;
7920
7921         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7922         if (rc)
7923                 return rc;
7924
7925         if (write) {
7926                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
7927                 setup_per_zone_wmarks();
7928         }
7929         return 0;
7930 }
7931
7932 int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7933                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7934 {
7935         int rc;
7936
7937         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7938         if (rc)
7939                 return rc;
7940
7941         if (write)
7942                 setup_per_zone_wmarks();
7943
7944         return 0;
7945 }
7946
7947 #ifdef CONFIG_NUMA
7948 static void setup_min_unmapped_ratio(void)
7949 {
7950         pg_data_t *pgdat;
7951         struct zone *zone;
7952
7953         for_each_online_pgdat(pgdat)
7954                 pgdat->min_unmapped_pages = 0;
7955
7956         for_each_zone(zone)
7957                 zone->zone_pgdat->min_unmapped_pages += (zone_managed_pages(zone) *
7958                                                          sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
7959 }
7960
7961
7962 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7963                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7964 {
7965         int rc;
7966
7967         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7968         if (rc)
7969                 return rc;
7970
7971         setup_min_unmapped_ratio();
7972
7973         return 0;
7974 }
7975
7976 static void setup_min_slab_ratio(void)
7977 {
7978         pg_data_t *pgdat;
7979         struct zone *zone;
7980
7981         for_each_online_pgdat(pgdat)
7982                 pgdat->min_slab_pages = 0;
7983
7984         for_each_zone(zone)
7985                 zone->zone_pgdat->min_slab_pages += (zone_managed_pages(zone) *
7986                                                      sysctl_min_slab_ratio) / 100;
7987 }
7988
7989 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7990                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7991 {
7992         int rc;
7993
7994         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7995         if (rc)
7996                 return rc;
7997
7998         setup_min_slab_ratio();
7999
8000         return 0;
8001 }
8002 #endif
8003
8004 /*
8005  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
8006  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
8007  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
8008  *
8009  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
8010  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
8011  * if in function of the boot time zone sizes.
8012  */
8013 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8014                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8015 {
8016         int i;
8017
8018         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8019
8020         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
8021                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[i] < 1)
8022                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[i] = 0;
8023         }
8024
8025         setup_per_zone_lowmem_reserve();
8026         return 0;
8027 }
8028
8029 static void __zone_pcp_update(struct zone *zone)
8030 {
8031         unsigned int cpu;
8032
8033         for_each_possible_cpu(cpu)
8034                 pageset_set_high_and_batch(zone,
8035                                 per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
8036 }
8037
8038 /*
8039  * percpu_pagelist_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
8040  * cpu.  It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
8041  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
8042  */
8043 int percpu_pagelist_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8044                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8045 {
8046         struct zone *zone;
8047         int old_percpu_pagelist_fraction;
8048         int ret;
8049
8050         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
8051         old_percpu_pagelist_fraction = percpu_pagelist_fraction;
8052
8053         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8054         if (!write || ret < 0)
8055                 goto out;
8056
8057         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
8058         if (percpu_pagelist_fraction &&
8059             percpu_pagelist_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION) {
8060                 percpu_pagelist_fraction = old_percpu_pagelist_fraction;
8061                 ret = -EINVAL;
8062                 goto out;
8063         }
8064
8065         /* No change? */
8066         if (percpu_pagelist_fraction == old_percpu_pagelist_fraction)
8067                 goto out;
8068
8069         for_each_populated_zone(zone)
8070                 __zone_pcp_update(zone);
8071 out:
8072         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
8073         return ret;
8074 }
8075
8076 #ifndef __HAVE_ARCH_RESERVED_KERNEL_PAGES
8077 /*
8078  * Returns the number of pages that arch has reserved but
8079  * is not known to alloc_large_system_hash().
8080  */
8081 static unsigned long __init arch_reserved_kernel_pages(void)
8082 {
8083         return 0;
8084 }
8085 #endif
8086
8087 /*
8088  * Adaptive scale is meant to reduce sizes of hash tables on large memory
8089  * machines. As memory size is increased the scale is also increased but at
8090  * slower pace.  Starting from ADAPT_SCALE_BASE (64G), every time memory
8091  * quadruples the scale is increased by one, which means the size of hash table
8092  * only doubles, instead of quadrupling as well.
8093  * Because 32-bit systems cannot have large physical memory, where this scaling
8094  * makes sense, it is disabled on such platforms.
8095  */
8096 #if __BITS_PER_LONG > 32
8097 #define ADAPT_SCALE_BASE        (64ul << 30)
8098 #define ADAPT_SCALE_SHIFT       2
8099 #define ADAPT_SCALE_NPAGES      (ADAPT_SCALE_BASE >> PAGE_SHIFT)
8100 #endif
8101
8102 /*
8103  * allocate a large system hash table from bootmem
8104  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
8105  *   quantity of entries
8106  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
8107  */
8108 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
8109                                      unsigned long bucketsize,
8110                                      unsigned long numentries,
8111                                      int scale,
8112                                      int flags,
8113                                      unsigned int *_hash_shift,
8114                                      unsigned int *_hash_mask,
8115                                      unsigned long low_limit,
8116                                      unsigned long high_limit)
8117 {
8118         unsigned long long max = high_limit;
8119         unsigned long log2qty, size;
8120         void *table = NULL;
8121         gfp_t gfp_flags;
8122         bool virt;
8123
8124         /* allow the kernel cmdline to have a say */
8125         if (!numentries) {
8126                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
8127                 numentries = nr_kernel_pages;
8128                 numentries -= arch_reserved_kernel_pages();
8129
8130                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
8131                 if (PAGE_SHIFT < 20)
8132                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
8133
8134 #if __BITS_PER_LONG > 32
8135                 if (!high_limit) {
8136                         unsigned long adapt;
8137
8138                         for (adapt = ADAPT_SCALE_NPAGES; adapt < numentries;
8139                              adapt <<= ADAPT_SCALE_SHIFT)
8140                                 scale++;
8141                 }
8142 #endif
8143
8144                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
8145                 if (scale > PAGE_SHIFT)
8146                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
8147                 else
8148                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
8149
8150                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
8151                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
8152                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
8153                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
8154                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
8155                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
8156                                 BUG_ON(!numentries);
8157                         }
8158                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
8159                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
8160         }
8161         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
8162
8163         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
8164         if (max == 0) {
8165                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
8166                 do_div(max, bucketsize);
8167         }
8168         max = min(max, 0x80000000ULL);
8169
8170         if (numentries < low_limit)
8171                 numentries = low_limit;
8172         if (numentries > max)
8173                 numentries = max;
8174
8175         log2qty = ilog2(numentries);
8176
8177         gfp_flags = (flags & HASH_ZERO) ? GFP_ATOMIC | __GFP_ZERO : GFP_ATOMIC;
8178         do {
8179                 virt = false;
8180                 size = bucketsize << log2qty;
8181                 if (flags & HASH_EARLY) {
8182                         if (flags & HASH_ZERO)
8183                                 table = memblock_alloc(size, SMP_CACHE_BYTES);
8184                         else
8185                                 table = memblock_alloc_raw(size,
8186                                                            SMP_CACHE_BYTES);
8187                 } else if (get_order(size) >= MAX_ORDER || hashdist) {
8188                         table = __vmalloc(size, gfp_flags);
8189                         virt = true;
8190                 } else {
8191                         /*
8192                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
8193                          * some pages at the end of hash table which
8194                          * alloc_pages_exact() automatically does
8195                          */
8196                         table = alloc_pages_exact(size, gfp_flags);
8197                         kmemleak_alloc(table, size, 1, gfp_flags);
8198                 }
8199         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
8200
8201         if (!table)
8202                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
8203
8204         pr_info("%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes, %s)\n",
8205                 tablename, 1UL << log2qty, ilog2(size) - PAGE_SHIFT, size,
8206                 virt ? "vmalloc" : "linear");
8207
8208         if (_hash_shift)
8209                 *_hash_shift = log2qty;
8210         if (_hash_mask)
8211                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
8212
8213         return table;
8214 }
8215
8216 /*
8217  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
8218  *
8219  * PageLRU check without isolation or lru_lock could race so that
8220  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. And __PageMovable
8221  * check without lock_page also may miss some movable non-lru pages at
8222  * race condition. So you can't expect this function should be exact.
8223  *
8224  * Returns a page without holding a reference. If the caller wants to
8225  * dereference that page (e.g., dumping), it has to make sure that it
8226  * cannot get removed (e.g., via memory unplug) concurrently.
8227  *
8228  */
8229 struct page *has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page,
8230                                  int migratetype, int flags)
8231 {
8232         unsigned long iter = 0;
8233         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8234
8235         /*
8236          * TODO we could make this much more efficient by not checking every
8237          * page in the range if we know all of them are in MOVABLE_ZONE and
8238          * that the movable zone guarantees that pages are migratable but
8239          * the later is not the case right now unfortunatelly. E.g. movablecore
8240          * can still lead to having bootmem allocations in zone_movable.
8241          */
8242
8243         if (is_migrate_cma_page(page)) {
8244                 /*
8245                  * CMA allocations (alloc_contig_range) really need to mark
8246                  * isolate CMA pageblocks even when they are not movable in fact
8247                  * so consider them movable here.
8248                  */
8249                 if (is_migrate_cma(migratetype))
8250                         return NULL;
8251
8252                 return page;
8253         }
8254
8255         for (; iter < pageblock_nr_pages; iter++) {
8256                 if (!pfn_valid_within(pfn + iter))
8257                         continue;
8258
8259                 page = pfn_to_page(pfn + iter);
8260
8261                 if (PageReserved(page))
8262                         return page;
8263
8264                 /*
8265                  * If the zone is movable and we have ruled out all reserved
8266                  * pages then it should be reasonably safe to assume the rest
8267                  * is movable.
8268                  */
8269                 if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
8270                         continue;
8271
8272                 /*
8273                  * Hugepages are not in LRU lists, but they're movable.
8274                  * THPs are on the LRU, but need to be counted as #small pages.
8275                  * We need not scan over tail pages because we don't
8276                  * handle each tail page individually in migration.
8277                  */
8278                 if (PageHuge(page) || PageTransCompound(page)) {
8279                         struct page *head = compound_head(page);
8280                         unsigned int skip_pages;
8281
8282                         if (PageHuge(page)) {
8283                                 if (!hugepage_migration_supported(page_hstate(head)))
8284                                         return page;
8285                         } else if (!PageLRU(head) && !__PageMovable(head)) {
8286                                 return page;
8287                         }
8288
8289                         skip_pages = compound_nr(head) - (page - head);
8290                         iter += skip_pages - 1;
8291                         continue;
8292                 }
8293
8294                 /*
8295                  * We can't use page_count without pin a page
8296                  * because another CPU can free compound page.
8297                  * This check already skips compound tails of THP
8298                  * because their page->_refcount is zero at all time.
8299                  */
8300                 if (!page_ref_count(page)) {
8301                         if (PageBuddy(page))
8302                                 iter += (1 << page_order(page)) - 1;
8303                         continue;
8304                 }
8305
8306                 /*
8307                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
8308                  * page_count() is not 0.
8309                  */
8310                 if ((flags & MEMORY_OFFLINE) && PageHWPoison(page))
8311                         continue;
8312
8313                 /*
8314                  * We treat all PageOffline() pages as movable when offlining
8315                  * to give drivers a chance to decrement their reference count
8316                  * in MEM_GOING_OFFLINE in order to indicate that these pages
8317                  * can be offlined as there are no direct references anymore.
8318                  * For actually unmovable PageOffline() where the driver does
8319                  * not support this, we will fail later when trying to actually
8320                  * move these pages that still have a reference count > 0.
8321                  * (false negatives in this function only)
8322                  */
8323                 if ((flags & MEMORY_OFFLINE) && PageOffline(page))
8324                         continue;
8325
8326                 if (__PageMovable(page) || PageLRU(page))
8327                         continue;
8328
8329                 /*
8330                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check
8331                  * it.  But now, memory offline itself doesn't call
8332                  * shrink_node_slabs() and it still to be fixed.
8333                  */
8334                 /*
8335                  * If the page is not RAM, page_count()should be 0.
8336                  * we don't need more check. This is an _used_ not-movable page.
8337                  *
8338                  * The problematic thing here is PG_reserved pages. PG_reserved
8339                  * is set to both of a memory hole page and a _used_ kernel
8340                  * page at boot.
8341                  */
8342                 return page;
8343         }
8344         return NULL;
8345 }
8346
8347 #ifdef CONFIG_CONTIG_ALLOC
8348 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
8349 {
8350         return pfn & ~(max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
8351                              pageblock_nr_pages) - 1);
8352 }
8353
8354 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
8355 {
8356         return ALIGN(pfn, max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
8357                                 pageblock_nr_pages));
8358 }
8359
8360 /* [start, end) must belong to a single zone. */
8361 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
8362                                         unsigned long start, unsigned long end)
8363 {
8364         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
8365         unsigned int nr_reclaimed;
8366         unsigned long pfn = start;
8367         unsigned int tries = 0;
8368         int ret = 0;
8369         struct migration_target_control mtc = {
8370                 .nid = zone_to_nid(cc->zone),
8371                 .gfp_mask = GFP_USER | __GFP_MOVABLE | __GFP_RETRY_MAYFAIL,
8372         };
8373
8374         migrate_prep();
8375
8376         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
8377                 if (fatal_signal_pending(current)) {
8378                         ret = -EINTR;
8379                         break;
8380                 }
8381
8382                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
8383                         cc->nr_migratepages = 0;
8384                         pfn = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
8385                         if (!pfn) {
8386                                 ret = -EINTR;
8387                                 break;
8388                         }
8389                         tries = 0;
8390                 } else if (++tries == 5) {
8391                         ret = ret < 0 ? ret : -EBUSY;
8392                         break;
8393                 }
8394
8395                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
8396                                                         &cc->migratepages);
8397                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
8398
8399                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migration_target,
8400                                 NULL, (unsigned long)&mtc, cc->mode, MR_CONTIG_RANGE);
8401         }
8402         if (ret < 0) {
8403                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
8404                 return ret;
8405         }
8406         return 0;
8407 }
8408
8409 /**
8410  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
8411  * @start:      start PFN to allocate
8412  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
8413  * @migratetype:        migratetype of the underlaying pageblocks (either
8414  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
8415  *                      in range must have the same migratetype and it must
8416  *                      be either of the two.
8417  * @gfp_mask:   GFP mask to use during compaction
8418  *
8419  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
8420  * aligned.  The PFN range must belong to a single zone.
8421  *
8422  * The first thing this routine does is attempt to MIGRATE_ISOLATE all
8423  * pageblocks in the range.  Once isolated, the pageblocks should not
8424  * be modified by others.
8425  *
8426  * Return: zero on success or negative error code.  On success all
8427  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
8428  * need to be freed with free_contig_range().
8429  */
8430 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
8431                        unsigned migratetype, gfp_t gfp_mask)
8432 {
8433         unsigned long outer_start, outer_end;
8434         unsigned int order;
8435         int ret = 0;
8436
8437         struct compact_control cc = {
8438                 .nr_migratepages = 0,
8439                 .order = -1,
8440                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
8441                 .mode = MIGRATE_SYNC,
8442                 .ignore_skip_hint = true,
8443                 .no_set_skip_hint = true,
8444                 .gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask),
8445                 .alloc_contig = true,
8446         };
8447         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
8448
8449         /*
8450          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
8451          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
8452          * have different sizes, and due to the way page allocator
8453          * work, we align the range to biggest of the two pages so
8454          * that page allocator won't try to merge buddies from
8455          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
8456          * other migration type.
8457          *
8458          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
8459          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
8460          * we are interested in).  This will put all the pages in
8461          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
8462          *
8463          * When this is done, we take the pages in range from page
8464          * allocator removing them from the buddy system.  This way
8465          * page allocator will never consider using them.
8466          *
8467          * This lets us mark the pageblocks back as
8468          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
8469          * aligned range but not in the unaligned, original range are
8470          * put back to page allocator so that buddy can use them.
8471          */
8472
8473         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
8474                                        pfn_max_align_up(end), migratetype, 0);
8475         if (ret < 0)
8476                 return ret;
8477
8478         /*
8479          * In case of -EBUSY, we'd like to know which page causes problem.
8480          * So, just fall through. test_pages_isolated() has a tracepoint
8481          * which will report the busy page.
8482          *
8483          * It is possible that busy pages could become available before
8484          * the call to test_pages_isolated, and the range will actually be
8485          * allocated.  So, if we fall through be sure to clear ret so that
8486          * -EBUSY is not accidentally used or returned to caller.
8487          */
8488         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
8489         if (ret && ret != -EBUSY)
8490                 goto done;
8491         ret =0;
8492
8493         /*
8494          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
8495          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
8496          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
8497          * What we are going to do is to allocate all pages from
8498          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
8499          *
8500          * The only problem is that pages at the beginning and at the
8501          * end of interesting range may be not aligned with pages that
8502          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
8503          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
8504          * once this is done free the pages we are not interested in.
8505          *
8506          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
8507          * isolated thus they won't get removed from buddy.
8508          */
8509
8510         lru_add_drain_all();
8511
8512         order = 0;
8513         outer_start = start;
8514         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
8515                 if (++order >= MAX_ORDER) {
8516                         outer_start = start;
8517                         break;
8518                 }
8519                 outer_start &= ~0UL << order;
8520         }
8521
8522         if (outer_start != start) {
8523                 order = page_order(pfn_to_page(outer_start));
8524
8525                 /*
8526                  * outer_start page could be small order buddy page and
8527                  * it doesn't include start page. Adjust outer_start
8528                  * in this case to report failed page properly
8529                  * on tracepoint in test_pages_isolated()
8530                  */
8531                 if (outer_start + (1UL << order) <= start)
8532                         outer_start = start;
8533         }
8534
8535         /* Make sure the range is really isolated. */
8536         if (test_pages_isolated(outer_start, end, 0)) {
8537                 pr_info_ratelimited("%s: [%lx, %lx) PFNs busy\n",
8538                         __func__, outer_start, end);
8539                 ret = -EBUSY;
8540                 goto done;
8541         }
8542
8543         /* Grab isolated pages from freelists. */
8544         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
8545         if (!outer_end) {
8546                 ret = -EBUSY;
8547                 goto done;
8548         }
8549
8550         /* Free head and tail (if any) */
8551         if (start != outer_start)
8552                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
8553         if (end != outer_end)
8554                 free_contig_range(end, outer_end - end);
8555
8556 done:
8557         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
8558                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
8559         return ret;
8560 }
8561 EXPORT_SYMBOL(alloc_contig_range);
8562
8563 static int __alloc_contig_pages(unsigned long start_pfn,
8564                                 unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask)
8565 {
8566         unsigned long end_pfn = start_pfn + nr_pages;
8567
8568         return alloc_contig_range(start_pfn, end_pfn, MIGRATE_MOVABLE,
8569                                   gfp_mask);
8570 }
8571
8572 static bool pfn_range_valid_contig(struct zone *z, unsigned long start_pfn,
8573                                    unsigned long nr_pages)
8574 {
8575         unsigned long i, end_pfn = start_pfn + nr_pages;
8576         struct page *page;
8577
8578         for (i = start_pfn; i < end_pfn; i++) {
8579                 page = pfn_to_online_page(i);
8580                 if (!page)
8581                         return false;
8582
8583                 if (page_zone(page) != z)
8584                         return false;
8585
8586                 if (PageReserved(page))
8587                         return false;
8588
8589                 if (page_count(page) > 0)
8590                         return false;
8591
8592                 if (PageHuge(page))
8593                         return false;
8594         }
8595         return true;
8596 }
8597
8598 static bool zone_spans_last_pfn(const struct zone *zone,
8599                                 unsigned long start_pfn, unsigned long nr_pages)
8600 {
8601         unsigned long last_pfn = start_pfn + nr_pages - 1;
8602
8603         return zone_spans_pfn(zone, last_pfn);
8604 }
8605
8606 /**
8607  * alloc_contig_pages() -- tries to find and allocate contiguous range of pages
8608  * @nr_pages:   Number of contiguous pages to allocate
8609  * @gfp_mask:   GFP mask to limit search and used during compaction
8610  * @nid:        Target node
8611  * @nodemask:   Mask for other possible nodes
8612  *
8613  * This routine is a wrapper around alloc_contig_range(). It scans over zones
8614  * on an applicable zonelist to find a contiguous pfn range which can then be
8615  * tried for allocation with alloc_contig_range(). This routine is intended
8616  * for allocation requests which can not be fulfilled with the buddy allocator.
8617  *
8618  * The allocated memory is always aligned to a page boundary. If nr_pages is a
8619  * power of two then the alignment is guaranteed to be to the given nr_pages
8620  * (e.g. 1GB request would be aligned to 1GB).
8621  *
8622  * Allocated pages can be freed with free_contig_range() or by manually calling
8623  * __free_page() on each allocated page.
8624  *
8625  * Return: pointer to contiguous pages on success, or NULL if not successful.
8626  */
8627 struct page *alloc_contig_pages(unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask,
8628                                 int nid, nodemask_t *nodemask)
8629 {
8630         unsigned long ret, pfn, flags;
8631         struct zonelist *zonelist;
8632         struct zone *zone;
8633         struct zoneref *z;
8634
8635         zonelist = node_zonelist(nid, gfp_mask);
8636         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
8637                                         gfp_zone(gfp_mask), nodemask) {
8638                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8639
8640                 pfn = ALIGN(zone->zone_start_pfn, nr_pages);
8641                 while (zone_spans_last_pfn(zone, pfn, nr_pages)) {
8642                         if (pfn_range_valid_contig(zone, pfn, nr_pages)) {
8643                                 /*
8644                                  * We release the zone lock here because
8645                                  * alloc_contig_range() will also lock the zone
8646                                  * at some point. If there's an allocation
8647                                  * spinning on this lock, it may win the race
8648                                  * and cause alloc_contig_range() to fail...
8649                                  */
8650                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8651                                 ret = __alloc_contig_pages(pfn, nr_pages,
8652                                                         gfp_mask);
8653                                 if (!ret)
8654                                         return pfn_to_page(pfn);
8655                                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8656                         }
8657                         pfn += nr_pages;
8658                 }
8659                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8660         }
8661         return NULL;
8662 }
8663 #endif /* CONFIG_CONTIG_ALLOC */
8664
8665 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned int nr_pages)
8666 {
8667         unsigned int count = 0;
8668
8669         for (; nr_pages--; pfn++) {
8670                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
8671
8672                 count += page_count(page) != 1;
8673                 __free_page(page);
8674         }
8675         WARN(count != 0, "%d pages are still in use!\n", count);
8676 }
8677 EXPORT_SYMBOL(free_contig_range);
8678
8679 /*
8680  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
8681  * page high values need to be recalulated.
8682  */
8683 void __meminit zone_pcp_update(struct zone *zone)
8684 {
8685         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
8686         __zone_pcp_update(zone);
8687         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
8688 }
8689
8690 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
8691 {
8692         unsigned long flags;
8693         int cpu;
8694         struct per_cpu_pageset *pset;
8695
8696         /* avoid races with drain_pages()  */
8697         local_irq_save(flags);
8698         if (zone->pageset != &boot_pageset) {
8699                 for_each_online_cpu(cpu) {
8700                         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
8701                         drain_zonestat(zone, pset);
8702                 }
8703                 free_percpu(zone->pageset);
8704                 zone->pageset = &boot_pageset;
8705         }
8706         local_irq_restore(flags);
8707 }
8708
8709 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
8710 /*
8711  * All pages in the range must be in a single zone and isolated
8712  * before calling this.
8713  */
8714 unsigned long
8715 __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
8716 {
8717         struct page *page;
8718         struct zone *zone;
8719         unsigned int order;
8720         unsigned long pfn;
8721         unsigned long flags;
8722         unsigned long offlined_pages = 0;
8723
8724         /* find the first valid pfn */
8725         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++)
8726                 if (pfn_valid(pfn))
8727                         break;
8728         if (pfn == end_pfn)
8729                 return offlined_pages;
8730
8731         offline_mem_sections(pfn, end_pfn);
8732         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
8733         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8734         pfn = start_pfn;
8735         while (pfn < end_pfn) {
8736                 if (!pfn_valid(pfn)) {
8737                         pfn++;
8738                         continue;
8739                 }
8740                 page = pfn_to_page(pfn);
8741                 /*
8742                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
8743                  * page_count() is not 0.
8744                  */
8745                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
8746                         pfn++;
8747                         offlined_pages++;
8748                         continue;
8749                 }
8750                 /*
8751                  * At this point all remaining PageOffline() pages have a
8752                  * reference count of 0 and can simply be skipped.
8753                  */
8754                 if (PageOffline(page)) {
8755                         BUG_ON(page_count(page));
8756                         BUG_ON(PageBuddy(page));
8757                         pfn++;
8758                         offlined_pages++;
8759                         continue;
8760                 }
8761
8762                 BUG_ON(page_count(page));
8763                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
8764                 order = page_order(page);
8765                 offlined_pages += 1 << order;
8766                 del_page_from_free_list(page, zone, order);
8767                 pfn += (1 << order);
8768         }
8769         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8770
8771         return offlined_pages;
8772 }
8773 #endif
8774
8775 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
8776 {
8777         struct zone *zone = page_zone(page);
8778         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8779         unsigned long flags;
8780         unsigned int order;
8781
8782         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8783         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
8784                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
8785
8786                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order)
8787                         break;
8788         }
8789         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8790
8791         return order < MAX_ORDER;
8792 }
8793
8794 #ifdef CONFIG_MEMORY_FAILURE
8795 /*
8796  * Set PG_hwpoison flag if a given page is confirmed to be a free page.  This
8797  * test is performed under the zone lock to prevent a race against page
8798  * allocation.
8799  */
8800 bool set_hwpoison_free_buddy_page(struct page *page)
8801 {
8802         struct zone *zone = page_zone(page);
8803         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8804         unsigned long flags;
8805         unsigned int order;
8806         bool hwpoisoned = false;
8807
8808         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8809         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
8810                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
8811
8812                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order) {
8813                         if (!TestSetPageHWPoison(page))
8814                                 hwpoisoned = true;
8815                         break;
8816                 }
8817         }
8818         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8819
8820         return hwpoisoned;
8821 }
8822 #endif