mm: replace CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES with CONFIG_NUMA
[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/mmu_notifier.h>
61 #include <linux/migrate.h>
62 #include <linux/hugetlb.h>
63 #include <linux/sched/rt.h>
64 #include <linux/sched/mm.h>
65 #include <linux/page_owner.h>
66 #include <linux/kthread.h>
67 #include <linux/memcontrol.h>
68 #include <linux/ftrace.h>
69 #include <linux/lockdep.h>
70 #include <linux/nmi.h>
71 #include <linux/psi.h>
72 #include <linux/padata.h>
73 #include <linux/khugepaged.h>
74 #include <linux/buffer_head.h>
75 #include <asm/sections.h>
76 #include <asm/tlbflush.h>
77 #include <asm/div64.h>
78 #include "internal.h"
79 #include "shuffle.h"
80 #include "page_reporting.h"
81
82 /* Free Page Internal flags: for internal, non-pcp variants of free_pages(). */
83 typedef int __bitwise fpi_t;
84
85 /* No special request */
86 #define FPI_NONE                ((__force fpi_t)0)
87
88 /*
89  * Skip free page reporting notification for the (possibly merged) page.
90  * This does not hinder free page reporting from grabbing the page,
91  * reporting it and marking it "reported" -  it only skips notifying
92  * the free page reporting infrastructure about a newly freed page. For
93  * example, used when temporarily pulling a page from a freelist and
94  * putting it back unmodified.
95  */
96 #define FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY  ((__force fpi_t)BIT(0))
97
98 /*
99  * Place the (possibly merged) page to the tail of the freelist. Will ignore
100  * page shuffling (relevant code - e.g., memory onlining - is expected to
101  * shuffle the whole zone).
102  *
103  * Note: No code should rely on this flag for correctness - it's purely
104  *       to allow for optimizations when handing back either fresh pages
105  *       (memory onlining) or untouched pages (page isolation, free page
106  *       reporting).
107  */
108 #define FPI_TO_TAIL             ((__force fpi_t)BIT(1))
109
110 /*
111  * Don't poison memory with KASAN (only for the tag-based modes).
112  * During boot, all non-reserved memblock memory is exposed to page_alloc.
113  * Poisoning all that memory lengthens boot time, especially on systems with
114  * large amount of RAM. This flag is used to skip that poisoning.
115  * This is only done for the tag-based KASAN modes, as those are able to
116  * detect memory corruptions with the memory tags assigned by default.
117  * All memory allocated normally after boot gets poisoned as usual.
118  */
119 #define FPI_SKIP_KASAN_POISON   ((__force fpi_t)BIT(2))
120
121 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
122 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
123 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_HIGH_FRACTION (8)
124
125 struct pagesets {
126         local_lock_t lock;
127 #if defined(CONFIG_DEBUG_INFO_BTF) &&                           \
128         !defined(CONFIG_DEBUG_LOCK_ALLOC) &&                    \
129         !defined(CONFIG_PAHOLE_HAS_ZEROSIZE_PERCPU_SUPPORT)
130         /*
131          * pahole 1.21 and earlier gets confused by zero-sized per-CPU
132          * variables and produces invalid BTF. Ensure that
133          * sizeof(struct pagesets) != 0 for older versions of pahole.
134          */
135         char __pahole_hack;
136         #warning "pahole too old to support zero-sized struct pagesets"
137 #endif
138 };
139 static DEFINE_PER_CPU(struct pagesets, pagesets) = {
140         .lock = INIT_LOCAL_LOCK(lock),
141 };
142
143 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
144 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
145 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
146 #endif
147
148 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(vm_numa_stat_key);
149
150 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
151 /*
152  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
153  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
154  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
155  * defined in <linux/topology.h>.
156  */
157 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
158 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
159 #endif
160
161 /* work_structs for global per-cpu drains */
162 struct pcpu_drain {
163         struct zone *zone;
164         struct work_struct work;
165 };
166 static DEFINE_MUTEX(pcpu_drain_mutex);
167 static DEFINE_PER_CPU(struct pcpu_drain, pcpu_drain);
168
169 #ifdef CONFIG_GCC_PLUGIN_LATENT_ENTROPY
170 volatile unsigned long latent_entropy __latent_entropy;
171 EXPORT_SYMBOL(latent_entropy);
172 #endif
173
174 /*
175  * Array of node states.
176  */
177 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
178         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
179         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
180 #ifndef CONFIG_NUMA
181         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
182 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
183         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
184 #endif
185         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
186         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
187 #endif  /* NUMA */
188 };
189 EXPORT_SYMBOL(node_states);
190
191 atomic_long_t _totalram_pages __read_mostly;
192 EXPORT_SYMBOL(_totalram_pages);
193 unsigned long totalreserve_pages __read_mostly;
194 unsigned long totalcma_pages __read_mostly;
195
196 int percpu_pagelist_high_fraction;
197 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
198 DEFINE_STATIC_KEY_MAYBE(CONFIG_INIT_ON_ALLOC_DEFAULT_ON, init_on_alloc);
199 EXPORT_SYMBOL(init_on_alloc);
200
201 DEFINE_STATIC_KEY_MAYBE(CONFIG_INIT_ON_FREE_DEFAULT_ON, init_on_free);
202 EXPORT_SYMBOL(init_on_free);
203
204 static bool _init_on_alloc_enabled_early __read_mostly
205                                 = IS_ENABLED(CONFIG_INIT_ON_ALLOC_DEFAULT_ON);
206 static int __init early_init_on_alloc(char *buf)
207 {
208
209         return kstrtobool(buf, &_init_on_alloc_enabled_early);
210 }
211 early_param("init_on_alloc", early_init_on_alloc);
212
213 static bool _init_on_free_enabled_early __read_mostly
214                                 = IS_ENABLED(CONFIG_INIT_ON_FREE_DEFAULT_ON);
215 static int __init early_init_on_free(char *buf)
216 {
217         return kstrtobool(buf, &_init_on_free_enabled_early);
218 }
219 early_param("init_on_free", early_init_on_free);
220
221 /*
222  * A cached value of the page's pageblock's migratetype, used when the page is
223  * put on a pcplist. Used to avoid the pageblock migratetype lookup when
224  * freeing from pcplists in most cases, at the cost of possibly becoming stale.
225  * Also the migratetype set in the page does not necessarily match the pcplist
226  * index, e.g. page might have MIGRATE_CMA set but be on a pcplist with any
227  * other index - this ensures that it will be put on the correct CMA freelist.
228  */
229 static inline int get_pcppage_migratetype(struct page *page)
230 {
231         return page->index;
232 }
233
234 static inline void set_pcppage_migratetype(struct page *page, int migratetype)
235 {
236         page->index = migratetype;
237 }
238
239 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
240 /*
241  * The following functions are used by the suspend/hibernate code to temporarily
242  * change gfp_allowed_mask in order to avoid using I/O during memory allocations
243  * while devices are suspended.  To avoid races with the suspend/hibernate code,
244  * they should always be called with system_transition_mutex held
245  * (gfp_allowed_mask also should only be modified with system_transition_mutex
246  * held, unless the suspend/hibernate code is guaranteed not to run in parallel
247  * with that modification).
248  */
249
250 static gfp_t saved_gfp_mask;
251
252 void pm_restore_gfp_mask(void)
253 {
254         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
255         if (saved_gfp_mask) {
256                 gfp_allowed_mask = saved_gfp_mask;
257                 saved_gfp_mask = 0;
258         }
259 }
260
261 void pm_restrict_gfp_mask(void)
262 {
263         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
264         WARN_ON(saved_gfp_mask);
265         saved_gfp_mask = gfp_allowed_mask;
266         gfp_allowed_mask &= ~(__GFP_IO | __GFP_FS);
267 }
268
269 bool pm_suspended_storage(void)
270 {
271         if ((gfp_allowed_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
272                 return false;
273         return true;
274 }
275 #endif /* CONFIG_PM_SLEEP */
276
277 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
278 unsigned int pageblock_order __read_mostly;
279 #endif
280
281 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order,
282                             fpi_t fpi_flags);
283
284 /*
285  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
286  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
287  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
288  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
289  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
290  *      HIGHMEM allocation will leave (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
291  *
292  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
293  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
294  */
295 int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES] = {
296 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
297         [ZONE_DMA] = 256,
298 #endif
299 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
300         [ZONE_DMA32] = 256,
301 #endif
302         [ZONE_NORMAL] = 32,
303 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
304         [ZONE_HIGHMEM] = 0,
305 #endif
306         [ZONE_MOVABLE] = 0,
307 };
308
309 static char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
310 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
311          "DMA",
312 #endif
313 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
314          "DMA32",
315 #endif
316          "Normal",
317 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
318          "HighMem",
319 #endif
320          "Movable",
321 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
322          "Device",
323 #endif
324 };
325
326 const char * const migratetype_names[MIGRATE_TYPES] = {
327         "Unmovable",
328         "Movable",
329         "Reclaimable",
330         "HighAtomic",
331 #ifdef CONFIG_CMA
332         "CMA",
333 #endif
334 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
335         "Isolate",
336 #endif
337 };
338
339 compound_page_dtor * const compound_page_dtors[NR_COMPOUND_DTORS] = {
340         [NULL_COMPOUND_DTOR] = NULL,
341         [COMPOUND_PAGE_DTOR] = free_compound_page,
342 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
343         [HUGETLB_PAGE_DTOR] = free_huge_page,
344 #endif
345 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
346         [TRANSHUGE_PAGE_DTOR] = free_transhuge_page,
347 #endif
348 };
349
350 int min_free_kbytes = 1024;
351 int user_min_free_kbytes = -1;
352 int watermark_boost_factor __read_mostly = 15000;
353 int watermark_scale_factor = 10;
354
355 static unsigned long nr_kernel_pages __initdata;
356 static unsigned long nr_all_pages __initdata;
357 static unsigned long dma_reserve __initdata;
358
359 static unsigned long arch_zone_lowest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __initdata;
360 static unsigned long arch_zone_highest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __initdata;
361 static unsigned long required_kernelcore __initdata;
362 static unsigned long required_kernelcore_percent __initdata;
363 static unsigned long required_movablecore __initdata;
364 static unsigned long required_movablecore_percent __initdata;
365 static unsigned long zone_movable_pfn[MAX_NUMNODES] __initdata;
366 static bool mirrored_kernelcore __meminitdata;
367
368 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
369 int movable_zone;
370 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
371
372 #if MAX_NUMNODES > 1
373 unsigned int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
374 unsigned int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
375 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
376 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
377 #endif
378
379 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
380
381 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
382 /*
383  * During boot we initialize deferred pages on-demand, as needed, but once
384  * page_alloc_init_late() has finished, the deferred pages are all initialized,
385  * and we can permanently disable that path.
386  */
387 static DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(deferred_pages);
388
389 /*
390  * Calling kasan_free_pages() only after deferred memory initialization
391  * has completed. Poisoning pages during deferred memory init will greatly
392  * lengthen the process and cause problem in large memory systems as the
393  * deferred pages initialization is done with interrupt disabled.
394  *
395  * Assuming that there will be no reference to those newly initialized
396  * pages before they are ever allocated, this should have no effect on
397  * KASAN memory tracking as the poison will be properly inserted at page
398  * allocation time. The only corner case is when pages are allocated by
399  * on-demand allocation and then freed again before the deferred pages
400  * initialization is done, but this is not likely to happen.
401  */
402 static inline void kasan_free_nondeferred_pages(struct page *page, int order,
403                                                 bool init, fpi_t fpi_flags)
404 {
405         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages))
406                 return;
407         if (!IS_ENABLED(CONFIG_KASAN_GENERIC) &&
408                         (fpi_flags & FPI_SKIP_KASAN_POISON))
409                 return;
410         kasan_free_pages(page, order, init);
411 }
412
413 /* Returns true if the struct page for the pfn is uninitialised */
414 static inline bool __meminit early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
415 {
416         int nid = early_pfn_to_nid(pfn);
417
418         if (node_online(nid) && pfn >= NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn)
419                 return true;
420
421         return false;
422 }
423
424 /*
425  * Returns true when the remaining initialisation should be deferred until
426  * later in the boot cycle when it can be parallelised.
427  */
428 static bool __meminit
429 defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
430 {
431         static unsigned long prev_end_pfn, nr_initialised;
432
433         /*
434          * prev_end_pfn static that contains the end of previous zone
435          * No need to protect because called very early in boot before smp_init.
436          */
437         if (prev_end_pfn != end_pfn) {
438                 prev_end_pfn = end_pfn;
439                 nr_initialised = 0;
440         }
441
442         /* Always populate low zones for address-constrained allocations */
443         if (end_pfn < pgdat_end_pfn(NODE_DATA(nid)))
444                 return false;
445
446         if (NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn != ULONG_MAX)
447                 return true;
448         /*
449          * We start only with one section of pages, more pages are added as
450          * needed until the rest of deferred pages are initialized.
451          */
452         nr_initialised++;
453         if ((nr_initialised > PAGES_PER_SECTION) &&
454             (pfn & (PAGES_PER_SECTION - 1)) == 0) {
455                 NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn = pfn;
456                 return true;
457         }
458         return false;
459 }
460 #else
461 static inline void kasan_free_nondeferred_pages(struct page *page, int order,
462                                                 bool init, fpi_t fpi_flags)
463 {
464         if (!IS_ENABLED(CONFIG_KASAN_GENERIC) &&
465                         (fpi_flags & FPI_SKIP_KASAN_POISON))
466                 return;
467         kasan_free_pages(page, order, init);
468 }
469
470 static inline bool early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
471 {
472         return false;
473 }
474
475 static inline bool defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
476 {
477         return false;
478 }
479 #endif
480
481 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
482 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(const struct page *page,
483                                                         unsigned long pfn)
484 {
485 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
486         return section_to_usemap(__pfn_to_section(pfn));
487 #else
488         return page_zone(page)->pageblock_flags;
489 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
490 }
491
492 static inline int pfn_to_bitidx(const struct page *page, unsigned long pfn)
493 {
494 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
495         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
496 #else
497         pfn = pfn - round_down(page_zone(page)->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
498 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
499         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
500 }
501
502 static __always_inline
503 unsigned long __get_pfnblock_flags_mask(const struct page *page,
504                                         unsigned long pfn,
505                                         unsigned long mask)
506 {
507         unsigned long *bitmap;
508         unsigned long bitidx, word_bitidx;
509         unsigned long word;
510
511         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
512         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
513         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
514         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
515
516         word = bitmap[word_bitidx];
517         return (word >> bitidx) & mask;
518 }
519
520 /**
521  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
522  * @page: The page within the block of interest
523  * @pfn: The target page frame number
524  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
525  *
526  * Return: pageblock_bits flags
527  */
528 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(const struct page *page,
529                                         unsigned long pfn, unsigned long mask)
530 {
531         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, mask);
532 }
533
534 static __always_inline int get_pfnblock_migratetype(const struct page *page,
535                                         unsigned long pfn)
536 {
537         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, MIGRATETYPE_MASK);
538 }
539
540 /**
541  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
542  * @page: The page within the block of interest
543  * @flags: The flags to set
544  * @pfn: The target page frame number
545  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
546  */
547 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
548                                         unsigned long pfn,
549                                         unsigned long mask)
550 {
551         unsigned long *bitmap;
552         unsigned long bitidx, word_bitidx;
553         unsigned long old_word, word;
554
555         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
556         BUILD_BUG_ON(MIGRATE_TYPES > (1 << PB_migratetype_bits));
557
558         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
559         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
560         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
561         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
562
563         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(page_zone(page), pfn), page);
564
565         mask <<= bitidx;
566         flags <<= bitidx;
567
568         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
569         for (;;) {
570                 old_word = cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], word, (word & ~mask) | flags);
571                 if (word == old_word)
572                         break;
573                 word = old_word;
574         }
575 }
576
577 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
578 {
579         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
580                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
581                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
582
583         set_pfnblock_flags_mask(page, (unsigned long)migratetype,
584                                 page_to_pfn(page), MIGRATETYPE_MASK);
585 }
586
587 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
588 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
589 {
590         int ret = 0;
591         unsigned seq;
592         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
593         unsigned long sp, start_pfn;
594
595         do {
596                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
597                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
598                 sp = zone->spanned_pages;
599                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
600                         ret = 1;
601         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
602
603         if (ret)
604                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
605                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
606                         start_pfn, start_pfn + sp);
607
608         return ret;
609 }
610
611 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
612 {
613         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page)))
614                 return 0;
615         if (zone != page_zone(page))
616                 return 0;
617
618         return 1;
619 }
620 /*
621  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
622  */
623 static int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
624 {
625         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
626                 return 1;
627         if (!page_is_consistent(zone, page))
628                 return 1;
629
630         return 0;
631 }
632 #else
633 static inline int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
634 {
635         return 0;
636 }
637 #endif
638
639 static void bad_page(struct page *page, const char *reason)
640 {
641         static unsigned long resume;
642         static unsigned long nr_shown;
643         static unsigned long nr_unshown;
644
645         /*
646          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
647          * or allow a steady drip of one report per second.
648          */
649         if (nr_shown == 60) {
650                 if (time_before(jiffies, resume)) {
651                         nr_unshown++;
652                         goto out;
653                 }
654                 if (nr_unshown) {
655                         pr_alert(
656                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
657                                 nr_unshown);
658                         nr_unshown = 0;
659                 }
660                 nr_shown = 0;
661         }
662         if (nr_shown++ == 0)
663                 resume = jiffies + 60 * HZ;
664
665         pr_alert("BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
666                 current->comm, page_to_pfn(page));
667         dump_page(page, reason);
668
669         print_modules();
670         dump_stack();
671 out:
672         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
673         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
674         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
675 }
676
677 static inline void free_the_page(struct page *page, unsigned int order)
678 {
679         if (order == 0)         /* Via pcp? */
680                 free_unref_page(page);
681         else
682                 __free_pages_ok(page, order, FPI_NONE);
683 }
684
685 /*
686  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
687  *
688  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page" and have PG_head set.
689  *
690  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages". PageTail() is encoded
691  * in bit 0 of page->compound_head. The rest of bits is pointer to head page.
692  *
693  * The first tail page's ->compound_dtor holds the offset in array of compound
694  * page destructors. See compound_page_dtors.
695  *
696  * The first tail page's ->compound_order holds the order of allocation.
697  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
698  */
699
700 void free_compound_page(struct page *page)
701 {
702         mem_cgroup_uncharge(page);
703         __free_pages_ok(page, compound_order(page), FPI_NONE);
704 }
705
706 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned int order)
707 {
708         int i;
709         int nr_pages = 1 << order;
710
711         __SetPageHead(page);
712         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
713                 struct page *p = page + i;
714                 set_page_count(p, 0);
715                 p->mapping = TAIL_MAPPING;
716                 set_compound_head(p, page);
717         }
718
719         set_compound_page_dtor(page, COMPOUND_PAGE_DTOR);
720         set_compound_order(page, order);
721         atomic_set(compound_mapcount_ptr(page), -1);
722         if (hpage_pincount_available(page))
723                 atomic_set(compound_pincount_ptr(page), 0);
724 }
725
726 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
727 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
728
729 bool _debug_pagealloc_enabled_early __read_mostly
730                         = IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC_ENABLE_DEFAULT);
731 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled_early);
732 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(_debug_pagealloc_enabled);
733 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled);
734
735 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(_debug_guardpage_enabled);
736
737 static int __init early_debug_pagealloc(char *buf)
738 {
739         return kstrtobool(buf, &_debug_pagealloc_enabled_early);
740 }
741 early_param("debug_pagealloc", early_debug_pagealloc);
742
743 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
744 {
745         unsigned long res;
746
747         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
748                 pr_err("Bad debug_guardpage_minorder value\n");
749                 return 0;
750         }
751         _debug_guardpage_minorder = res;
752         pr_info("Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
753         return 0;
754 }
755 early_param("debug_guardpage_minorder", debug_guardpage_minorder_setup);
756
757 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
758                                 unsigned int order, int migratetype)
759 {
760         if (!debug_guardpage_enabled())
761                 return false;
762
763         if (order >= debug_guardpage_minorder())
764                 return false;
765
766         __SetPageGuard(page);
767         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
768         set_page_private(page, order);
769         /* Guard pages are not available for any usage */
770         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order), migratetype);
771
772         return true;
773 }
774
775 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
776                                 unsigned int order, int migratetype)
777 {
778         if (!debug_guardpage_enabled())
779                 return;
780
781         __ClearPageGuard(page);
782
783         set_page_private(page, 0);
784         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
785                 __mod_zone_freepage_state(zone, (1 << order), migratetype);
786 }
787 #else
788 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
789                         unsigned int order, int migratetype) { return false; }
790 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
791                                 unsigned int order, int migratetype) {}
792 #endif
793
794 /*
795  * Enable static keys related to various memory debugging and hardening options.
796  * Some override others, and depend on early params that are evaluated in the
797  * order of appearance. So we need to first gather the full picture of what was
798  * enabled, and then make decisions.
799  */
800 void init_mem_debugging_and_hardening(void)
801 {
802         bool page_poisoning_requested = false;
803
804 #ifdef CONFIG_PAGE_POISONING
805         /*
806          * Page poisoning is debug page alloc for some arches. If
807          * either of those options are enabled, enable poisoning.
808          */
809         if (page_poisoning_enabled() ||
810              (!IS_ENABLED(CONFIG_ARCH_SUPPORTS_DEBUG_PAGEALLOC) &&
811               debug_pagealloc_enabled())) {
812                 static_branch_enable(&_page_poisoning_enabled);
813                 page_poisoning_requested = true;
814         }
815 #endif
816
817         if (_init_on_alloc_enabled_early) {
818                 if (page_poisoning_requested)
819                         pr_info("mem auto-init: CONFIG_PAGE_POISONING is on, "
820                                 "will take precedence over init_on_alloc\n");
821                 else
822                         static_branch_enable(&init_on_alloc);
823         }
824         if (_init_on_free_enabled_early) {
825                 if (page_poisoning_requested)
826                         pr_info("mem auto-init: CONFIG_PAGE_POISONING is on, "
827                                 "will take precedence over init_on_free\n");
828                 else
829                         static_branch_enable(&init_on_free);
830         }
831
832 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
833         if (!debug_pagealloc_enabled())
834                 return;
835
836         static_branch_enable(&_debug_pagealloc_enabled);
837
838         if (!debug_guardpage_minorder())
839                 return;
840
841         static_branch_enable(&_debug_guardpage_enabled);
842 #endif
843 }
844
845 static inline void set_buddy_order(struct page *page, unsigned int order)
846 {
847         set_page_private(page, order);
848         __SetPageBuddy(page);
849 }
850
851 /*
852  * This function checks whether a page is free && is the buddy
853  * we can coalesce a page and its buddy if
854  * (a) the buddy is not in a hole (check before calling!) &&
855  * (b) the buddy is in the buddy system &&
856  * (c) a page and its buddy have the same order &&
857  * (d) a page and its buddy are in the same zone.
858  *
859  * For recording whether a page is in the buddy system, we set PageBuddy.
860  * Setting, clearing, and testing PageBuddy is serialized by zone->lock.
861  *
862  * For recording page's order, we use page_private(page).
863  */
864 static inline bool page_is_buddy(struct page *page, struct page *buddy,
865                                                         unsigned int order)
866 {
867         if (!page_is_guard(buddy) && !PageBuddy(buddy))
868                 return false;
869
870         if (buddy_order(buddy) != order)
871                 return false;
872
873         /*
874          * zone check is done late to avoid uselessly calculating
875          * zone/node ids for pages that could never merge.
876          */
877         if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
878                 return false;
879
880         VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
881
882         return true;
883 }
884
885 #ifdef CONFIG_COMPACTION
886 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
887 {
888         struct capture_control *capc = current->capture_control;
889
890         return unlikely(capc) &&
891                 !(current->flags & PF_KTHREAD) &&
892                 !capc->page &&
893                 capc->cc->zone == zone ? capc : NULL;
894 }
895
896 static inline bool
897 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
898                    int order, int migratetype)
899 {
900         if (!capc || order != capc->cc->order)
901                 return false;
902
903         /* Do not accidentally pollute CMA or isolated regions*/
904         if (is_migrate_cma(migratetype) ||
905             is_migrate_isolate(migratetype))
906                 return false;
907
908         /*
909          * Do not let lower order allocations pollute a movable pageblock.
910          * This might let an unmovable request use a reclaimable pageblock
911          * and vice-versa but no more than normal fallback logic which can
912          * have trouble finding a high-order free page.
913          */
914         if (order < pageblock_order && migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
915                 return false;
916
917         capc->page = page;
918         return true;
919 }
920
921 #else
922 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
923 {
924         return NULL;
925 }
926
927 static inline bool
928 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
929                    int order, int migratetype)
930 {
931         return false;
932 }
933 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
934
935 /* Used for pages not on another list */
936 static inline void add_to_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
937                                     unsigned int order, int migratetype)
938 {
939         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
940
941         list_add(&page->lru, &area->free_list[migratetype]);
942         area->nr_free++;
943 }
944
945 /* Used for pages not on another list */
946 static inline void add_to_free_list_tail(struct page *page, struct zone *zone,
947                                          unsigned int order, int migratetype)
948 {
949         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
950
951         list_add_tail(&page->lru, &area->free_list[migratetype]);
952         area->nr_free++;
953 }
954
955 /*
956  * Used for pages which are on another list. Move the pages to the tail
957  * of the list - so the moved pages won't immediately be considered for
958  * allocation again (e.g., optimization for memory onlining).
959  */
960 static inline void move_to_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
961                                      unsigned int order, int migratetype)
962 {
963         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
964
965         list_move_tail(&page->lru, &area->free_list[migratetype]);
966 }
967
968 static inline void del_page_from_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
969                                            unsigned int order)
970 {
971         /* clear reported state and update reported page count */
972         if (page_reported(page))
973                 __ClearPageReported(page);
974
975         list_del(&page->lru);
976         __ClearPageBuddy(page);
977         set_page_private(page, 0);
978         zone->free_area[order].nr_free--;
979 }
980
981 /*
982  * If this is not the largest possible page, check if the buddy
983  * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
984  * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
985  * that is happening, add the free page to the tail of the list
986  * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
987  * as a higher order page
988  */
989 static inline bool
990 buddy_merge_likely(unsigned long pfn, unsigned long buddy_pfn,
991                    struct page *page, unsigned int order)
992 {
993         struct page *higher_page, *higher_buddy;
994         unsigned long combined_pfn;
995
996         if (order >= MAX_ORDER - 2)
997                 return false;
998
999         if (!pfn_valid_within(buddy_pfn))
1000                 return false;
1001
1002         combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
1003         higher_page = page + (combined_pfn - pfn);
1004         buddy_pfn = __find_buddy_pfn(combined_pfn, order + 1);
1005         higher_buddy = higher_page + (buddy_pfn - combined_pfn);
1006
1007         return pfn_valid_within(buddy_pfn) &&
1008                page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1);
1009 }
1010
1011 /*
1012  * Freeing function for a buddy system allocator.
1013  *
1014  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
1015  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
1016  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
1017  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
1018  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
1019  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
1020  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
1021  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
1022  * parts of the VM system.
1023  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
1024  * free pages of length of (1 << order) and marked with PageBuddy.
1025  * Page's order is recorded in page_private(page) field.
1026  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
1027  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
1028  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
1029  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
1030  * triggers coalescing into a block of larger size.
1031  *
1032  * -- nyc
1033  */
1034
1035 static inline void __free_one_page(struct page *page,
1036                 unsigned long pfn,
1037                 struct zone *zone, unsigned int order,
1038                 int migratetype, fpi_t fpi_flags)
1039 {
1040         struct capture_control *capc = task_capc(zone);
1041         unsigned long buddy_pfn;
1042         unsigned long combined_pfn;
1043         unsigned int max_order;
1044         struct page *buddy;
1045         bool to_tail;
1046
1047         max_order = min_t(unsigned int, MAX_ORDER - 1, pageblock_order);
1048
1049         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
1050         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
1051
1052         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
1053         if (likely(!is_migrate_isolate(migratetype)))
1054                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
1055
1056         VM_BUG_ON_PAGE(pfn & ((1 << order) - 1), page);
1057         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
1058
1059 continue_merging:
1060         while (order < max_order) {
1061                 if (compaction_capture(capc, page, order, migratetype)) {
1062                         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
1063                                                                 migratetype);
1064                         return;
1065                 }
1066                 buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
1067                 buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
1068
1069                 if (!pfn_valid_within(buddy_pfn))
1070                         goto done_merging;
1071                 if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
1072                         goto done_merging;
1073                 /*
1074                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
1075                  * merge with it and move up one order.
1076                  */
1077                 if (page_is_guard(buddy))
1078                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
1079                 else
1080                         del_page_from_free_list(buddy, zone, order);
1081                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
1082                 page = page + (combined_pfn - pfn);
1083                 pfn = combined_pfn;
1084                 order++;
1085         }
1086         if (order < MAX_ORDER - 1) {
1087                 /* If we are here, it means order is >= pageblock_order.
1088                  * We want to prevent merge between freepages on isolate
1089                  * pageblock and normal pageblock. Without this, pageblock
1090                  * isolation could cause incorrect freepage or CMA accounting.
1091                  *
1092                  * We don't want to hit this code for the more frequent
1093                  * low-order merging.
1094                  */
1095                 if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone))) {
1096                         int buddy_mt;
1097
1098                         buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
1099                         buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
1100                         buddy_mt = get_pageblock_migratetype(buddy);
1101
1102                         if (migratetype != buddy_mt
1103                                         && (is_migrate_isolate(migratetype) ||
1104                                                 is_migrate_isolate(buddy_mt)))
1105                                 goto done_merging;
1106                 }
1107                 max_order = order + 1;
1108                 goto continue_merging;
1109         }
1110
1111 done_merging:
1112         set_buddy_order(page, order);
1113
1114         if (fpi_flags & FPI_TO_TAIL)
1115                 to_tail = true;
1116         else if (is_shuffle_order(order))
1117                 to_tail = shuffle_pick_tail();
1118         else
1119                 to_tail = buddy_merge_likely(pfn, buddy_pfn, page, order);
1120
1121         if (to_tail)
1122                 add_to_free_list_tail(page, zone, order, migratetype);
1123         else
1124                 add_to_free_list(page, zone, order, migratetype);
1125
1126         /* Notify page reporting subsystem of freed page */
1127         if (!(fpi_flags & FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY))
1128                 page_reporting_notify_free(order);
1129 }
1130
1131 /*
1132  * A bad page could be due to a number of fields. Instead of multiple branches,
1133  * try and check multiple fields with one check. The caller must do a detailed
1134  * check if necessary.
1135  */
1136 static inline bool page_expected_state(struct page *page,
1137                                         unsigned long check_flags)
1138 {
1139         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1140                 return false;
1141
1142         if (unlikely((unsigned long)page->mapping |
1143                         page_ref_count(page) |
1144 #ifdef CONFIG_MEMCG
1145                         page->memcg_data |
1146 #endif
1147                         (page->flags & check_flags)))
1148                 return false;
1149
1150         return true;
1151 }
1152
1153 static const char *page_bad_reason(struct page *page, unsigned long flags)
1154 {
1155         const char *bad_reason = NULL;
1156
1157         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1158                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1159         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1160                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1161         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
1162                 bad_reason = "nonzero _refcount";
1163         if (unlikely(page->flags & flags)) {
1164                 if (flags == PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)
1165                         bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag(s) set";
1166                 else
1167                         bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
1168         }
1169 #ifdef CONFIG_MEMCG
1170         if (unlikely(page->memcg_data))
1171                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
1172 #endif
1173         return bad_reason;
1174 }
1175
1176 static void check_free_page_bad(struct page *page)
1177 {
1178         bad_page(page,
1179                  page_bad_reason(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE));
1180 }
1181
1182 static inline int check_free_page(struct page *page)
1183 {
1184         if (likely(page_expected_state(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)))
1185                 return 0;
1186
1187         /* Something has gone sideways, find it */
1188         check_free_page_bad(page);
1189         return 1;
1190 }
1191
1192 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
1193 {
1194         int ret = 1;
1195
1196         /*
1197          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
1198          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
1199          */
1200         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
1201
1202         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM)) {
1203                 ret = 0;
1204                 goto out;
1205         }
1206         switch (page - head_page) {
1207         case 1:
1208                 /* the first tail page: ->mapping may be compound_mapcount() */
1209                 if (unlikely(compound_mapcount(page))) {
1210                         bad_page(page, "nonzero compound_mapcount");
1211                         goto out;
1212                 }
1213                 break;
1214         case 2:
1215                 /*
1216                  * the second tail page: ->mapping is
1217                  * deferred_list.next -- ignore value.
1218                  */
1219                 break;
1220         default:
1221                 if (page->mapping != TAIL_MAPPING) {
1222                         bad_page(page, "corrupted mapping in tail page");
1223                         goto out;
1224                 }
1225                 break;
1226         }
1227         if (unlikely(!PageTail(page))) {
1228                 bad_page(page, "PageTail not set");
1229                 goto out;
1230         }
1231         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
1232                 bad_page(page, "compound_head not consistent");
1233                 goto out;
1234         }
1235         ret = 0;
1236 out:
1237         page->mapping = NULL;
1238         clear_compound_head(page);
1239         return ret;
1240 }
1241
1242 static void kernel_init_free_pages(struct page *page, int numpages)
1243 {
1244         int i;
1245
1246         /* s390's use of memset() could override KASAN redzones. */
1247         kasan_disable_current();
1248         for (i = 0; i < numpages; i++) {
1249                 u8 tag = page_kasan_tag(page + i);
1250                 page_kasan_tag_reset(page + i);
1251                 clear_highpage(page + i);
1252                 page_kasan_tag_set(page + i, tag);
1253         }
1254         kasan_enable_current();
1255 }
1256
1257 static __always_inline bool free_pages_prepare(struct page *page,
1258                         unsigned int order, bool check_free, fpi_t fpi_flags)
1259 {
1260         int bad = 0;
1261         bool init;
1262
1263         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
1264
1265         trace_mm_page_free(page, order);
1266
1267         if (unlikely(PageHWPoison(page)) && !order) {
1268                 /*
1269                  * Do not let hwpoison pages hit pcplists/buddy
1270                  * Untie memcg state and reset page's owner
1271                  */
1272                 if (memcg_kmem_enabled() && PageMemcgKmem(page))
1273                         __memcg_kmem_uncharge_page(page, order);
1274                 reset_page_owner(page, order);
1275                 return false;
1276         }
1277
1278         /*
1279          * Check tail pages before head page information is cleared to
1280          * avoid checking PageCompound for order-0 pages.
1281          */
1282         if (unlikely(order)) {
1283                 bool compound = PageCompound(page);
1284                 int i;
1285
1286                 VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
1287
1288                 if (compound)
1289                         ClearPageDoubleMap(page);
1290                 for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1291                         if (compound)
1292                                 bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
1293                         if (unlikely(check_free_page(page + i))) {
1294                                 bad++;
1295                                 continue;
1296                         }
1297                         (page + i)->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1298                 }
1299         }
1300         if (PageMappingFlags(page))
1301                 page->mapping = NULL;
1302         if (memcg_kmem_enabled() && PageMemcgKmem(page))
1303                 __memcg_kmem_uncharge_page(page, order);
1304         if (check_free)
1305                 bad += check_free_page(page);
1306         if (bad)
1307                 return false;
1308
1309         page_cpupid_reset_last(page);
1310         page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1311         reset_page_owner(page, order);
1312
1313         if (!PageHighMem(page)) {
1314                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1315                                            PAGE_SIZE << order);
1316                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1317                                            PAGE_SIZE << order);
1318         }
1319
1320         kernel_poison_pages(page, 1 << order);
1321
1322         /*
1323          * As memory initialization might be integrated into KASAN,
1324          * kasan_free_pages and kernel_init_free_pages must be
1325          * kept together to avoid discrepancies in behavior.
1326          *
1327          * With hardware tag-based KASAN, memory tags must be set before the
1328          * page becomes unavailable via debug_pagealloc or arch_free_page.
1329          */
1330         init = want_init_on_free();
1331         if (init && !kasan_has_integrated_init())
1332                 kernel_init_free_pages(page, 1 << order);
1333         kasan_free_nondeferred_pages(page, order, init, fpi_flags);
1334
1335         /*
1336          * arch_free_page() can make the page's contents inaccessible.  s390
1337          * does this.  So nothing which can access the page's contents should
1338          * happen after this.
1339          */
1340         arch_free_page(page, order);
1341
1342         debug_pagealloc_unmap_pages(page, 1 << order);
1343
1344         return true;
1345 }
1346
1347 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1348 /*
1349  * With DEBUG_VM enabled, order-0 pages are checked immediately when being freed
1350  * to pcp lists. With debug_pagealloc also enabled, they are also rechecked when
1351  * moved from pcp lists to free lists.
1352  */
1353 static bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1354 {
1355         return free_pages_prepare(page, 0, true, FPI_NONE);
1356 }
1357
1358 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1359 {
1360         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1361                 return check_free_page(page);
1362         else
1363                 return false;
1364 }
1365 #else
1366 /*
1367  * With DEBUG_VM disabled, order-0 pages being freed are checked only when
1368  * moving from pcp lists to free list in order to reduce overhead. With
1369  * debug_pagealloc enabled, they are checked also immediately when being freed
1370  * to the pcp lists.
1371  */
1372 static bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1373 {
1374         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1375                 return free_pages_prepare(page, 0, true, FPI_NONE);
1376         else
1377                 return free_pages_prepare(page, 0, false, FPI_NONE);
1378 }
1379
1380 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1381 {
1382         return check_free_page(page);
1383 }
1384 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1385
1386 static inline void prefetch_buddy(struct page *page)
1387 {
1388         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1389         unsigned long buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, 0);
1390         struct page *buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
1391
1392         prefetch(buddy);
1393 }
1394
1395 /*
1396  * Frees a number of pages from the PCP lists
1397  * Assumes all pages on list are in same zone, and of same order.
1398  * count is the number of pages to free.
1399  *
1400  * If the zone was previously in an "all pages pinned" state then look to
1401  * see if this freeing clears that state.
1402  *
1403  * And clear the zone's pages_scanned counter, to hold off the "all pages are
1404  * pinned" detection logic.
1405  */
1406 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
1407                                         struct per_cpu_pages *pcp)
1408 {
1409         int migratetype = 0;
1410         int batch_free = 0;
1411         int prefetch_nr = READ_ONCE(pcp->batch);
1412         bool isolated_pageblocks;
1413         struct page *page, *tmp;
1414         LIST_HEAD(head);
1415
1416         /*
1417          * Ensure proper count is passed which otherwise would stuck in the
1418          * below while (list_empty(list)) loop.
1419          */
1420         count = min(pcp->count, count);
1421         while (count) {
1422                 struct list_head *list;
1423
1424                 /*
1425                  * Remove pages from lists in a round-robin fashion. A
1426                  * batch_free count is maintained that is incremented when an
1427                  * empty list is encountered.  This is so more pages are freed
1428                  * off fuller lists instead of spinning excessively around empty
1429                  * lists
1430                  */
1431                 do {
1432                         batch_free++;
1433                         if (++migratetype == MIGRATE_PCPTYPES)
1434                                 migratetype = 0;
1435                         list = &pcp->lists[migratetype];
1436                 } while (list_empty(list));
1437
1438                 /* This is the only non-empty list. Free them all. */
1439                 if (batch_free == MIGRATE_PCPTYPES)
1440                         batch_free = count;
1441
1442                 do {
1443                         page = list_last_entry(list, struct page, lru);
1444                         /* must delete to avoid corrupting pcp list */
1445                         list_del(&page->lru);
1446                         pcp->count--;
1447
1448                         if (bulkfree_pcp_prepare(page))
1449                                 continue;
1450
1451                         list_add_tail(&page->lru, &head);
1452
1453                         /*
1454                          * We are going to put the page back to the global
1455                          * pool, prefetch its buddy to speed up later access
1456                          * under zone->lock. It is believed the overhead of
1457                          * an additional test and calculating buddy_pfn here
1458                          * can be offset by reduced memory latency later. To
1459                          * avoid excessive prefetching due to large count, only
1460                          * prefetch buddy for the first pcp->batch nr of pages.
1461                          */
1462                         if (prefetch_nr) {
1463                                 prefetch_buddy(page);
1464                                 prefetch_nr--;
1465                         }
1466                 } while (--count && --batch_free && !list_empty(list));
1467         }
1468
1469         /*
1470          * local_lock_irq held so equivalent to spin_lock_irqsave for
1471          * both PREEMPT_RT and non-PREEMPT_RT configurations.
1472          */
1473         spin_lock(&zone->lock);
1474         isolated_pageblocks = has_isolate_pageblock(zone);
1475
1476         /*
1477          * Use safe version since after __free_one_page(),
1478          * page->lru.next will not point to original list.
1479          */
1480         list_for_each_entry_safe(page, tmp, &head, lru) {
1481                 int mt = get_pcppage_migratetype(page);
1482                 /* MIGRATE_ISOLATE page should not go to pcplists */
1483                 VM_BUG_ON_PAGE(is_migrate_isolate(mt), page);
1484                 /* Pageblock could have been isolated meanwhile */
1485                 if (unlikely(isolated_pageblocks))
1486                         mt = get_pageblock_migratetype(page);
1487
1488                 __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, 0, mt, FPI_NONE);
1489                 trace_mm_page_pcpu_drain(page, 0, mt);
1490         }
1491         spin_unlock(&zone->lock);
1492 }
1493
1494 static void free_one_page(struct zone *zone,
1495                                 struct page *page, unsigned long pfn,
1496                                 unsigned int order,
1497                                 int migratetype, fpi_t fpi_flags)
1498 {
1499         unsigned long flags;
1500
1501         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1502         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1503                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1504                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1505         }
1506         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype, fpi_flags);
1507         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1508 }
1509
1510 static void __meminit __init_single_page(struct page *page, unsigned long pfn,
1511                                 unsigned long zone, int nid)
1512 {
1513         mm_zero_struct_page(page);
1514         set_page_links(page, zone, nid, pfn);
1515         init_page_count(page);
1516         page_mapcount_reset(page);
1517         page_cpupid_reset_last(page);
1518         page_kasan_tag_reset(page);
1519
1520         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1521 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
1522         /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
1523         if (!is_highmem_idx(zone))
1524                 set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
1525 #endif
1526 }
1527
1528 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1529 static void __meminit init_reserved_page(unsigned long pfn)
1530 {
1531         pg_data_t *pgdat;
1532         int nid, zid;
1533
1534         if (!early_page_uninitialised(pfn))
1535                 return;
1536
1537         nid = early_pfn_to_nid(pfn);
1538         pgdat = NODE_DATA(nid);
1539
1540         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1541                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zid];
1542
1543                 if (pfn >= zone->zone_start_pfn && pfn < zone_end_pfn(zone))
1544                         break;
1545         }
1546         __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zid, nid);
1547 }
1548 #else
1549 static inline void init_reserved_page(unsigned long pfn)
1550 {
1551 }
1552 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1553
1554 /*
1555  * Initialised pages do not have PageReserved set. This function is
1556  * called for each range allocated by the bootmem allocator and
1557  * marks the pages PageReserved. The remaining valid pages are later
1558  * sent to the buddy page allocator.
1559  */
1560 void __meminit reserve_bootmem_region(phys_addr_t start, phys_addr_t end)
1561 {
1562         unsigned long start_pfn = PFN_DOWN(start);
1563         unsigned long end_pfn = PFN_UP(end);
1564
1565         for (; start_pfn < end_pfn; start_pfn++) {
1566                 if (pfn_valid(start_pfn)) {
1567                         struct page *page = pfn_to_page(start_pfn);
1568
1569                         init_reserved_page(start_pfn);
1570
1571                         /* Avoid false-positive PageTail() */
1572                         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1573
1574                         /*
1575                          * no need for atomic set_bit because the struct
1576                          * page is not visible yet so nobody should
1577                          * access it yet.
1578                          */
1579                         __SetPageReserved(page);
1580                 }
1581         }
1582 }
1583
1584 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order,
1585                             fpi_t fpi_flags)
1586 {
1587         unsigned long flags;
1588         int migratetype;
1589         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1590         struct zone *zone = page_zone(page);
1591
1592         if (!free_pages_prepare(page, order, true, fpi_flags))
1593                 return;
1594
1595         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1596
1597         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1598         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1599                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1600                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1601         }
1602         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype, fpi_flags);
1603         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1604
1605         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1606 }
1607
1608 void __free_pages_core(struct page *page, unsigned int order)
1609 {
1610         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1611         struct page *p = page;
1612         unsigned int loop;
1613
1614         /*
1615          * When initializing the memmap, __init_single_page() sets the refcount
1616          * of all pages to 1 ("allocated"/"not free"). We have to set the
1617          * refcount of all involved pages to 0.
1618          */
1619         prefetchw(p);
1620         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1621                 prefetchw(p + 1);
1622                 __ClearPageReserved(p);
1623                 set_page_count(p, 0);
1624         }
1625         __ClearPageReserved(p);
1626         set_page_count(p, 0);
1627
1628         atomic_long_add(nr_pages, &page_zone(page)->managed_pages);
1629
1630         /*
1631          * Bypass PCP and place fresh pages right to the tail, primarily
1632          * relevant for memory onlining.
1633          */
1634         __free_pages_ok(page, order, FPI_TO_TAIL | FPI_SKIP_KASAN_POISON);
1635 }
1636
1637 #ifdef CONFIG_NUMA
1638
1639 /*
1640  * During memory init memblocks map pfns to nids. The search is expensive and
1641  * this caches recent lookups. The implementation of __early_pfn_to_nid
1642  * treats start/end as pfns.
1643  */
1644 struct mminit_pfnnid_cache {
1645         unsigned long last_start;
1646         unsigned long last_end;
1647         int last_nid;
1648 };
1649
1650 static struct mminit_pfnnid_cache early_pfnnid_cache __meminitdata;
1651
1652 /*
1653  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
1654  */
1655 static int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn,
1656                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1657 {
1658         unsigned long start_pfn, end_pfn;
1659         int nid;
1660
1661         if (state->last_start <= pfn && pfn < state->last_end)
1662                 return state->last_nid;
1663
1664         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
1665         if (nid != NUMA_NO_NODE) {
1666                 state->last_start = start_pfn;
1667                 state->last_end = end_pfn;
1668                 state->last_nid = nid;
1669         }
1670
1671         return nid;
1672 }
1673
1674 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
1675 {
1676         static DEFINE_SPINLOCK(early_pfn_lock);
1677         int nid;
1678
1679         spin_lock(&early_pfn_lock);
1680         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1681         if (nid < 0)
1682                 nid = first_online_node;
1683         spin_unlock(&early_pfn_lock);
1684
1685         return nid;
1686 }
1687 #endif /* CONFIG_NUMA */
1688
1689 void __init memblock_free_pages(struct page *page, unsigned long pfn,
1690                                                         unsigned int order)
1691 {
1692         if (early_page_uninitialised(pfn))
1693                 return;
1694         __free_pages_core(page, order);
1695 }
1696
1697 /*
1698  * Check that the whole (or subset of) a pageblock given by the interval of
1699  * [start_pfn, end_pfn) is valid and within the same zone, before scanning it
1700  * with the migration of free compaction scanner. The scanners then need to
1701  * use only pfn_valid_within() check for arches that allow holes within
1702  * pageblocks.
1703  *
1704  * Return struct page pointer of start_pfn, or NULL if checks were not passed.
1705  *
1706  * It's possible on some configurations to have a setup like node0 node1 node0
1707  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of pages do not
1708  * belong to a single zone. We assume that a border between node0 and node1
1709  * can occur within a single pageblock, but not a node0 node1 node0
1710  * interleaving within a single pageblock. It is therefore sufficient to check
1711  * the first and last page of a pageblock and avoid checking each individual
1712  * page in a pageblock.
1713  */
1714 struct page *__pageblock_pfn_to_page(unsigned long start_pfn,
1715                                      unsigned long end_pfn, struct zone *zone)
1716 {
1717         struct page *start_page;
1718         struct page *end_page;
1719
1720         /* end_pfn is one past the range we are checking */
1721         end_pfn--;
1722
1723         if (!pfn_valid(start_pfn) || !pfn_valid(end_pfn))
1724                 return NULL;
1725
1726         start_page = pfn_to_online_page(start_pfn);
1727         if (!start_page)
1728                 return NULL;
1729
1730         if (page_zone(start_page) != zone)
1731                 return NULL;
1732
1733         end_page = pfn_to_page(end_pfn);
1734
1735         /* This gives a shorter code than deriving page_zone(end_page) */
1736         if (page_zone_id(start_page) != page_zone_id(end_page))
1737                 return NULL;
1738
1739         return start_page;
1740 }
1741
1742 void set_zone_contiguous(struct zone *zone)
1743 {
1744         unsigned long block_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
1745         unsigned long block_end_pfn;
1746
1747         block_end_pfn = ALIGN(block_start_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
1748         for (; block_start_pfn < zone_end_pfn(zone);
1749                         block_start_pfn = block_end_pfn,
1750                          block_end_pfn += pageblock_nr_pages) {
1751
1752                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, zone_end_pfn(zone));
1753
1754                 if (!__pageblock_pfn_to_page(block_start_pfn,
1755                                              block_end_pfn, zone))
1756                         return;
1757                 cond_resched();
1758         }
1759
1760         /* We confirm that there is no hole */
1761         zone->contiguous = true;
1762 }
1763
1764 void clear_zone_contiguous(struct zone *zone)
1765 {
1766         zone->contiguous = false;
1767 }
1768
1769 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1770 static void __init deferred_free_range(unsigned long pfn,
1771                                        unsigned long nr_pages)
1772 {
1773         struct page *page;
1774         unsigned long i;
1775
1776         if (!nr_pages)
1777                 return;
1778
1779         page = pfn_to_page(pfn);
1780
1781         /* Free a large naturally-aligned chunk if possible */
1782         if (nr_pages == pageblock_nr_pages &&
1783             (pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0) {
1784                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1785                 __free_pages_core(page, pageblock_order);
1786                 return;
1787         }
1788
1789         for (i = 0; i < nr_pages; i++, page++, pfn++) {
1790                 if ((pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0)
1791                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1792                 __free_pages_core(page, 0);
1793         }
1794 }
1795
1796 /* Completion tracking for deferred_init_memmap() threads */
1797 static atomic_t pgdat_init_n_undone __initdata;
1798 static __initdata DECLARE_COMPLETION(pgdat_init_all_done_comp);
1799
1800 static inline void __init pgdat_init_report_one_done(void)
1801 {
1802         if (atomic_dec_and_test(&pgdat_init_n_undone))
1803                 complete(&pgdat_init_all_done_comp);
1804 }
1805
1806 /*
1807  * Returns true if page needs to be initialized or freed to buddy allocator.
1808  *
1809  * First we check if pfn is valid on architectures where it is possible to have
1810  * holes within pageblock_nr_pages. On systems where it is not possible, this
1811  * function is optimized out.
1812  *
1813  * Then, we check if a current large page is valid by only checking the validity
1814  * of the head pfn.
1815  */
1816 static inline bool __init deferred_pfn_valid(unsigned long pfn)
1817 {
1818         if (!pfn_valid_within(pfn))
1819                 return false;
1820         if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) && !pfn_valid(pfn))
1821                 return false;
1822         return true;
1823 }
1824
1825 /*
1826  * Free pages to buddy allocator. Try to free aligned pages in
1827  * pageblock_nr_pages sizes.
1828  */
1829 static void __init deferred_free_pages(unsigned long pfn,
1830                                        unsigned long end_pfn)
1831 {
1832         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1833         unsigned long nr_free = 0;
1834
1835         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1836                 if (!deferred_pfn_valid(pfn)) {
1837                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1838                         nr_free = 0;
1839                 } else if (!(pfn & nr_pgmask)) {
1840                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1841                         nr_free = 1;
1842                 } else {
1843                         nr_free++;
1844                 }
1845         }
1846         /* Free the last block of pages to allocator */
1847         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1848 }
1849
1850 /*
1851  * Initialize struct pages.  We minimize pfn page lookups and scheduler checks
1852  * by performing it only once every pageblock_nr_pages.
1853  * Return number of pages initialized.
1854  */
1855 static unsigned long  __init deferred_init_pages(struct zone *zone,
1856                                                  unsigned long pfn,
1857                                                  unsigned long end_pfn)
1858 {
1859         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1860         int nid = zone_to_nid(zone);
1861         unsigned long nr_pages = 0;
1862         int zid = zone_idx(zone);
1863         struct page *page = NULL;
1864
1865         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1866                 if (!deferred_pfn_valid(pfn)) {
1867                         page = NULL;
1868                         continue;
1869                 } else if (!page || !(pfn & nr_pgmask)) {
1870                         page = pfn_to_page(pfn);
1871                 } else {
1872                         page++;
1873                 }
1874                 __init_single_page(page, pfn, zid, nid);
1875                 nr_pages++;
1876         }
1877         return (nr_pages);
1878 }
1879
1880 /*
1881  * This function is meant to pre-load the iterator for the zone init.
1882  * Specifically it walks through the ranges until we are caught up to the
1883  * first_init_pfn value and exits there. If we never encounter the value we
1884  * return false indicating there are no valid ranges left.
1885  */
1886 static bool __init
1887 deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(u64 *i, struct zone *zone,
1888                                     unsigned long *spfn, unsigned long *epfn,
1889                                     unsigned long first_init_pfn)
1890 {
1891         u64 j;
1892
1893         /*
1894          * Start out by walking through the ranges in this zone that have
1895          * already been initialized. We don't need to do anything with them
1896          * so we just need to flush them out of the system.
1897          */
1898         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone(j, zone, spfn, epfn) {
1899                 if (*epfn <= first_init_pfn)
1900                         continue;
1901                 if (*spfn < first_init_pfn)
1902                         *spfn = first_init_pfn;
1903                 *i = j;
1904                 return true;
1905         }
1906
1907         return false;
1908 }
1909
1910 /*
1911  * Initialize and free pages. We do it in two loops: first we initialize
1912  * struct page, then free to buddy allocator, because while we are
1913  * freeing pages we can access pages that are ahead (computing buddy
1914  * page in __free_one_page()).
1915  *
1916  * In order to try and keep some memory in the cache we have the loop
1917  * broken along max page order boundaries. This way we will not cause
1918  * any issues with the buddy page computation.
1919  */
1920 static unsigned long __init
1921 deferred_init_maxorder(u64 *i, struct zone *zone, unsigned long *start_pfn,
1922                        unsigned long *end_pfn)
1923 {
1924         unsigned long mo_pfn = ALIGN(*start_pfn + 1, MAX_ORDER_NR_PAGES);
1925         unsigned long spfn = *start_pfn, epfn = *end_pfn;
1926         unsigned long nr_pages = 0;
1927         u64 j = *i;
1928
1929         /* First we loop through and initialize the page values */
1930         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone_from(j, zone, start_pfn, end_pfn) {
1931                 unsigned long t;
1932
1933                 if (mo_pfn <= *start_pfn)
1934                         break;
1935
1936                 t = min(mo_pfn, *end_pfn);
1937                 nr_pages += deferred_init_pages(zone, *start_pfn, t);
1938
1939                 if (mo_pfn < *end_pfn) {
1940                         *start_pfn = mo_pfn;
1941                         break;
1942                 }
1943         }
1944
1945         /* Reset values and now loop through freeing pages as needed */
1946         swap(j, *i);
1947
1948         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone_from(j, zone, &spfn, &epfn) {
1949                 unsigned long t;
1950
1951                 if (mo_pfn <= spfn)
1952                         break;
1953
1954                 t = min(mo_pfn, epfn);
1955                 deferred_free_pages(spfn, t);
1956
1957                 if (mo_pfn <= epfn)
1958                         break;
1959         }
1960
1961         return nr_pages;
1962 }
1963
1964 static void __init
1965 deferred_init_memmap_chunk(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn,
1966                            void *arg)
1967 {
1968         unsigned long spfn, epfn;
1969         struct zone *zone = arg;
1970         u64 i;
1971
1972         deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn, start_pfn);
1973
1974         /*
1975          * Initialize and free pages in MAX_ORDER sized increments so that we
1976          * can avoid introducing any issues with the buddy allocator.
1977          */
1978         while (spfn < end_pfn) {
1979                 deferred_init_maxorder(&i, zone, &spfn, &epfn);
1980                 cond_resched();
1981         }
1982 }
1983
1984 /* An arch may override for more concurrency. */
1985 __weak int __init
1986 deferred_page_init_max_threads(const struct cpumask *node_cpumask)
1987 {
1988         return 1;
1989 }
1990
1991 /* Initialise remaining memory on a node */
1992 static int __init deferred_init_memmap(void *data)
1993 {
1994         pg_data_t *pgdat = data;
1995         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
1996         unsigned long spfn = 0, epfn = 0;
1997         unsigned long first_init_pfn, flags;
1998         unsigned long start = jiffies;
1999         struct zone *zone;
2000         int zid, max_threads;
2001         u64 i;
2002
2003         /* Bind memory initialisation thread to a local node if possible */
2004         if (!cpumask_empty(cpumask))
2005                 set_cpus_allowed_ptr(current, cpumask);
2006
2007         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
2008         first_init_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
2009         if (first_init_pfn == ULONG_MAX) {
2010                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2011                 pgdat_init_report_one_done();
2012                 return 0;
2013         }
2014
2015         /* Sanity check boundaries */
2016         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn < pgdat->node_start_pfn);
2017         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn > pgdat_end_pfn(pgdat));
2018         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
2019
2020         /*
2021          * Once we unlock here, the zone cannot be grown anymore, thus if an
2022          * interrupt thread must allocate this early in boot, zone must be
2023          * pre-grown prior to start of deferred page initialization.
2024          */
2025         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2026
2027         /* Only the highest zone is deferred so find it */
2028         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
2029                 zone = pgdat->node_zones + zid;
2030                 if (first_init_pfn < zone_end_pfn(zone))
2031                         break;
2032         }
2033
2034         /* If the zone is empty somebody else may have cleared out the zone */
2035         if (!deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
2036                                                  first_init_pfn))
2037                 goto zone_empty;
2038
2039         max_threads = deferred_page_init_max_threads(cpumask);
2040
2041         while (spfn < epfn) {
2042                 unsigned long epfn_align = ALIGN(epfn, PAGES_PER_SECTION);
2043                 struct padata_mt_job job = {
2044                         .thread_fn   = deferred_init_memmap_chunk,
2045                         .fn_arg      = zone,
2046                         .start       = spfn,
2047                         .size        = epfn_align - spfn,
2048                         .align       = PAGES_PER_SECTION,
2049                         .min_chunk   = PAGES_PER_SECTION,
2050                         .max_threads = max_threads,
2051                 };
2052
2053                 padata_do_multithreaded(&job);
2054                 deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
2055                                                     epfn_align);
2056         }
2057 zone_empty:
2058         /* Sanity check that the next zone really is unpopulated */
2059         WARN_ON(++zid < MAX_NR_ZONES && populated_zone(++zone));
2060
2061         pr_info("node %d deferred pages initialised in %ums\n",
2062                 pgdat->node_id, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
2063
2064         pgdat_init_report_one_done();
2065         return 0;
2066 }
2067
2068 /*
2069  * If this zone has deferred pages, try to grow it by initializing enough
2070  * deferred pages to satisfy the allocation specified by order, rounded up to
2071  * the nearest PAGES_PER_SECTION boundary.  So we're adding memory in increments
2072  * of SECTION_SIZE bytes by initializing struct pages in increments of
2073  * PAGES_PER_SECTION * sizeof(struct page) bytes.
2074  *
2075  * Return true when zone was grown, otherwise return false. We return true even
2076  * when we grow less than requested, to let the caller decide if there are
2077  * enough pages to satisfy the allocation.
2078  *
2079  * Note: We use noinline because this function is needed only during boot, and
2080  * it is called from a __ref function _deferred_grow_zone. This way we are
2081  * making sure that it is not inlined into permanent text section.
2082  */
2083 static noinline bool __init
2084 deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
2085 {
2086         unsigned long nr_pages_needed = ALIGN(1 << order, PAGES_PER_SECTION);
2087         pg_data_t *pgdat = zone->zone_pgdat;
2088         unsigned long first_deferred_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
2089         unsigned long spfn, epfn, flags;
2090         unsigned long nr_pages = 0;
2091         u64 i;
2092
2093         /* Only the last zone may have deferred pages */
2094         if (zone_end_pfn(zone) != pgdat_end_pfn(pgdat))
2095                 return false;
2096
2097         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
2098
2099         /*
2100          * If someone grew this zone while we were waiting for spinlock, return
2101          * true, as there might be enough pages already.
2102          */
2103         if (first_deferred_pfn != pgdat->first_deferred_pfn) {
2104                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2105                 return true;
2106         }
2107
2108         /* If the zone is empty somebody else may have cleared out the zone */
2109         if (!deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
2110                                                  first_deferred_pfn)) {
2111                 pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
2112                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2113                 /* Retry only once. */
2114                 return first_deferred_pfn != ULONG_MAX;
2115         }
2116
2117         /*
2118          * Initialize and free pages in MAX_ORDER sized increments so
2119          * that we can avoid introducing any issues with the buddy
2120          * allocator.
2121          */
2122         while (spfn < epfn) {
2123                 /* update our first deferred PFN for this section */
2124                 first_deferred_pfn = spfn;
2125
2126                 nr_pages += deferred_init_maxorder(&i, zone, &spfn, &epfn);
2127                 touch_nmi_watchdog();
2128
2129                 /* We should only stop along section boundaries */
2130                 if ((first_deferred_pfn ^ spfn) < PAGES_PER_SECTION)
2131                         continue;
2132
2133                 /* If our quota has been met we can stop here */
2134                 if (nr_pages >= nr_pages_needed)
2135                         break;
2136         }
2137
2138         pgdat->first_deferred_pfn = spfn;
2139         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2140
2141         return nr_pages > 0;
2142 }
2143
2144 /*
2145  * deferred_grow_zone() is __init, but it is called from
2146  * get_page_from_freelist() during early boot until deferred_pages permanently
2147  * disables this call. This is why we have refdata wrapper to avoid warning,
2148  * and to ensure that the function body gets unloaded.
2149  */
2150 static bool __ref
2151 _deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
2152 {
2153         return deferred_grow_zone(zone, order);
2154 }
2155
2156 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
2157
2158 void __init page_alloc_init_late(void)
2159 {
2160         struct zone *zone;
2161         int nid;
2162
2163 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
2164
2165         /* There will be num_node_state(N_MEMORY) threads */
2166         atomic_set(&pgdat_init_n_undone, num_node_state(N_MEMORY));
2167         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
2168                 kthread_run(deferred_init_memmap, NODE_DATA(nid), "pgdatinit%d", nid);
2169         }
2170
2171         /* Block until all are initialised */
2172         wait_for_completion(&pgdat_init_all_done_comp);
2173
2174         /*
2175          * We initialized the rest of the deferred pages.  Permanently disable
2176          * on-demand struct page initialization.
2177          */
2178         static_branch_disable(&deferred_pages);
2179
2180         /* Reinit limits that are based on free pages after the kernel is up */
2181         files_maxfiles_init();
2182 #endif
2183
2184         buffer_init();
2185
2186         /* Discard memblock private memory */
2187         memblock_discard();
2188
2189         for_each_node_state(nid, N_MEMORY)
2190                 shuffle_free_memory(NODE_DATA(nid));
2191
2192         for_each_populated_zone(zone)
2193                 set_zone_contiguous(zone);
2194 }
2195
2196 #ifdef CONFIG_CMA
2197 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
2198 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
2199 {
2200         unsigned i = pageblock_nr_pages;
2201         struct page *p = page;
2202
2203         do {
2204                 __ClearPageReserved(p);
2205                 set_page_count(p, 0);
2206         } while (++p, --i);
2207
2208         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
2209
2210         if (pageblock_order >= MAX_ORDER) {
2211                 i = pageblock_nr_pages;
2212                 p = page;
2213                 do {
2214                         set_page_refcounted(p);
2215                         __free_pages(p, MAX_ORDER - 1);
2216                         p += MAX_ORDER_NR_PAGES;
2217                 } while (i -= MAX_ORDER_NR_PAGES);
2218         } else {
2219                 set_page_refcounted(page);
2220                 __free_pages(page, pageblock_order);
2221         }
2222
2223         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
2224         page_zone(page)->cma_pages += pageblock_nr_pages;
2225 }
2226 #endif
2227
2228 /*
2229  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
2230  * Please do not alter this order without good reasons and regression
2231  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
2232  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
2233  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
2234  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
2235  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
2236  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
2237  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
2238  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
2239  *
2240  * -- nyc
2241  */
2242 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
2243         int low, int high, int migratetype)
2244 {
2245         unsigned long size = 1 << high;
2246
2247         while (high > low) {
2248                 high--;
2249                 size >>= 1;
2250                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
2251
2252                 /*
2253                  * Mark as guard pages (or page), that will allow to
2254                  * merge back to allocator when buddy will be freed.
2255                  * Corresponding page table entries will not be touched,
2256                  * pages will stay not present in virtual address space
2257                  */
2258                 if (set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype))
2259                         continue;
2260
2261                 add_to_free_list(&page[size], zone, high, migratetype);
2262                 set_buddy_order(&page[size], high);
2263         }
2264 }
2265
2266 static void check_new_page_bad(struct page *page)
2267 {
2268         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
2269                 /* Don't complain about hwpoisoned pages */
2270                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
2271                 return;
2272         }
2273
2274         bad_page(page,
2275                  page_bad_reason(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP));
2276 }
2277
2278 /*
2279  * This page is about to be returned from the page allocator
2280  */
2281 static inline int check_new_page(struct page *page)
2282 {
2283         if (likely(page_expected_state(page,
2284                                 PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP|__PG_HWPOISON)))
2285                 return 0;
2286
2287         check_new_page_bad(page);
2288         return 1;
2289 }
2290
2291 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
2292 /*
2293  * With DEBUG_VM enabled, order-0 pages are checked for expected state when
2294  * being allocated from pcp lists. With debug_pagealloc also enabled, they are
2295  * also checked when pcp lists are refilled from the free lists.
2296  */
2297 static inline bool check_pcp_refill(struct page *page)
2298 {
2299         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2300                 return check_new_page(page);
2301         else
2302                 return false;
2303 }
2304
2305 static inline bool check_new_pcp(struct page *page)
2306 {
2307         return check_new_page(page);
2308 }
2309 #else
2310 /*
2311  * With DEBUG_VM disabled, free order-0 pages are checked for expected state
2312  * when pcp lists are being refilled from the free lists. With debug_pagealloc
2313  * enabled, they are also checked when being allocated from the pcp lists.
2314  */
2315 static inline bool check_pcp_refill(struct page *page)
2316 {
2317         return check_new_page(page);
2318 }
2319 static inline bool check_new_pcp(struct page *page)
2320 {
2321         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2322                 return check_new_page(page);
2323         else
2324                 return false;
2325 }
2326 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
2327
2328 static bool check_new_pages(struct page *page, unsigned int order)
2329 {
2330         int i;
2331         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
2332                 struct page *p = page + i;
2333
2334                 if (unlikely(check_new_page(p)))
2335                         return true;
2336         }
2337
2338         return false;
2339 }
2340
2341 inline void post_alloc_hook(struct page *page, unsigned int order,
2342                                 gfp_t gfp_flags)
2343 {
2344         bool init;
2345
2346         set_page_private(page, 0);
2347         set_page_refcounted(page);
2348
2349         arch_alloc_page(page, order);
2350         debug_pagealloc_map_pages(page, 1 << order);
2351
2352         /*
2353          * Page unpoisoning must happen before memory initialization.
2354          * Otherwise, the poison pattern will be overwritten for __GFP_ZERO
2355          * allocations and the page unpoisoning code will complain.
2356          */
2357         kernel_unpoison_pages(page, 1 << order);
2358
2359         /*
2360          * As memory initialization might be integrated into KASAN,
2361          * kasan_alloc_pages and kernel_init_free_pages must be
2362          * kept together to avoid discrepancies in behavior.
2363          */
2364         init = !want_init_on_free() && want_init_on_alloc(gfp_flags);
2365         kasan_alloc_pages(page, order, init);
2366         if (init && !kasan_has_integrated_init())
2367                 kernel_init_free_pages(page, 1 << order);
2368
2369         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
2370 }
2371
2372 static void prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
2373                                                         unsigned int alloc_flags)
2374 {
2375         post_alloc_hook(page, order, gfp_flags);
2376
2377         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
2378                 prep_compound_page(page, order);
2379
2380         /*
2381          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
2382          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
2383          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
2384          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
2385          */
2386         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
2387                 set_page_pfmemalloc(page);
2388         else
2389                 clear_page_pfmemalloc(page);
2390 }
2391
2392 /*
2393  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
2394  * the smallest available page from the freelists
2395  */
2396 static __always_inline
2397 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
2398                                                 int migratetype)
2399 {
2400         unsigned int current_order;
2401         struct free_area *area;
2402         struct page *page;
2403
2404         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
2405         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
2406                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2407                 page = get_page_from_free_area(area, migratetype);
2408                 if (!page)
2409                         continue;
2410                 del_page_from_free_list(page, zone, current_order);
2411                 expand(zone, page, order, current_order, migratetype);
2412                 set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2413                 return page;
2414         }
2415
2416         return NULL;
2417 }
2418
2419
2420 /*
2421  * This array describes the order lists are fallen back to when
2422  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
2423  */
2424 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][3] = {
2425         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2426         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_TYPES },
2427         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2428 #ifdef CONFIG_CMA
2429         [MIGRATE_CMA]         = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
2430 #endif
2431 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
2432         [MIGRATE_ISOLATE]     = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
2433 #endif
2434 };
2435
2436 #ifdef CONFIG_CMA
2437 static __always_inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2438                                         unsigned int order)
2439 {
2440         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
2441 }
2442 #else
2443 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2444                                         unsigned int order) { return NULL; }
2445 #endif
2446
2447 /*
2448  * Move the free pages in a range to the freelist tail of the requested type.
2449  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
2450  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
2451  */
2452 static int move_freepages(struct zone *zone,
2453                           unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn,
2454                           int migratetype, int *num_movable)
2455 {
2456         struct page *page;
2457         unsigned long pfn;
2458         unsigned int order;
2459         int pages_moved = 0;
2460
2461         for (pfn = start_pfn; pfn <= end_pfn;) {
2462                 if (!pfn_valid_within(pfn)) {
2463                         pfn++;
2464                         continue;
2465                 }
2466
2467                 page = pfn_to_page(pfn);
2468                 if (!PageBuddy(page)) {
2469                         /*
2470                          * We assume that pages that could be isolated for
2471                          * migration are movable. But we don't actually try
2472                          * isolating, as that would be expensive.
2473                          */
2474                         if (num_movable &&
2475                                         (PageLRU(page) || __PageMovable(page)))
2476                                 (*num_movable)++;
2477                         pfn++;
2478                         continue;
2479                 }
2480
2481                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
2482                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
2483                 VM_BUG_ON_PAGE(page_zone(page) != zone, page);
2484
2485                 order = buddy_order(page);
2486                 move_to_free_list(page, zone, order, migratetype);
2487                 pfn += 1 << order;
2488                 pages_moved += 1 << order;
2489         }
2490
2491         return pages_moved;
2492 }
2493
2494 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
2495                                 int migratetype, int *num_movable)
2496 {
2497         unsigned long start_pfn, end_pfn, pfn;
2498
2499         if (num_movable)
2500                 *num_movable = 0;
2501
2502         pfn = page_to_pfn(page);
2503         start_pfn = pfn & ~(pageblock_nr_pages - 1);
2504         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
2505
2506         /* Do not cross zone boundaries */
2507         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
2508                 start_pfn = pfn;
2509         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
2510                 return 0;
2511
2512         return move_freepages(zone, start_pfn, end_pfn, migratetype,
2513                                                                 num_movable);
2514 }
2515
2516 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
2517                                         int start_order, int migratetype)
2518 {
2519         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
2520
2521         while (nr_pageblocks--) {
2522                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
2523                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
2524         }
2525 }
2526
2527 /*
2528  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
2529  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
2530  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
2531  *
2532  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
2533  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
2534  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
2535  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
2536  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
2537  * pageblocks.
2538  */
2539 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
2540 {
2541         /*
2542          * Leaving this order check is intended, although there is
2543          * relaxed order check in next check. The reason is that
2544          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
2545          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
2546          * so could be changed anytime.
2547          */
2548         if (order >= pageblock_order)
2549                 return true;
2550
2551         if (order >= pageblock_order / 2 ||
2552                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
2553                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
2554                 page_group_by_mobility_disabled)
2555                 return true;
2556
2557         return false;
2558 }
2559
2560 static inline bool boost_watermark(struct zone *zone)
2561 {
2562         unsigned long max_boost;
2563
2564         if (!watermark_boost_factor)
2565                 return false;
2566         /*
2567          * Don't bother in zones that are unlikely to produce results.
2568          * On small machines, including kdump capture kernels running
2569          * in a small area, boosting the watermark can cause an out of
2570          * memory situation immediately.
2571          */
2572         if ((pageblock_nr_pages * 4) > zone_managed_pages(zone))
2573                 return false;
2574
2575         max_boost = mult_frac(zone->_watermark[WMARK_HIGH],
2576                         watermark_boost_factor, 10000);
2577
2578         /*
2579          * high watermark may be uninitialised if fragmentation occurs
2580          * very early in boot so do not boost. We do not fall
2581          * through and boost by pageblock_nr_pages as failing
2582          * allocations that early means that reclaim is not going
2583          * to help and it may even be impossible to reclaim the
2584          * boosted watermark resulting in a hang.
2585          */
2586         if (!max_boost)
2587                 return false;
2588
2589         max_boost = max(pageblock_nr_pages, max_boost);
2590
2591         zone->watermark_boost = min(zone->watermark_boost + pageblock_nr_pages,
2592                 max_boost);
2593
2594         return true;
2595 }
2596
2597 /*
2598  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
2599  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
2600  * pageblock to our migratetype and determine how many already-allocated pages
2601  * are there in the pageblock with a compatible migratetype. If at least half
2602  * of pages are free or compatible, we can change migratetype of the pageblock
2603  * itself, so pages freed in the future will be put on the correct free list.
2604  */
2605 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
2606                 unsigned int alloc_flags, int start_type, bool whole_block)
2607 {
2608         unsigned int current_order = buddy_order(page);
2609         int free_pages, movable_pages, alike_pages;
2610         int old_block_type;
2611
2612         old_block_type = get_pageblock_migratetype(page);
2613
2614         /*
2615          * This can happen due to races and we want to prevent broken
2616          * highatomic accounting.
2617          */
2618         if (is_migrate_highatomic(old_block_type))
2619                 goto single_page;
2620
2621         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
2622         if (current_order >= pageblock_order) {
2623                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
2624                 goto single_page;
2625         }
2626
2627         /*
2628          * Boost watermarks to increase reclaim pressure to reduce the
2629          * likelihood of future fallbacks. Wake kswapd now as the node
2630          * may be balanced overall and kswapd will not wake naturally.
2631          */
2632         if (boost_watermark(zone) && (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD))
2633                 set_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
2634
2635         /* We are not allowed to try stealing from the whole block */
2636         if (!whole_block)
2637                 goto single_page;
2638
2639         free_pages = move_freepages_block(zone, page, start_type,
2640                                                 &movable_pages);
2641         /*
2642          * Determine how many pages are compatible with our allocation.
2643          * For movable allocation, it's the number of movable pages which
2644          * we just obtained. For other types it's a bit more tricky.
2645          */
2646         if (start_type == MIGRATE_MOVABLE) {
2647                 alike_pages = movable_pages;
2648         } else {
2649                 /*
2650                  * If we are falling back a RECLAIMABLE or UNMOVABLE allocation
2651                  * to MOVABLE pageblock, consider all non-movable pages as
2652                  * compatible. If it's UNMOVABLE falling back to RECLAIMABLE or
2653                  * vice versa, be conservative since we can't distinguish the
2654                  * exact migratetype of non-movable pages.
2655                  */
2656                 if (old_block_type == MIGRATE_MOVABLE)
2657                         alike_pages = pageblock_nr_pages
2658                                                 - (free_pages + movable_pages);
2659                 else
2660                         alike_pages = 0;
2661         }
2662
2663         /* moving whole block can fail due to zone boundary conditions */
2664         if (!free_pages)
2665                 goto single_page;
2666
2667         /*
2668          * If a sufficient number of pages in the block are either free or of
2669          * comparable migratability as our allocation, claim the whole block.
2670          */
2671         if (free_pages + alike_pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
2672                         page_group_by_mobility_disabled)
2673                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
2674
2675         return;
2676
2677 single_page:
2678         move_to_free_list(page, zone, current_order, start_type);
2679 }
2680
2681 /*
2682  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
2683  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
2684  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
2685  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
2686  */
2687 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
2688                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
2689 {
2690         int i;
2691         int fallback_mt;
2692
2693         if (area->nr_free == 0)
2694                 return -1;
2695
2696         *can_steal = false;
2697         for (i = 0;; i++) {
2698                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
2699                 if (fallback_mt == MIGRATE_TYPES)
2700                         break;
2701
2702                 if (free_area_empty(area, fallback_mt))
2703                         continue;
2704
2705                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
2706                         *can_steal = true;
2707
2708                 if (!only_stealable)
2709                         return fallback_mt;
2710
2711                 if (*can_steal)
2712                         return fallback_mt;
2713         }
2714
2715         return -1;
2716 }
2717
2718 /*
2719  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
2720  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
2721  */
2722 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone,
2723                                 unsigned int alloc_order)
2724 {
2725         int mt;
2726         unsigned long max_managed, flags;
2727
2728         /*
2729          * Limit the number reserved to 1 pageblock or roughly 1% of a zone.
2730          * Check is race-prone but harmless.
2731          */
2732         max_managed = (zone_managed_pages(zone) / 100) + pageblock_nr_pages;
2733         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2734                 return;
2735
2736         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2737
2738         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
2739         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2740                 goto out_unlock;
2741
2742         /* Yoink! */
2743         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2744         if (!is_migrate_highatomic(mt) && !is_migrate_isolate(mt)
2745             && !is_migrate_cma(mt)) {
2746                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
2747                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2748                 move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_HIGHATOMIC, NULL);
2749         }
2750
2751 out_unlock:
2752         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2753 }
2754
2755 /*
2756  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
2757  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
2758  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
2759  * to recover from than an OOM.
2760  *
2761  * If @force is true, try to unreserve a pageblock even though highatomic
2762  * pageblock is exhausted.
2763  */
2764 static bool unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac,
2765                                                 bool force)
2766 {
2767         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2768         unsigned long flags;
2769         struct zoneref *z;
2770         struct zone *zone;
2771         struct page *page;
2772         int order;
2773         bool ret;
2774
2775         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->highest_zoneidx,
2776                                                                 ac->nodemask) {
2777                 /*
2778                  * Preserve at least one pageblock unless memory pressure
2779                  * is really high.
2780                  */
2781                 if (!force && zone->nr_reserved_highatomic <=
2782                                         pageblock_nr_pages)
2783                         continue;
2784
2785                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2786                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
2787                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
2788
2789                         page = get_page_from_free_area(area, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2790                         if (!page)
2791                                 continue;
2792
2793                         /*
2794                          * In page freeing path, migratetype change is racy so
2795                          * we can counter several free pages in a pageblock
2796                          * in this loop although we changed the pageblock type
2797                          * from highatomic to ac->migratetype. So we should
2798                          * adjust the count once.
2799                          */
2800                         if (is_migrate_highatomic_page(page)) {
2801                                 /*
2802                                  * It should never happen but changes to
2803                                  * locking could inadvertently allow a per-cpu
2804                                  * drain to add pages to MIGRATE_HIGHATOMIC
2805                                  * while unreserving so be safe and watch for
2806                                  * underflows.
2807                                  */
2808                                 zone->nr_reserved_highatomic -= min(
2809                                                 pageblock_nr_pages,
2810                                                 zone->nr_reserved_highatomic);
2811                         }
2812
2813                         /*
2814                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
2815                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
2816                          * is doing the work and needs the pages. More
2817                          * importantly, if the block was always converted to
2818                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
2819                          * of pageblocks that cannot be completely freed
2820                          * may increase.
2821                          */
2822                         set_pageblock_migratetype(page, ac->migratetype);
2823                         ret = move_freepages_block(zone, page, ac->migratetype,
2824                                                                         NULL);
2825                         if (ret) {
2826                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2827                                 return ret;
2828                         }
2829                 }
2830                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2831         }
2832
2833         return false;
2834 }
2835
2836 /*
2837  * Try finding a free buddy page on the fallback list and put it on the free
2838  * list of requested migratetype, possibly along with other pages from the same
2839  * block, depending on fragmentation avoidance heuristics. Returns true if
2840  * fallback was found so that __rmqueue_smallest() can grab it.
2841  *
2842  * The use of signed ints for order and current_order is a deliberate
2843  * deviation from the rest of this file, to make the for loop
2844  * condition simpler.
2845  */
2846 static __always_inline bool
2847 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, int order, int start_migratetype,
2848                                                 unsigned int alloc_flags)
2849 {
2850         struct free_area *area;
2851         int current_order;
2852         int min_order = order;
2853         struct page *page;
2854         int fallback_mt;
2855         bool can_steal;
2856
2857         /*
2858          * Do not steal pages from freelists belonging to other pageblocks
2859          * i.e. orders < pageblock_order. If there are no local zones free,
2860          * the zonelists will be reiterated without ALLOC_NOFRAGMENT.
2861          */
2862         if (alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT)
2863                 min_order = pageblock_order;
2864
2865         /*
2866          * Find the largest available free page in the other list. This roughly
2867          * approximates finding the pageblock with the most free pages, which
2868          * would be too costly to do exactly.
2869          */
2870         for (current_order = MAX_ORDER - 1; current_order >= min_order;
2871                                 --current_order) {
2872                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2873                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2874                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2875                 if (fallback_mt == -1)
2876                         continue;
2877
2878                 /*
2879                  * We cannot steal all free pages from the pageblock and the
2880                  * requested migratetype is movable. In that case it's better to
2881                  * steal and split the smallest available page instead of the
2882                  * largest available page, because even if the next movable
2883                  * allocation falls back into a different pageblock than this
2884                  * one, it won't cause permanent fragmentation.
2885                  */
2886                 if (!can_steal && start_migratetype == MIGRATE_MOVABLE
2887                                         && current_order > order)
2888                         goto find_smallest;
2889
2890                 goto do_steal;
2891         }
2892
2893         return false;
2894
2895 find_smallest:
2896         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER;
2897                                                         current_order++) {
2898                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2899                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2900                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2901                 if (fallback_mt != -1)
2902                         break;
2903         }
2904
2905         /*
2906          * This should not happen - we already found a suitable fallback
2907          * when looking for the largest page.
2908          */
2909         VM_BUG_ON(current_order == MAX_ORDER);
2910
2911 do_steal:
2912         page = get_page_from_free_area(area, fallback_mt);
2913
2914         steal_suitable_fallback(zone, page, alloc_flags, start_migratetype,
2915                                                                 can_steal);
2916
2917         trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
2918                 start_migratetype, fallback_mt);
2919
2920         return true;
2921
2922 }
2923
2924 /*
2925  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
2926  * Call me with the zone->lock already held.
2927  */
2928 static __always_inline struct page *
2929 __rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order, int migratetype,
2930                                                 unsigned int alloc_flags)
2931 {
2932         struct page *page;
2933
2934         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA)) {
2935                 /*
2936                  * Balance movable allocations between regular and CMA areas by
2937                  * allocating from CMA when over half of the zone's free memory
2938                  * is in the CMA area.
2939                  */
2940                 if (alloc_flags & ALLOC_CMA &&
2941                     zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES) >
2942                     zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES) / 2) {
2943                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2944                         if (page)
2945                                 goto out;
2946                 }
2947         }
2948 retry:
2949         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
2950         if (unlikely(!page)) {
2951                 if (alloc_flags & ALLOC_CMA)
2952                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2953
2954                 if (!page && __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype,
2955                                                                 alloc_flags))
2956                         goto retry;
2957         }
2958 out:
2959         if (page)
2960                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
2961         return page;
2962 }
2963
2964 /*
2965  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
2966  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
2967  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
2968  */
2969 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
2970                         unsigned long count, struct list_head *list,
2971                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
2972 {
2973         int i, allocated = 0;
2974
2975         /*
2976          * local_lock_irq held so equivalent to spin_lock_irqsave for
2977          * both PREEMPT_RT and non-PREEMPT_RT configurations.
2978          */
2979         spin_lock(&zone->lock);
2980         for (i = 0; i < count; ++i) {
2981                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype,
2982                                                                 alloc_flags);
2983                 if (unlikely(page == NULL))
2984                         break;
2985
2986                 if (unlikely(check_pcp_refill(page)))
2987                         continue;
2988
2989                 /*
2990                  * Split buddy pages returned by expand() are received here in
2991                  * physical page order. The page is added to the tail of
2992                  * caller's list. From the callers perspective, the linked list
2993                  * is ordered by page number under some conditions. This is
2994                  * useful for IO devices that can forward direction from the
2995                  * head, thus also in the physical page order. This is useful
2996                  * for IO devices that can merge IO requests if the physical
2997                  * pages are ordered properly.
2998                  */
2999                 list_add_tail(&page->lru, list);
3000                 allocated++;
3001                 if (is_migrate_cma(get_pcppage_migratetype(page)))
3002                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
3003                                               -(1 << order));
3004         }
3005
3006         /*
3007          * i pages were removed from the buddy list even if some leak due
3008          * to check_pcp_refill failing so adjust NR_FREE_PAGES based
3009          * on i. Do not confuse with 'allocated' which is the number of
3010          * pages added to the pcp list.
3011          */
3012         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
3013         spin_unlock(&zone->lock);
3014         return allocated;
3015 }
3016
3017 #ifdef CONFIG_NUMA
3018 /*
3019  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
3020  * currently executing processor on remote nodes after they have
3021  * expired.
3022  *
3023  * Note that this function must be called with the thread pinned to
3024  * a single processor.
3025  */
3026 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
3027 {
3028         unsigned long flags;
3029         int to_drain, batch;
3030
3031         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3032         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
3033         to_drain = min(pcp->count, batch);
3034         if (to_drain > 0)
3035                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp);
3036         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3037 }
3038 #endif
3039
3040 /*
3041  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
3042  *
3043  * The processor must either be the current processor and the
3044  * thread pinned to the current processor or a processor that
3045  * is not online.
3046  */
3047 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
3048 {
3049         unsigned long flags;
3050         struct per_cpu_pages *pcp;
3051
3052         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3053
3054         pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
3055         if (pcp->count)
3056                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp);
3057
3058         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3059 }
3060
3061 /*
3062  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
3063  *
3064  * The processor must either be the current processor and the
3065  * thread pinned to the current processor or a processor that
3066  * is not online.
3067  */
3068 static void drain_pages(unsigned int cpu)
3069 {
3070         struct zone *zone;
3071
3072         for_each_populated_zone(zone) {
3073                 drain_pages_zone(cpu, zone);
3074         }
3075 }
3076
3077 /*
3078  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
3079  *
3080  * The CPU has to be pinned. When zone parameter is non-NULL, spill just
3081  * the single zone's pages.
3082  */
3083 void drain_local_pages(struct zone *zone)
3084 {
3085         int cpu = smp_processor_id();
3086
3087         if (zone)
3088                 drain_pages_zone(cpu, zone);
3089         else
3090                 drain_pages(cpu);
3091 }
3092
3093 static void drain_local_pages_wq(struct work_struct *work)
3094 {
3095         struct pcpu_drain *drain;
3096
3097         drain = container_of(work, struct pcpu_drain, work);
3098
3099         /*
3100          * drain_all_pages doesn't use proper cpu hotplug protection so
3101          * we can race with cpu offline when the WQ can move this from
3102          * a cpu pinned worker to an unbound one. We can operate on a different
3103          * cpu which is alright but we also have to make sure to not move to
3104          * a different one.
3105          */
3106         preempt_disable();
3107         drain_local_pages(drain->zone);
3108         preempt_enable();
3109 }
3110
3111 /*
3112  * The implementation of drain_all_pages(), exposing an extra parameter to
3113  * drain on all cpus.
3114  *
3115  * drain_all_pages() is optimized to only execute on cpus where pcplists are
3116  * not empty. The check for non-emptiness can however race with a free to
3117  * pcplist that has not yet increased the pcp->count from 0 to 1. Callers
3118  * that need the guarantee that every CPU has drained can disable the
3119  * optimizing racy check.
3120  */
3121 static void __drain_all_pages(struct zone *zone, bool force_all_cpus)
3122 {
3123         int cpu;
3124
3125         /*
3126          * Allocate in the BSS so we wont require allocation in
3127          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
3128          */
3129         static cpumask_t cpus_with_pcps;
3130
3131         /*
3132          * Make sure nobody triggers this path before mm_percpu_wq is fully
3133          * initialized.
3134          */
3135         if (WARN_ON_ONCE(!mm_percpu_wq))
3136                 return;
3137
3138         /*
3139          * Do not drain if one is already in progress unless it's specific to
3140          * a zone. Such callers are primarily CMA and memory hotplug and need
3141          * the drain to be complete when the call returns.
3142          */
3143         if (unlikely(!mutex_trylock(&pcpu_drain_mutex))) {
3144                 if (!zone)
3145                         return;
3146                 mutex_lock(&pcpu_drain_mutex);
3147         }
3148
3149         /*
3150          * We don't care about racing with CPU hotplug event
3151          * as offline notification will cause the notified
3152          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
3153          * disables preemption as part of its processing
3154          */
3155         for_each_online_cpu(cpu) {
3156                 struct per_cpu_pages *pcp;
3157                 struct zone *z;
3158                 bool has_pcps = false;
3159
3160                 if (force_all_cpus) {
3161                         /*
3162                          * The pcp.count check is racy, some callers need a
3163                          * guarantee that no cpu is missed.
3164                          */
3165                         has_pcps = true;
3166                 } else if (zone) {
3167                         pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
3168                         if (pcp->count)
3169                                 has_pcps = true;
3170                 } else {
3171                         for_each_populated_zone(z) {
3172                                 pcp = per_cpu_ptr(z->per_cpu_pageset, cpu);
3173                                 if (pcp->count) {
3174                                         has_pcps = true;
3175                                         break;
3176                                 }
3177                         }
3178                 }
3179
3180                 if (has_pcps)
3181                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
3182                 else
3183                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
3184         }
3185
3186         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps) {
3187                 struct pcpu_drain *drain = per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu);
3188
3189                 drain->zone = zone;
3190                 INIT_WORK(&drain->work, drain_local_pages_wq);
3191                 queue_work_on(cpu, mm_percpu_wq, &drain->work);
3192         }
3193         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps)
3194                 flush_work(&per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu)->work);
3195
3196         mutex_unlock(&pcpu_drain_mutex);
3197 }
3198
3199 /*
3200  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
3201  *
3202  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
3203  *
3204  * Note that this can be extremely slow as the draining happens in a workqueue.
3205  */
3206 void drain_all_pages(struct zone *zone)
3207 {
3208         __drain_all_pages(zone, false);
3209 }
3210
3211 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
3212
3213 /*
3214  * Touch the watchdog for every WD_PAGE_COUNT pages.
3215  */
3216 #define WD_PAGE_COUNT   (128*1024)
3217
3218 void mark_free_pages(struct zone *zone)
3219 {
3220         unsigned long pfn, max_zone_pfn, page_count = WD_PAGE_COUNT;
3221         unsigned long flags;
3222         unsigned int order, t;
3223         struct page *page;
3224
3225         if (zone_is_empty(zone))
3226                 return;
3227
3228         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3229
3230         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
3231         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
3232                 if (pfn_valid(pfn)) {
3233                         page = pfn_to_page(pfn);
3234
3235                         if (!--page_count) {
3236                                 touch_nmi_watchdog();
3237                                 page_count = WD_PAGE_COUNT;
3238                         }
3239
3240                         if (page_zone(page) != zone)
3241                                 continue;
3242
3243                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
3244                                 swsusp_unset_page_free(page);
3245                 }
3246
3247         for_each_migratetype_order(order, t) {
3248                 list_for_each_entry(page,
3249                                 &zone->free_area[order].free_list[t], lru) {
3250                         unsigned long i;
3251
3252                         pfn = page_to_pfn(page);
3253                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++) {
3254                                 if (!--page_count) {
3255                                         touch_nmi_watchdog();
3256                                         page_count = WD_PAGE_COUNT;
3257                                 }
3258                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
3259                         }
3260                 }
3261         }
3262         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3263 }
3264 #endif /* CONFIG_PM */
3265
3266 static bool free_unref_page_prepare(struct page *page, unsigned long pfn)
3267 {
3268         int migratetype;
3269
3270         if (!free_pcp_prepare(page))
3271                 return false;
3272
3273         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
3274         set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
3275         return true;
3276 }
3277
3278 static int nr_pcp_free(struct per_cpu_pages *pcp, int high, int batch)
3279 {
3280         int min_nr_free, max_nr_free;
3281
3282         /* Check for PCP disabled or boot pageset */
3283         if (unlikely(high < batch))
3284                 return 1;
3285
3286         /* Leave at least pcp->batch pages on the list */
3287         min_nr_free = batch;
3288         max_nr_free = high - batch;
3289
3290         /*
3291          * Double the number of pages freed each time there is subsequent
3292          * freeing of pages without any allocation.
3293          */
3294         batch <<= pcp->free_factor;
3295         if (batch < max_nr_free)
3296                 pcp->free_factor++;
3297         batch = clamp(batch, min_nr_free, max_nr_free);
3298
3299         return batch;
3300 }
3301
3302 static int nr_pcp_high(struct per_cpu_pages *pcp, struct zone *zone)
3303 {
3304         int high = READ_ONCE(pcp->high);
3305
3306         if (unlikely(!high))
3307                 return 0;
3308
3309         if (!test_bit(ZONE_RECLAIM_ACTIVE, &zone->flags))
3310                 return high;
3311
3312         /*
3313          * If reclaim is active, limit the number of pages that can be
3314          * stored on pcp lists
3315          */
3316         return min(READ_ONCE(pcp->batch) << 2, high);
3317 }
3318
3319 static void free_unref_page_commit(struct page *page, unsigned long pfn,
3320                                    int migratetype)
3321 {
3322         struct zone *zone = page_zone(page);
3323         struct per_cpu_pages *pcp;
3324         int high;
3325
3326         __count_vm_event(PGFREE);
3327         pcp = this_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset);
3328         list_add(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
3329         pcp->count++;
3330         high = nr_pcp_high(pcp, zone);
3331         if (pcp->count >= high) {
3332                 int batch = READ_ONCE(pcp->batch);
3333
3334                 free_pcppages_bulk(zone, nr_pcp_free(pcp, high, batch), pcp);
3335         }
3336 }
3337
3338 /*
3339  * Free a 0-order page
3340  */
3341 void free_unref_page(struct page *page)
3342 {
3343         unsigned long flags;
3344         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
3345         int migratetype;
3346
3347         if (!free_unref_page_prepare(page, pfn))
3348                 return;
3349
3350         /*
3351          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
3352          * Place ISOLATE pages on the isolated list because they are being
3353          * offlined but treat HIGHATOMIC as movable pages so we can get those
3354          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
3355          * excessively into the page allocator
3356          */
3357         migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
3358         if (unlikely(migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES)) {
3359                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
3360                         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, 0, migratetype, FPI_NONE);
3361                         return;
3362                 }
3363                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
3364         }
3365
3366         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3367         free_unref_page_commit(page, pfn, migratetype);
3368         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3369 }
3370
3371 /*
3372  * Free a list of 0-order pages
3373  */
3374 void free_unref_page_list(struct list_head *list)
3375 {
3376         struct page *page, *next;
3377         unsigned long flags, pfn;
3378         int batch_count = 0;
3379         int migratetype;
3380
3381         /* Prepare pages for freeing */
3382         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
3383                 pfn = page_to_pfn(page);
3384                 if (!free_unref_page_prepare(page, pfn))
3385                         list_del(&page->lru);
3386
3387                 /*
3388                  * Free isolated pages directly to the allocator, see
3389                  * comment in free_unref_page.
3390                  */
3391                 migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
3392                 if (unlikely(migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES)) {
3393                         if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
3394                                 list_del(&page->lru);
3395                                 free_one_page(page_zone(page), page, pfn, 0,
3396                                                         migratetype, FPI_NONE);
3397                                 continue;
3398                         }
3399
3400                         /*
3401                          * Non-isolated types over MIGRATE_PCPTYPES get added
3402                          * to the MIGRATE_MOVABLE pcp list.
3403                          */
3404                         set_pcppage_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
3405                 }
3406
3407                 set_page_private(page, pfn);
3408         }
3409
3410         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3411         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
3412                 pfn = page_private(page);
3413                 set_page_private(page, 0);
3414                 migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
3415                 trace_mm_page_free_batched(page);
3416                 free_unref_page_commit(page, pfn, migratetype);
3417
3418                 /*
3419                  * Guard against excessive IRQ disabled times when we get
3420                  * a large list of pages to free.
3421                  */
3422                 if (++batch_count == SWAP_CLUSTER_MAX) {
3423                         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3424                         batch_count = 0;
3425                         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3426                 }
3427         }
3428         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3429 }
3430
3431 /*
3432  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
3433  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
3434  * Each sub-page must be freed individually.
3435  *
3436  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
3437  * Please consult with lkml before using this in your driver.
3438  */
3439 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
3440 {
3441         int i;
3442
3443         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
3444         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
3445
3446         for (i = 1; i < (1 << order); i++)
3447                 set_page_refcounted(page + i);
3448         split_page_owner(page, 1 << order);
3449         split_page_memcg(page, 1 << order);
3450 }
3451 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
3452
3453 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
3454 {
3455         unsigned long watermark;
3456         struct zone *zone;
3457         int mt;
3458
3459         BUG_ON(!PageBuddy(page));
3460
3461         zone = page_zone(page);
3462         mt = get_pageblock_migratetype(page);
3463
3464         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
3465                 /*
3466                  * Obey watermarks as if the page was being allocated. We can
3467                  * emulate a high-order watermark check with a raised order-0
3468                  * watermark, because we already know our high-order page
3469                  * exists.
3470                  */
3471                 watermark = zone->_watermark[WMARK_MIN] + (1UL << order);
3472                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, ALLOC_CMA))
3473                         return 0;
3474
3475                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
3476         }
3477
3478         /* Remove page from free list */
3479
3480         del_page_from_free_list(page, zone, order);
3481
3482         /*
3483          * Set the pageblock if the isolated page is at least half of a
3484          * pageblock
3485          */
3486         if (order >= pageblock_order - 1) {
3487                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
3488                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
3489                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
3490                         if (!is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt)
3491                             && !is_migrate_highatomic(mt))
3492                                 set_pageblock_migratetype(page,
3493                                                           MIGRATE_MOVABLE);
3494                 }
3495         }
3496
3497
3498         return 1UL << order;
3499 }
3500
3501 /**
3502  * __putback_isolated_page - Return a now-isolated page back where we got it
3503  * @page: Page that was isolated
3504  * @order: Order of the isolated page
3505  * @mt: The page's pageblock's migratetype
3506  *
3507  * This function is meant to return a page pulled from the free lists via
3508  * __isolate_free_page back to the free lists they were pulled from.
3509  */
3510 void __putback_isolated_page(struct page *page, unsigned int order, int mt)
3511 {
3512         struct zone *zone = page_zone(page);
3513
3514         /* zone lock should be held when this function is called */
3515         lockdep_assert_held(&zone->lock);
3516
3517         /* Return isolated page to tail of freelist. */
3518         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, order, mt,
3519                         FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY | FPI_TO_TAIL);
3520 }
3521
3522 /*
3523  * Update NUMA hit/miss statistics
3524  *
3525  * Must be called with interrupts disabled.
3526  */
3527 static inline void zone_statistics(struct zone *preferred_zone, struct zone *z,
3528                                    long nr_account)
3529 {
3530 #ifdef CONFIG_NUMA
3531         enum numa_stat_item local_stat = NUMA_LOCAL;
3532
3533         /* skip numa counters update if numa stats is disabled */
3534         if (!static_branch_likely(&vm_numa_stat_key))
3535                 return;
3536
3537         if (zone_to_nid(z) != numa_node_id())
3538                 local_stat = NUMA_OTHER;
3539
3540         if (zone_to_nid(z) == zone_to_nid(preferred_zone))
3541                 __count_numa_events(z, NUMA_HIT, nr_account);
3542         else {
3543                 __count_numa_events(z, NUMA_MISS, nr_account);
3544                 __count_numa_events(preferred_zone, NUMA_FOREIGN, nr_account);
3545         }
3546         __count_numa_events(z, local_stat, nr_account);
3547 #endif
3548 }
3549
3550 /* Remove page from the per-cpu list, caller must protect the list */
3551 static inline
3552 struct page *__rmqueue_pcplist(struct zone *zone, int migratetype,
3553                         unsigned int alloc_flags,
3554                         struct per_cpu_pages *pcp,
3555                         struct list_head *list)
3556 {
3557         struct page *page;
3558
3559         do {
3560                 if (list_empty(list)) {
3561                         pcp->count += rmqueue_bulk(zone, 0,
3562                                         READ_ONCE(pcp->batch), list,
3563                                         migratetype, alloc_flags);
3564                         if (unlikely(list_empty(list)))
3565                                 return NULL;
3566                 }
3567
3568                 page = list_first_entry(list, struct page, lru);
3569                 list_del(&page->lru);
3570                 pcp->count--;
3571         } while (check_new_pcp(page));
3572
3573         return page;
3574 }
3575
3576 /* Lock and remove page from the per-cpu list */
3577 static struct page *rmqueue_pcplist(struct zone *preferred_zone,
3578                         struct zone *zone, gfp_t gfp_flags,
3579                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
3580 {
3581         struct per_cpu_pages *pcp;
3582         struct list_head *list;
3583         struct page *page;
3584         unsigned long flags;
3585
3586         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3587
3588         /*
3589          * On allocation, reduce the number of pages that are batch freed.
3590          * See nr_pcp_free() where free_factor is increased for subsequent
3591          * frees.
3592          */
3593         pcp = this_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset);
3594         pcp->free_factor >>= 1;
3595         list = &pcp->lists[migratetype];
3596         page = __rmqueue_pcplist(zone,  migratetype, alloc_flags, pcp, list);
3597         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3598         if (page) {
3599                 __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1);
3600                 zone_statistics(preferred_zone, zone, 1);
3601         }
3602         return page;
3603 }
3604
3605 /*
3606  * Allocate a page from the given zone. Use pcplists for order-0 allocations.
3607  */
3608 static inline
3609 struct page *rmqueue(struct zone *preferred_zone,
3610                         struct zone *zone, unsigned int order,
3611                         gfp_t gfp_flags, unsigned int alloc_flags,
3612                         int migratetype)
3613 {
3614         unsigned long flags;
3615         struct page *page;
3616
3617         if (likely(order == 0)) {
3618                 /*
3619                  * MIGRATE_MOVABLE pcplist could have the pages on CMA area and
3620                  * we need to skip it when CMA area isn't allowed.
3621                  */
3622                 if (!IS_ENABLED(CONFIG_CMA) || alloc_flags & ALLOC_CMA ||
3623                                 migratetype != MIGRATE_MOVABLE) {
3624                         page = rmqueue_pcplist(preferred_zone, zone, gfp_flags,
3625                                         migratetype, alloc_flags);
3626                         goto out;
3627                 }
3628         }
3629
3630         /*
3631          * We most definitely don't want callers attempting to
3632          * allocate greater than order-1 page units with __GFP_NOFAIL.
3633          */
3634         WARN_ON_ONCE((gfp_flags & __GFP_NOFAIL) && (order > 1));
3635         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3636
3637         do {
3638                 page = NULL;
3639                 /*
3640                  * order-0 request can reach here when the pcplist is skipped
3641                  * due to non-CMA allocation context. HIGHATOMIC area is
3642                  * reserved for high-order atomic allocation, so order-0
3643                  * request should skip it.
3644                  */
3645                 if (order > 0 && alloc_flags & ALLOC_HARDER) {
3646                         page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
3647                         if (page)
3648                                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
3649                 }
3650                 if (!page)
3651                         page = __rmqueue(zone, order, migratetype, alloc_flags);
3652         } while (page && check_new_pages(page, order));
3653         if (!page)
3654                 goto failed;
3655
3656         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
3657                                   get_pcppage_migratetype(page));
3658         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3659
3660         __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
3661         zone_statistics(preferred_zone, zone, 1);
3662
3663 out:
3664         /* Separate test+clear to avoid unnecessary atomics */
3665         if (test_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags)) {
3666                 clear_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
3667                 wakeup_kswapd(zone, 0, 0, zone_idx(zone));
3668         }
3669
3670         VM_BUG_ON_PAGE(page && bad_range(zone, page), page);
3671         return page;
3672
3673 failed:
3674         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3675         return NULL;
3676 }
3677
3678 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
3679
3680 static struct {
3681         struct fault_attr attr;
3682
3683         bool ignore_gfp_highmem;
3684         bool ignore_gfp_reclaim;
3685         u32 min_order;
3686 } fail_page_alloc = {
3687         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
3688         .ignore_gfp_reclaim = true,
3689         .ignore_gfp_highmem = true,
3690         .min_order = 1,
3691 };
3692
3693 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
3694 {
3695         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
3696 }
3697 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
3698
3699 static bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3700 {
3701         if (order < fail_page_alloc.min_order)
3702                 return false;
3703         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3704                 return false;
3705         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
3706                 return false;
3707         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim &&
3708                         (gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3709                 return false;
3710
3711         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
3712 }
3713
3714 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
3715
3716 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
3717 {
3718         umode_t mode = S_IFREG | 0600;
3719         struct dentry *dir;
3720
3721         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
3722                                         &fail_page_alloc.attr);
3723
3724         debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
3725                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim);
3726         debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
3727                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem);
3728         debugfs_create_u32("min-order", mode, dir, &fail_page_alloc.min_order);
3729
3730         return 0;
3731 }
3732
3733 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
3734
3735 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
3736
3737 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3738
3739 static inline bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3740 {
3741         return false;
3742 }
3743
3744 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3745
3746 noinline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3747 {
3748         return __should_fail_alloc_page(gfp_mask, order);
3749 }
3750 ALLOW_ERROR_INJECTION(should_fail_alloc_page, TRUE);
3751
3752 static inline long __zone_watermark_unusable_free(struct zone *z,
3753                                 unsigned int order, unsigned int alloc_flags)
3754 {
3755         const bool alloc_harder = (alloc_flags & (ALLOC_HARDER|ALLOC_OOM));
3756         long unusable_free = (1 << order) - 1;
3757
3758         /*
3759          * If the caller does not have rights to ALLOC_HARDER then subtract
3760          * the high-atomic reserves. This will over-estimate the size of the
3761          * atomic reserve but it avoids a search.
3762          */
3763         if (likely(!alloc_harder))
3764                 unusable_free += z->nr_reserved_highatomic;
3765
3766 #ifdef CONFIG_CMA
3767         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
3768         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
3769                 unusable_free += zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
3770 #endif
3771
3772         return unusable_free;
3773 }
3774
3775 /*
3776  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
3777  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
3778  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
3779  * to check in the allocation paths if no pages are free.
3780  */
3781 bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3782                          int highest_zoneidx, unsigned int alloc_flags,
3783                          long free_pages)
3784 {
3785         long min = mark;
3786         int o;
3787         const bool alloc_harder = (alloc_flags & (ALLOC_HARDER|ALLOC_OOM));
3788
3789         /* free_pages may go negative - that's OK */
3790         free_pages -= __zone_watermark_unusable_free(z, order, alloc_flags);
3791
3792         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
3793                 min -= min / 2;
3794
3795         if (unlikely(alloc_harder)) {
3796                 /*
3797                  * OOM victims can try even harder than normal ALLOC_HARDER
3798                  * users on the grounds that it's definitely going to be in
3799                  * the exit path shortly and free memory. Any allocation it
3800                  * makes during the free path will be small and short-lived.
3801                  */
3802                 if (alloc_flags & ALLOC_OOM)
3803                         min -= min / 2;
3804                 else
3805                         min -= min / 4;
3806         }
3807
3808         /*
3809          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
3810          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
3811          * even if a suitable page happened to be free.
3812          */
3813         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[highest_zoneidx])
3814                 return false;
3815
3816         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
3817         if (!order)
3818                 return true;
3819
3820         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
3821         for (o = order; o < MAX_ORDER; o++) {
3822                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
3823                 int mt;
3824
3825                 if (!area->nr_free)
3826                         continue;
3827
3828                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
3829                         if (!free_area_empty(area, mt))
3830                                 return true;
3831                 }
3832
3833 #ifdef CONFIG_CMA
3834                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
3835                     !free_area_empty(area, MIGRATE_CMA)) {
3836                         return true;
3837                 }
3838 #endif
3839                 if (alloc_harder && !free_area_empty(area, MIGRATE_HIGHATOMIC))
3840                         return true;
3841         }
3842         return false;
3843 }
3844
3845 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3846                       int highest_zoneidx, unsigned int alloc_flags)
3847 {
3848         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, alloc_flags,
3849                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
3850 }
3851
3852 static inline bool zone_watermark_fast(struct zone *z, unsigned int order,
3853                                 unsigned long mark, int highest_zoneidx,
3854                                 unsigned int alloc_flags, gfp_t gfp_mask)
3855 {
3856         long free_pages;
3857
3858         free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3859
3860         /*
3861          * Fast check for order-0 only. If this fails then the reserves
3862          * need to be calculated.
3863          */
3864         if (!order) {
3865                 long fast_free;
3866
3867                 fast_free = free_pages;
3868                 fast_free -= __zone_watermark_unusable_free(z, 0, alloc_flags);
3869                 if (fast_free > mark + z->lowmem_reserve[highest_zoneidx])
3870                         return true;
3871         }
3872
3873         if (__zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, alloc_flags,
3874                                         free_pages))
3875                 return true;
3876         /*
3877          * Ignore watermark boosting for GFP_ATOMIC order-0 allocations
3878          * when checking the min watermark. The min watermark is the
3879          * point where boosting is ignored so that kswapd is woken up
3880          * when below the low watermark.
3881          */
3882         if (unlikely(!order && (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) && z->watermark_boost
3883                 && ((alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK) == WMARK_MIN))) {
3884                 mark = z->_watermark[WMARK_MIN];
3885                 return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx,
3886                                         alloc_flags, free_pages);
3887         }
3888
3889         return false;
3890 }
3891
3892 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
3893                         unsigned long mark, int highest_zoneidx)
3894 {
3895         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3896
3897         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
3898                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
3899
3900         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, 0,
3901                                                                 free_pages);
3902 }
3903
3904 #ifdef CONFIG_NUMA
3905 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3906 {
3907         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <=
3908                                 node_reclaim_distance;
3909 }
3910 #else   /* CONFIG_NUMA */
3911 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3912 {
3913         return true;
3914 }
3915 #endif  /* CONFIG_NUMA */
3916
3917 /*
3918  * The restriction on ZONE_DMA32 as being a suitable zone to use to avoid
3919  * fragmentation is subtle. If the preferred zone was HIGHMEM then
3920  * premature use of a lower zone may cause lowmem pressure problems that
3921  * are worse than fragmentation. If the next zone is ZONE_DMA then it is
3922  * probably too small. It only makes sense to spread allocations to avoid
3923  * fragmentation between the Normal and DMA32 zones.
3924  */
3925 static inline unsigned int
3926 alloc_flags_nofragment(struct zone *zone, gfp_t gfp_mask)
3927 {
3928         unsigned int alloc_flags;
3929
3930         /*
3931          * __GFP_KSWAPD_RECLAIM is assumed to be the same as ALLOC_KSWAPD
3932          * to save a branch.
3933          */
3934         alloc_flags = (__force int) (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM);
3935
3936 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
3937         if (!zone)
3938                 return alloc_flags;
3939
3940         if (zone_idx(zone) != ZONE_NORMAL)
3941                 return alloc_flags;
3942
3943         /*
3944          * If ZONE_DMA32 exists, assume it is the one after ZONE_NORMAL and
3945          * the pointer is within zone->zone_pgdat->node_zones[]. Also assume
3946          * on UMA that if Normal is populated then so is DMA32.
3947          */
3948         BUILD_BUG_ON(ZONE_NORMAL - ZONE_DMA32 != 1);
3949         if (nr_online_nodes > 1 && !populated_zone(--zone))
3950                 return alloc_flags;
3951
3952         alloc_flags |= ALLOC_NOFRAGMENT;
3953 #endif /* CONFIG_ZONE_DMA32 */
3954         return alloc_flags;
3955 }
3956
3957 /* Must be called after current_gfp_context() which can change gfp_mask */
3958 static inline unsigned int gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_t gfp_mask,
3959                                                   unsigned int alloc_flags)
3960 {
3961 #ifdef CONFIG_CMA
3962         if (gfp_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
3963                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3964 #endif
3965         return alloc_flags;
3966 }
3967
3968 /*
3969  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
3970  * a page.
3971  */
3972 static struct page *
3973 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
3974                                                 const struct alloc_context *ac)
3975 {
3976         struct zoneref *z;
3977         struct zone *zone;
3978         struct pglist_data *last_pgdat_dirty_limit = NULL;
3979         bool no_fallback;
3980
3981 retry:
3982         /*
3983          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
3984          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
3985          */
3986         no_fallback = alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT;
3987         z = ac->preferred_zoneref;
3988         for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->highest_zoneidx,
3989                                         ac->nodemask) {
3990                 struct page *page;
3991                 unsigned long mark;
3992
3993                 if (cpusets_enabled() &&
3994                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
3995                         !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
3996                                 continue;
3997                 /*
3998                  * When allocating a page cache page for writing, we
3999                  * want to get it from a node that is within its dirty
4000                  * limit, such that no single node holds more than its
4001                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
4002                  * The dirty limits take into account the node's
4003                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
4004                  * should be able to balance it without having to
4005                  * write pages from its LRU list.
4006                  *
4007                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
4008                  * exceed the per-node dirty limit in the slowpath
4009                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
4010                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
4011                  * nodes are together not big enough to reach the
4012                  * global limit.  The proper fix for these situations
4013                  * will require awareness of nodes in the
4014                  * dirty-throttling and the flusher threads.
4015                  */
4016                 if (ac->spread_dirty_pages) {
4017                         if (last_pgdat_dirty_limit == zone->zone_pgdat)
4018                                 continue;
4019
4020                         if (!node_dirty_ok(zone->zone_pgdat)) {
4021                                 last_pgdat_dirty_limit = zone->zone_pgdat;
4022                                 continue;
4023                         }
4024                 }
4025
4026                 if (no_fallback && nr_online_nodes > 1 &&
4027                     zone != ac->preferred_zoneref->zone) {
4028                         int local_nid;
4029
4030                         /*
4031                          * If moving to a remote node, retry but allow
4032                          * fragmenting fallbacks. Locality is more important
4033                          * than fragmentation avoidance.
4034                          */
4035                         local_nid = zone_to_nid(ac->preferred_zoneref->zone);
4036                         if (zone_to_nid(zone) != local_nid) {
4037                                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
4038                                 goto retry;
4039                         }
4040                 }
4041
4042                 mark = wmark_pages(zone, alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK);
4043                 if (!zone_watermark_fast(zone, order, mark,
4044                                        ac->highest_zoneidx, alloc_flags,
4045                                        gfp_mask)) {
4046                         int ret;
4047
4048 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
4049                         /*
4050                          * Watermark failed for this zone, but see if we can
4051                          * grow this zone if it contains deferred pages.
4052                          */
4053                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
4054                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
4055                                         goto try_this_zone;
4056                         }
4057 #endif
4058                         /* Checked here to keep the fast path fast */
4059                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
4060                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
4061                                 goto try_this_zone;
4062
4063                         if (!node_reclaim_enabled() ||
4064                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zoneref->zone, zone))
4065                                 continue;
4066
4067                         ret = node_reclaim(zone->zone_pgdat, gfp_mask, order);
4068                         switch (ret) {
4069                         case NODE_RECLAIM_NOSCAN:
4070                                 /* did not scan */
4071                                 continue;
4072                         case NODE_RECLAIM_FULL:
4073                                 /* scanned but unreclaimable */
4074                                 continue;
4075                         default:
4076                                 /* did we reclaim enough */
4077                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
4078                                         ac->highest_zoneidx, alloc_flags))
4079                                         goto try_this_zone;
4080
4081                                 continue;
4082                         }
4083                 }
4084
4085 try_this_zone:
4086                 page = rmqueue(ac->preferred_zoneref->zone, zone, order,
4087                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
4088                 if (page) {
4089                         prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
4090
4091                         /*
4092                          * If this is a high-order atomic allocation then check
4093                          * if the pageblock should be reserved for the future
4094                          */
4095                         if (unlikely(order && (alloc_flags & ALLOC_HARDER)))
4096                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone, order);
4097
4098                         return page;
4099                 } else {
4100 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
4101                         /* Try again if zone has deferred pages */
4102                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
4103                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
4104                                         goto try_this_zone;
4105                         }
4106 #endif
4107                 }
4108         }
4109
4110         /*
4111          * It's possible on a UMA machine to get through all zones that are
4112          * fragmented. If avoiding fragmentation, reset and try again.
4113          */
4114         if (no_fallback) {
4115                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
4116                 goto retry;
4117         }
4118
4119         return NULL;
4120 }
4121
4122 static void warn_alloc_show_mem(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
4123 {
4124         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
4125
4126         /*
4127          * This documents exceptions given to allocations in certain
4128          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
4129          * of allowed nodes.
4130          */
4131         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4132                 if (tsk_is_oom_victim(current) ||
4133                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
4134                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
4135         if (in_interrupt() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
4136                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
4137
4138         show_mem(filter, nodemask);
4139 }
4140
4141 void warn_alloc(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask, const char *fmt, ...)
4142 {
4143         struct va_format vaf;
4144         va_list args;
4145         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs, 10*HZ, 1);
4146
4147         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) || !__ratelimit(&nopage_rs))
4148                 return;
4149
4150         va_start(args, fmt);
4151         vaf.fmt = fmt;
4152         vaf.va = &args;
4153         pr_warn("%s: %pV, mode:%#x(%pGg), nodemask=%*pbl",
4154                         current->comm, &vaf, gfp_mask, &gfp_mask,
4155                         nodemask_pr_args(nodemask));
4156         va_end(args);
4157
4158         cpuset_print_current_mems_allowed();
4159         pr_cont("\n");
4160         dump_stack();
4161         warn_alloc_show_mem(gfp_mask, nodemask);
4162 }
4163
4164 static inline struct page *
4165 __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4166                               unsigned int alloc_flags,
4167                               const struct alloc_context *ac)
4168 {
4169         struct page *page;
4170
4171         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
4172                         alloc_flags|ALLOC_CPUSET, ac);
4173         /*
4174          * fallback to ignore cpuset restriction if our nodes
4175          * are depleted
4176          */
4177         if (!page)
4178                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
4179                                 alloc_flags, ac);
4180
4181         return page;
4182 }
4183
4184 static inline struct page *
4185 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4186         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
4187 {
4188         struct oom_control oc = {
4189                 .zonelist = ac->zonelist,
4190                 .nodemask = ac->nodemask,
4191                 .memcg = NULL,
4192                 .gfp_mask = gfp_mask,
4193                 .order = order,
4194         };
4195         struct page *page;
4196
4197         *did_some_progress = 0;
4198
4199         /*
4200          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
4201          * making progress for us.
4202          */
4203         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
4204                 *did_some_progress = 1;
4205                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
4206                 return NULL;
4207         }
4208
4209         /*
4210          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
4211          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
4212          * we're still under heavy pressure. But make sure that this reclaim
4213          * attempt shall not depend on __GFP_DIRECT_RECLAIM && !__GFP_NORETRY
4214          * allocation which will never fail due to oom_lock already held.
4215          */
4216         page = get_page_from_freelist((gfp_mask | __GFP_HARDWALL) &
4217                                       ~__GFP_DIRECT_RECLAIM, order,
4218                                       ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
4219         if (page)
4220                 goto out;
4221
4222         /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
4223         if (current->flags & PF_DUMPCORE)
4224                 goto out;
4225         /* The OOM killer will not help higher order allocs */
4226         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4227                 goto out;
4228         /*
4229          * We have already exhausted all our reclaim opportunities without any
4230          * success so it is time to admit defeat. We will skip the OOM killer
4231          * because it is very likely that the caller has a more reasonable
4232          * fallback than shooting a random task.
4233          *
4234          * The OOM killer may not free memory on a specific node.
4235          */
4236         if (gfp_mask & (__GFP_RETRY_MAYFAIL | __GFP_THISNODE))
4237                 goto out;
4238         /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
4239         if (ac->highest_zoneidx < ZONE_NORMAL)
4240                 goto out;
4241         if (pm_suspended_storage())
4242                 goto out;
4243         /*
4244          * XXX: GFP_NOFS allocations should rather fail than rely on
4245          * other request to make a forward progress.
4246          * We are in an unfortunate situation where out_of_memory cannot
4247          * do much for this context but let's try it to at least get
4248          * access to memory reserved if the current task is killed (see
4249          * out_of_memory). Once filesystems are ready to handle allocation
4250          * failures more gracefully we should just bail out here.
4251          */
4252
4253         /* Exhausted what can be done so it's blame time */
4254         if (out_of_memory(&oc) || WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
4255                 *did_some_progress = 1;
4256
4257                 /*
4258                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
4259                  * reserves
4260                  */
4261                 if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
4262                         page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order,
4263                                         ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
4264         }
4265 out:
4266         mutex_unlock(&oom_lock);
4267         return page;
4268 }
4269
4270 /*
4271  * Maximum number of compaction retries with a progress before OOM
4272  * killer is consider as the only way to move forward.
4273  */
4274 #define MAX_COMPACT_RETRIES 16
4275
4276 #ifdef CONFIG_COMPACTION
4277 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
4278 static struct page *
4279 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4280                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4281                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
4282 {
4283         struct page *page = NULL;
4284         unsigned long pflags;
4285         unsigned int noreclaim_flag;
4286
4287         if (!order)
4288                 return NULL;
4289
4290         psi_memstall_enter(&pflags);
4291         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4292
4293         *compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4294                                                                 prio, &page);
4295
4296         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4297         psi_memstall_leave(&pflags);
4298
4299         if (*compact_result == COMPACT_SKIPPED)
4300                 return NULL;
4301         /*
4302          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
4303          * count a compaction stall
4304          */
4305         count_vm_event(COMPACTSTALL);
4306
4307         /* Prep a captured page if available */
4308         if (page)
4309                 prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
4310
4311         /* Try get a page from the freelist if available */
4312         if (!page)
4313                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4314
4315         if (page) {
4316                 struct zone *zone = page_zone(page);
4317
4318                 zone->compact_blockskip_flush = false;
4319                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
4320                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
4321                 return page;
4322         }
4323
4324         /*
4325          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
4326          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
4327          */
4328         count_vm_event(COMPACTFAIL);
4329
4330         cond_resched();
4331
4332         return NULL;
4333 }
4334
4335 static inline bool
4336 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, int order, int alloc_flags,
4337                      enum compact_result compact_result,
4338                      enum compact_priority *compact_priority,
4339                      int *compaction_retries)
4340 {
4341         int max_retries = MAX_COMPACT_RETRIES;
4342         int min_priority;
4343         bool ret = false;
4344         int retries = *compaction_retries;
4345         enum compact_priority priority = *compact_priority;
4346
4347         if (!order)
4348                 return false;
4349
4350         if (fatal_signal_pending(current))
4351                 return false;
4352
4353         if (compaction_made_progress(compact_result))
4354                 (*compaction_retries)++;
4355
4356         /*
4357          * compaction considers all the zone as desperately out of memory
4358          * so it doesn't really make much sense to retry except when the
4359          * failure could be caused by insufficient priority
4360          */
4361         if (compaction_failed(compact_result))
4362                 goto check_priority;
4363
4364         /*
4365          * compaction was skipped because there are not enough order-0 pages
4366          * to work with, so we retry only if it looks like reclaim can help.
4367          */
4368         if (compaction_needs_reclaim(compact_result)) {
4369                 ret = compaction_zonelist_suitable(ac, order, alloc_flags);
4370                 goto out;
4371         }
4372
4373         /*
4374          * make sure the compaction wasn't deferred or didn't bail out early
4375          * due to locks contention before we declare that we should give up.
4376          * But the next retry should use a higher priority if allowed, so
4377          * we don't just keep bailing out endlessly.
4378          */
4379         if (compaction_withdrawn(compact_result)) {
4380                 goto check_priority;
4381         }
4382
4383         /*
4384          * !costly requests are much more important than __GFP_RETRY_MAYFAIL
4385          * costly ones because they are de facto nofail and invoke OOM
4386          * killer to move on while costly can fail and users are ready
4387          * to cope with that. 1/4 retries is rather arbitrary but we
4388          * would need much more detailed feedback from compaction to
4389          * make a better decision.
4390          */
4391         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4392                 max_retries /= 4;
4393         if (*compaction_retries <= max_retries) {
4394                 ret = true;
4395                 goto out;
4396         }
4397
4398         /*
4399          * Make sure there are attempts at the highest priority if we exhausted
4400          * all retries or failed at the lower priorities.
4401          */
4402 check_priority:
4403         min_priority = (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) ?
4404                         MIN_COMPACT_COSTLY_PRIORITY : MIN_COMPACT_PRIORITY;
4405
4406         if (*compact_priority > min_priority) {
4407                 (*compact_priority)--;
4408                 *compaction_retries = 0;
4409                 ret = true;
4410         }
4411 out:
4412         trace_compact_retry(order, priority, compact_result, retries, max_retries, ret);
4413         return ret;
4414 }
4415 #else
4416 static inline struct page *
4417 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4418                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4419                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
4420 {
4421         *compact_result = COMPACT_SKIPPED;
4422         return NULL;
4423 }
4424
4425 static inline bool
4426 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, unsigned int order, int alloc_flags,
4427                      enum compact_result compact_result,
4428                      enum compact_priority *compact_priority,
4429                      int *compaction_retries)
4430 {
4431         struct zone *zone;
4432         struct zoneref *z;
4433
4434         if (!order || order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4435                 return false;
4436
4437         /*
4438          * There are setups with compaction disabled which would prefer to loop
4439          * inside the allocator rather than hit the oom killer prematurely.
4440          * Let's give them a good hope and keep retrying while the order-0
4441          * watermarks are OK.
4442          */
4443         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
4444                                 ac->highest_zoneidx, ac->nodemask) {
4445                 if (zone_watermark_ok(zone, 0, min_wmark_pages(zone),
4446                                         ac->highest_zoneidx, alloc_flags))
4447                         return true;
4448         }
4449         return false;
4450 }
4451 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
4452
4453 #ifdef CONFIG_LOCKDEP
4454 static struct lockdep_map __fs_reclaim_map =
4455         STATIC_LOCKDEP_MAP_INIT("fs_reclaim", &__fs_reclaim_map);
4456
4457 static bool __need_reclaim(gfp_t gfp_mask)
4458 {
4459         /* no reclaim without waiting on it */
4460         if (!(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
4461                 return false;
4462
4463         /* this guy won't enter reclaim */
4464         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4465                 return false;
4466
4467         if (gfp_mask & __GFP_NOLOCKDEP)
4468                 return false;
4469
4470         return true;
4471 }
4472
4473 void __fs_reclaim_acquire(void)
4474 {
4475         lock_map_acquire(&__fs_reclaim_map);
4476 }
4477
4478 void __fs_reclaim_release(void)
4479 {
4480         lock_map_release(&__fs_reclaim_map);
4481 }
4482
4483 void fs_reclaim_acquire(gfp_t gfp_mask)
4484 {
4485         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4486
4487         if (__need_reclaim(gfp_mask)) {
4488                 if (gfp_mask & __GFP_FS)
4489                         __fs_reclaim_acquire();
4490
4491 #ifdef CONFIG_MMU_NOTIFIER
4492                 lock_map_acquire(&__mmu_notifier_invalidate_range_start_map);
4493                 lock_map_release(&__mmu_notifier_invalidate_range_start_map);
4494 #endif
4495
4496         }
4497 }
4498 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_acquire);
4499
4500 void fs_reclaim_release(gfp_t gfp_mask)
4501 {
4502         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4503
4504         if (__need_reclaim(gfp_mask)) {
4505                 if (gfp_mask & __GFP_FS)
4506                         __fs_reclaim_release();
4507         }
4508 }
4509 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_release);
4510 #endif
4511
4512 /* Perform direct synchronous page reclaim */
4513 static unsigned long
4514 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4515                                         const struct alloc_context *ac)
4516 {
4517         unsigned int noreclaim_flag;
4518         unsigned long pflags, progress;
4519
4520         cond_resched();
4521
4522         /* We now go into synchronous reclaim */
4523         cpuset_memory_pressure_bump();
4524         psi_memstall_enter(&pflags);
4525         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
4526         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4527
4528         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
4529                                                                 ac->nodemask);
4530
4531         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4532         fs_reclaim_release(gfp_mask);
4533         psi_memstall_leave(&pflags);
4534
4535         cond_resched();
4536
4537         return progress;
4538 }
4539
4540 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
4541 static inline struct page *
4542 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4543                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4544                 unsigned long *did_some_progress)
4545 {
4546         struct page *page = NULL;
4547         bool drained = false;
4548
4549         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
4550         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
4551                 return NULL;
4552
4553 retry:
4554         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4555
4556         /*
4557          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
4558          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
4559          * Shrink them and try again
4560          */
4561         if (!page && !drained) {
4562                 unreserve_highatomic_pageblock(ac, false);
4563                 drain_all_pages(NULL);
4564                 drained = true;
4565                 goto retry;
4566         }
4567
4568         return page;
4569 }
4570
4571 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, gfp_t gfp_mask,
4572                              const struct alloc_context *ac)
4573 {
4574         struct zoneref *z;
4575         struct zone *zone;
4576         pg_data_t *last_pgdat = NULL;
4577         enum zone_type highest_zoneidx = ac->highest_zoneidx;
4578
4579         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, highest_zoneidx,
4580                                         ac->nodemask) {
4581                 if (last_pgdat != zone->zone_pgdat)
4582                         wakeup_kswapd(zone, gfp_mask, order, highest_zoneidx);
4583                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
4584         }
4585 }
4586
4587 static inline unsigned int
4588 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4589 {
4590         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
4591
4592         /*
4593          * __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH
4594          * and __GFP_KSWAPD_RECLAIM is assumed to be the same as ALLOC_KSWAPD
4595          * to save two branches.
4596          */
4597         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
4598         BUILD_BUG_ON(__GFP_KSWAPD_RECLAIM != (__force gfp_t) ALLOC_KSWAPD);
4599
4600         /*
4601          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
4602          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
4603          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
4604          * set both ALLOC_HARDER (__GFP_ATOMIC) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
4605          */
4606         alloc_flags |= (__force int)
4607                 (gfp_mask & (__GFP_HIGH | __GFP_KSWAPD_RECLAIM));
4608
4609         if (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) {
4610                 /*
4611                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
4612                  * if it can't schedule.
4613                  */
4614                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4615                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
4616                 /*
4617                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
4618                  * comment for __cpuset_node_allowed().
4619                  */
4620                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
4621         } else if (unlikely(rt_task(current)) && !in_interrupt())
4622                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
4623
4624         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, alloc_flags);
4625
4626         return alloc_flags;
4627 }
4628
4629 static bool oom_reserves_allowed(struct task_struct *tsk)
4630 {
4631         if (!tsk_is_oom_victim(tsk))
4632                 return false;
4633
4634         /*
4635          * !MMU doesn't have oom reaper so give access to memory reserves
4636          * only to the thread with TIF_MEMDIE set
4637          */
4638         if (!IS_ENABLED(CONFIG_MMU) && !test_thread_flag(TIF_MEMDIE))
4639                 return false;
4640
4641         return true;
4642 }
4643
4644 /*
4645  * Distinguish requests which really need access to full memory
4646  * reserves from oom victims which can live with a portion of it
4647  */
4648 static inline int __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4649 {
4650         if (unlikely(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4651                 return 0;
4652         if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
4653                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4654         if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
4655                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4656         if (!in_interrupt()) {
4657                 if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4658                         return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4659                 else if (oom_reserves_allowed(current))
4660                         return ALLOC_OOM;
4661         }
4662
4663         return 0;
4664 }
4665
4666 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
4667 {
4668         return !!__gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4669 }
4670
4671 /*
4672  * Checks whether it makes sense to retry the reclaim to make a forward progress
4673  * for the given allocation request.
4674  *
4675  * We give up when we either have tried MAX_RECLAIM_RETRIES in a row
4676  * without success, or when we couldn't even meet the watermark if we
4677  * reclaimed all remaining pages on the LRU lists.
4678  *
4679  * Returns true if a retry is viable or false to enter the oom path.
4680  */
4681 static inline bool
4682 should_reclaim_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned order,
4683                      struct alloc_context *ac, int alloc_flags,
4684                      bool did_some_progress, int *no_progress_loops)
4685 {
4686         struct zone *zone;
4687         struct zoneref *z;
4688         bool ret = false;
4689
4690         /*
4691          * Costly allocations might have made a progress but this doesn't mean
4692          * their order will become available due to high fragmentation so
4693          * always increment the no progress counter for them
4694          */
4695         if (did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4696                 *no_progress_loops = 0;
4697         else
4698                 (*no_progress_loops)++;
4699
4700         /*
4701          * Make sure we converge to OOM if we cannot make any progress
4702          * several times in the row.
4703          */
4704         if (*no_progress_loops > MAX_RECLAIM_RETRIES) {
4705                 /* Before OOM, exhaust highatomic_reserve */
4706                 return unreserve_highatomic_pageblock(ac, true);
4707         }
4708
4709         /*
4710          * Keep reclaiming pages while there is a chance this will lead
4711          * somewhere.  If none of the target zones can satisfy our allocation
4712          * request even if all reclaimable pages are considered then we are
4713          * screwed and have to go OOM.
4714          */
4715         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
4716                                 ac->highest_zoneidx, ac->nodemask) {
4717                 unsigned long available;
4718                 unsigned long reclaimable;
4719                 unsigned long min_wmark = min_wmark_pages(zone);
4720                 bool wmark;
4721
4722                 available = reclaimable = zone_reclaimable_pages(zone);
4723                 available += zone_page_state_snapshot(zone, NR_FREE_PAGES);
4724
4725                 /*
4726                  * Would the allocation succeed if we reclaimed all
4727                  * reclaimable pages?
4728                  */
4729                 wmark = __zone_watermark_ok(zone, order, min_wmark,
4730                                 ac->highest_zoneidx, alloc_flags, available);
4731                 trace_reclaim_retry_zone(z, order, reclaimable,
4732                                 available, min_wmark, *no_progress_loops, wmark);
4733                 if (wmark) {
4734                         /*
4735                          * If we didn't make any progress and have a lot of
4736                          * dirty + writeback pages then we should wait for
4737                          * an IO to complete to slow down the reclaim and
4738                          * prevent from pre mature OOM
4739                          */
4740                         if (!did_some_progress) {
4741                                 unsigned long write_pending;
4742
4743                                 write_pending = zone_page_state_snapshot(zone,
4744                                                         NR_ZONE_WRITE_PENDING);
4745
4746                                 if (2 * write_pending > reclaimable) {
4747                                         congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
4748                                         return true;
4749                                 }
4750                         }
4751
4752                         ret = true;
4753                         goto out;
4754                 }
4755         }
4756
4757 out:
4758         /*
4759          * Memory allocation/reclaim might be called from a WQ context and the
4760          * current implementation of the WQ concurrency control doesn't
4761          * recognize that a particular WQ is congested if the worker thread is
4762          * looping without ever sleeping. Therefore we have to do a short sleep
4763          * here rather than calling cond_resched().
4764          */
4765         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
4766                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
4767         else
4768                 cond_resched();
4769         return ret;
4770 }
4771
4772 static inline bool
4773 check_retry_cpuset(int cpuset_mems_cookie, struct alloc_context *ac)
4774 {
4775         /*
4776          * It's possible that cpuset's mems_allowed and the nodemask from
4777          * mempolicy don't intersect. This should be normally dealt with by
4778          * policy_nodemask(), but it's possible to race with cpuset update in
4779          * such a way the check therein was true, and then it became false
4780          * before we got our cpuset_mems_cookie here.
4781          * This assumes that for all allocations, ac->nodemask can come only
4782          * from MPOL_BIND mempolicy (whose documented semantics is to be ignored
4783          * when it does not intersect with the cpuset restrictions) or the
4784          * caller can deal with a violated nodemask.
4785          */
4786         if (cpusets_enabled() && ac->nodemask &&
4787                         !cpuset_nodemask_valid_mems_allowed(ac->nodemask)) {
4788                 ac->nodemask = NULL;
4789                 return true;
4790         }
4791
4792         /*
4793          * When updating a task's mems_allowed or mempolicy nodemask, it is
4794          * possible to race with parallel threads in such a way that our
4795          * allocation can fail while the mask is being updated. If we are about
4796          * to fail, check if the cpuset changed during allocation and if so,
4797          * retry.
4798          */
4799         if (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))
4800                 return true;
4801
4802         return false;
4803 }
4804
4805 static inline struct page *
4806 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4807                                                 struct alloc_context *ac)
4808 {
4809         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
4810         const bool costly_order = order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER;
4811         struct page *page = NULL;
4812         unsigned int alloc_flags;
4813         unsigned long did_some_progress;
4814         enum compact_priority compact_priority;
4815         enum compact_result compact_result;
4816         int compaction_retries;
4817         int no_progress_loops;
4818         unsigned int cpuset_mems_cookie;
4819         int reserve_flags;
4820
4821         /*
4822          * We also sanity check to catch abuse of atomic reserves being used by
4823          * callers that are not in atomic context.
4824          */
4825         if (WARN_ON_ONCE((gfp_mask & (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)) ==
4826                                 (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)))
4827                 gfp_mask &= ~__GFP_ATOMIC;
4828
4829 retry_cpuset:
4830         compaction_retries = 0;
4831         no_progress_loops = 0;
4832         compact_priority = DEF_COMPACT_PRIORITY;
4833         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
4834
4835         /*
4836          * The fast path uses conservative alloc_flags to succeed only until
4837          * kswapd needs to be woken up, and to avoid the cost of setting up
4838          * alloc_flags precisely. So we do that now.
4839          */
4840         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
4841
4842         /*
4843          * We need to recalculate the starting point for the zonelist iterator
4844          * because we might have used different nodemask in the fast path, or
4845          * there was a cpuset modification and we are retrying - otherwise we
4846          * could end up iterating over non-eligible zones endlessly.
4847          */
4848         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4849                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
4850         if (!ac->preferred_zoneref->zone)
4851                 goto nopage;
4852
4853         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4854                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4855
4856         /*
4857          * The adjusted alloc_flags might result in immediate success, so try
4858          * that first
4859          */
4860         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4861         if (page)
4862                 goto got_pg;
4863
4864         /*
4865          * For costly allocations, try direct compaction first, as it's likely
4866          * that we have enough base pages and don't need to reclaim. For non-
4867          * movable high-order allocations, do that as well, as compaction will
4868          * try prevent permanent fragmentation by migrating from blocks of the
4869          * same migratetype.
4870          * Don't try this for allocations that are allowed to ignore
4871          * watermarks, as the ALLOC_NO_WATERMARKS attempt didn't yet happen.
4872          */
4873         if (can_direct_reclaim &&
4874                         (costly_order ||
4875                            (order > 0 && ac->migratetype != MIGRATE_MOVABLE))
4876                         && !gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_mask)) {
4877                 page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order,
4878                                                 alloc_flags, ac,
4879                                                 INIT_COMPACT_PRIORITY,
4880                                                 &compact_result);
4881                 if (page)
4882                         goto got_pg;
4883
4884                 /*
4885                  * Checks for costly allocations with __GFP_NORETRY, which
4886                  * includes some THP page fault allocations
4887                  */
4888                 if (costly_order && (gfp_mask & __GFP_NORETRY)) {
4889                         /*
4890                          * If allocating entire pageblock(s) and compaction
4891                          * failed because all zones are below low watermarks
4892                          * or is prohibited because it recently failed at this
4893                          * order, fail immediately unless the allocator has
4894                          * requested compaction and reclaim retry.
4895                          *
4896                          * Reclaim is
4897                          *  - potentially very expensive because zones are far
4898                          *    below their low watermarks or this is part of very
4899                          *    bursty high order allocations,
4900                          *  - not guaranteed to help because isolate_freepages()
4901                          *    may not iterate over freed pages as part of its
4902                          *    linear scan, and
4903                          *  - unlikely to make entire pageblocks free on its
4904                          *    own.
4905                          */
4906                         if (compact_result == COMPACT_SKIPPED ||
4907                             compact_result == COMPACT_DEFERRED)
4908                                 goto nopage;
4909
4910                         /*
4911                          * Looks like reclaim/compaction is worth trying, but
4912                          * sync compaction could be very expensive, so keep
4913                          * using async compaction.
4914                          */
4915                         compact_priority = INIT_COMPACT_PRIORITY;
4916                 }
4917         }
4918
4919 retry:
4920         /* Ensure kswapd doesn't accidentally go to sleep as long as we loop */
4921         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4922                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4923
4924         reserve_flags = __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4925         if (reserve_flags)
4926                 alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, reserve_flags);
4927
4928         /*
4929          * Reset the nodemask and zonelist iterators if memory policies can be
4930          * ignored. These allocations are high priority and system rather than
4931          * user oriented.
4932          */
4933         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) || reserve_flags) {
4934                 ac->nodemask = NULL;
4935                 ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4936                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
4937         }
4938
4939         /* Attempt with potentially adjusted zonelist and alloc_flags */
4940         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4941         if (page)
4942                 goto got_pg;
4943
4944         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
4945         if (!can_direct_reclaim)
4946                 goto nopage;
4947
4948         /* Avoid recursion of direct reclaim */
4949         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4950                 goto nopage;
4951
4952         /* Try direct reclaim and then allocating */
4953         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4954                                                         &did_some_progress);
4955         if (page)
4956                 goto got_pg;
4957
4958         /* Try direct compaction and then allocating */
4959         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4960                                         compact_priority, &compact_result);
4961         if (page)
4962                 goto got_pg;
4963
4964         /* Do not loop if specifically requested */
4965         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
4966                 goto nopage;
4967
4968         /*
4969          * Do not retry costly high order allocations unless they are
4970          * __GFP_RETRY_MAYFAIL
4971          */
4972         if (costly_order && !(gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL))
4973                 goto nopage;
4974
4975         if (should_reclaim_retry(gfp_mask, order, ac, alloc_flags,
4976                                  did_some_progress > 0, &no_progress_loops))
4977                 goto retry;
4978
4979         /*
4980          * It doesn't make any sense to retry for the compaction if the order-0
4981          * reclaim is not able to make any progress because the current
4982          * implementation of the compaction depends on the sufficient amount
4983          * of free memory (see __compaction_suitable)
4984          */
4985         if (did_some_progress > 0 &&
4986                         should_compact_retry(ac, order, alloc_flags,
4987                                 compact_result, &compact_priority,
4988                                 &compaction_retries))
4989                 goto retry;
4990
4991
4992         /* Deal with possible cpuset update races before we start OOM killing */
4993         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
4994                 goto retry_cpuset;
4995
4996         /* Reclaim has failed us, start killing things */
4997         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
4998         if (page)
4999                 goto got_pg;
5000
5001         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
5002         if (tsk_is_oom_victim(current) &&
5003             (alloc_flags & ALLOC_OOM ||
5004              (gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC)))
5005                 goto nopage;
5006
5007         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
5008         if (did_some_progress) {
5009                 no_progress_loops = 0;
5010                 goto retry;
5011         }
5012
5013 nopage:
5014         /* Deal with possible cpuset update races before we fail */
5015         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
5016                 goto retry_cpuset;
5017
5018         /*
5019          * Make sure that __GFP_NOFAIL request doesn't leak out and make sure
5020          * we always retry
5021          */
5022         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL) {
5023                 /*
5024                  * All existing users of the __GFP_NOFAIL are blockable, so warn
5025                  * of any new users that actually require GFP_NOWAIT
5026                  */
5027                 if (WARN_ON_ONCE(!can_direct_reclaim))
5028                         goto fail;
5029
5030                 /*
5031                  * PF_MEMALLOC request from this context is rather bizarre
5032                  * because we cannot reclaim anything and only can loop waiting
5033                  * for somebody to do a work for us
5034                  */
5035                 WARN_ON_ONCE(current->flags & PF_MEMALLOC);
5036
5037                 /*
5038                  * non failing costly orders are a hard requirement which we
5039                  * are not prepared for much so let's warn about these users
5040                  * so that we can identify them and convert them to something
5041                  * else.
5042                  */
5043                 WARN_ON_ONCE(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
5044
5045                 /*
5046                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
5047                  * reserves but do not use ALLOC_NO_WATERMARKS because this
5048                  * could deplete whole memory reserves which would just make
5049                  * the situation worse
5050                  */
5051                 page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order, ALLOC_HARDER, ac);
5052                 if (page)
5053                         goto got_pg;
5054
5055                 cond_resched();
5056                 goto retry;
5057         }
5058 fail:
5059         warn_alloc(gfp_mask, ac->nodemask,
5060                         "page allocation failure: order:%u", order);
5061 got_pg:
5062         return page;
5063 }
5064
5065 static inline bool prepare_alloc_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
5066                 int preferred_nid, nodemask_t *nodemask,
5067                 struct alloc_context *ac, gfp_t *alloc_gfp,
5068                 unsigned int *alloc_flags)
5069 {
5070         ac->highest_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
5071         ac->zonelist = node_zonelist(preferred_nid, gfp_mask);
5072         ac->nodemask = nodemask;
5073         ac->migratetype = gfp_migratetype(gfp_mask);
5074
5075         if (cpusets_enabled()) {
5076                 *alloc_gfp |= __GFP_HARDWALL;
5077                 /*
5078                  * When we are in the interrupt context, it is irrelevant
5079                  * to the current task context. It means that any node ok.
5080                  */
5081                 if (!in_interrupt() && !ac->nodemask)
5082                         ac->nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
5083                 else
5084                         *alloc_flags |= ALLOC_CPUSET;
5085         }
5086
5087         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
5088         fs_reclaim_release(gfp_mask);
5089
5090         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM);
5091
5092         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
5093                 return false;
5094
5095         *alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, *alloc_flags);
5096
5097         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
5098         ac->spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
5099
5100         /*
5101          * The preferred zone is used for statistics but crucially it is
5102          * also used as the starting point for the zonelist iterator. It
5103          * may get reset for allocations that ignore memory policies.
5104          */
5105         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
5106                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
5107
5108         return true;
5109 }
5110
5111 /*
5112  * __alloc_pages_bulk - Allocate a number of order-0 pages to a list or array
5113  * @gfp: GFP flags for the allocation
5114  * @preferred_nid: The preferred NUMA node ID to allocate from
5115  * @nodemask: Set of nodes to allocate from, may be NULL
5116  * @nr_pages: The number of pages desired on the list or array
5117  * @page_list: Optional list to store the allocated pages
5118  * @page_array: Optional array to store the pages
5119  *
5120  * This is a batched version of the page allocator that attempts to
5121  * allocate nr_pages quickly. Pages are added to page_list if page_list
5122  * is not NULL, otherwise it is assumed that the page_array is valid.
5123  *
5124  * For lists, nr_pages is the number of pages that should be allocated.
5125  *
5126  * For arrays, only NULL elements are populated with pages and nr_pages
5127  * is the maximum number of pages that will be stored in the array.
5128  *
5129  * Returns the number of pages on the list or array.
5130  */
5131 unsigned long __alloc_pages_bulk(gfp_t gfp, int preferred_nid,
5132                         nodemask_t *nodemask, int nr_pages,
5133                         struct list_head *page_list,
5134                         struct page **page_array)
5135 {
5136         struct page *page;
5137         unsigned long flags;
5138         struct zone *zone;
5139         struct zoneref *z;
5140         struct per_cpu_pages *pcp;
5141         struct list_head *pcp_list;
5142         struct alloc_context ac;
5143         gfp_t alloc_gfp;
5144         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
5145         int nr_populated = 0, nr_account = 0;
5146
5147         if (unlikely(nr_pages <= 0))
5148                 return 0;
5149
5150         /*
5151          * Skip populated array elements to determine if any pages need
5152          * to be allocated before disabling IRQs.
5153          */
5154         while (page_array && nr_populated < nr_pages && page_array[nr_populated])
5155                 nr_populated++;
5156
5157         /* Already populated array? */
5158         if (unlikely(page_array && nr_pages - nr_populated == 0))
5159                 return nr_populated;
5160
5161         /* Use the single page allocator for one page. */
5162         if (nr_pages - nr_populated == 1)
5163                 goto failed;
5164
5165         /* May set ALLOC_NOFRAGMENT, fragmentation will return 1 page. */
5166         gfp &= gfp_allowed_mask;
5167         alloc_gfp = gfp;
5168         if (!prepare_alloc_pages(gfp, 0, preferred_nid, nodemask, &ac, &alloc_gfp, &alloc_flags))
5169                 return 0;
5170         gfp = alloc_gfp;
5171
5172         /* Find an allowed local zone that meets the low watermark. */
5173         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac.zonelist, ac.highest_zoneidx, ac.nodemask) {
5174                 unsigned long mark;
5175
5176                 if (cpusets_enabled() && (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
5177                     !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp)) {
5178                         continue;
5179                 }
5180
5181                 if (nr_online_nodes > 1 && zone != ac.preferred_zoneref->zone &&
5182                     zone_to_nid(zone) != zone_to_nid(ac.preferred_zoneref->zone)) {
5183                         goto failed;
5184                 }
5185
5186                 mark = wmark_pages(zone, alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK) + nr_pages;
5187                 if (zone_watermark_fast(zone, 0,  mark,
5188                                 zonelist_zone_idx(ac.preferred_zoneref),
5189                                 alloc_flags, gfp)) {
5190                         break;
5191                 }
5192         }
5193
5194         /*
5195          * If there are no allowed local zones that meets the watermarks then
5196          * try to allocate a single page and reclaim if necessary.
5197          */
5198         if (unlikely(!zone))
5199                 goto failed;
5200
5201         /* Attempt the batch allocation */
5202         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
5203         pcp = this_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset);
5204         pcp_list = &pcp->lists[ac.migratetype];
5205
5206         while (nr_populated < nr_pages) {
5207
5208                 /* Skip existing pages */
5209                 if (page_array && page_array[nr_populated]) {
5210                         nr_populated++;
5211                         continue;
5212                 }
5213
5214                 page = __rmqueue_pcplist(zone, ac.migratetype, alloc_flags,
5215                                                                 pcp, pcp_list);
5216                 if (unlikely(!page)) {
5217                         /* Try and get at least one page */
5218                         if (!nr_populated)
5219                                 goto failed_irq;
5220                         break;
5221                 }
5222                 nr_account++;
5223
5224                 prep_new_page(page, 0, gfp, 0);
5225                 if (page_list)
5226                         list_add(&page->lru, page_list);
5227                 else
5228                         page_array[nr_populated] = page;
5229                 nr_populated++;
5230         }
5231
5232         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
5233
5234         __count_zid_vm_events(PGALLOC, zone_idx(zone), nr_account);
5235         zone_statistics(ac.preferred_zoneref->zone, zone, nr_account);
5236
5237         return nr_populated;
5238
5239 failed_irq:
5240         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
5241
5242 failed:
5243         page = __alloc_pages(gfp, 0, preferred_nid, nodemask);
5244         if (page) {
5245                 if (page_list)
5246                         list_add(&page->lru, page_list);
5247                 else
5248                         page_array[nr_populated] = page;
5249                 nr_populated++;
5250         }
5251
5252         return nr_populated;
5253 }
5254 EXPORT_SYMBOL_GPL(__alloc_pages_bulk);
5255
5256 /*
5257  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
5258  */
5259 struct page *__alloc_pages(gfp_t gfp, unsigned int order, int preferred_nid,
5260                                                         nodemask_t *nodemask)
5261 {
5262         struct page *page;
5263         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
5264         gfp_t alloc_gfp; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
5265         struct alloc_context ac = { };
5266
5267         /*
5268          * There are several places where we assume that the order value is sane
5269          * so bail out early if the request is out of bound.
5270          */
5271         if (unlikely(order >= MAX_ORDER)) {
5272                 WARN_ON_ONCE(!(gfp & __GFP_NOWARN));
5273                 return NULL;
5274         }
5275
5276         gfp &= gfp_allowed_mask;
5277         /*
5278          * Apply scoped allocation constraints. This is mainly about GFP_NOFS
5279          * resp. GFP_NOIO which has to be inherited for all allocation requests
5280          * from a particular context which has been marked by
5281          * memalloc_no{fs,io}_{save,restore}. And PF_MEMALLOC_PIN which ensures
5282          * movable zones are not used during allocation.
5283          */
5284         gfp = current_gfp_context(gfp);
5285         alloc_gfp = gfp;
5286         if (!prepare_alloc_pages(gfp, order, preferred_nid, nodemask, &ac,
5287                         &alloc_gfp, &alloc_flags))
5288                 return NULL;
5289
5290         /*
5291          * Forbid the first pass from falling back to types that fragment
5292          * memory until all local zones are considered.
5293          */
5294         alloc_flags |= alloc_flags_nofragment(ac.preferred_zoneref->zone, gfp);
5295
5296         /* First allocation attempt */
5297         page = get_page_from_freelist(alloc_gfp, order, alloc_flags, &ac);
5298         if (likely(page))
5299                 goto out;
5300
5301         alloc_gfp = gfp;
5302         ac.spread_dirty_pages = false;
5303
5304         /*
5305          * Restore the original nodemask if it was potentially replaced with
5306          * &cpuset_current_mems_allowed to optimize the fast-path attempt.
5307          */
5308         ac.nodemask = nodemask;
5309
5310         page = __alloc_pages_slowpath(alloc_gfp, order, &ac);
5311
5312 out:
5313         if (memcg_kmem_enabled() && (gfp & __GFP_ACCOUNT) && page &&
5314             unlikely(__memcg_kmem_charge_page(page, gfp, order) != 0)) {
5315                 __free_pages(page, order);
5316                 page = NULL;
5317         }
5318
5319         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_gfp, ac.migratetype);
5320
5321         return page;
5322 }
5323 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages);
5324
5325 /*
5326  * Common helper functions. Never use with __GFP_HIGHMEM because the returned
5327  * address cannot represent highmem pages. Use alloc_pages and then kmap if
5328  * you need to access high mem.
5329  */
5330 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
5331 {
5332         struct page *page;
5333
5334         page = alloc_pages(gfp_mask & ~__GFP_HIGHMEM, order);
5335         if (!page)
5336                 return 0;
5337         return (unsigned long) page_address(page);
5338 }
5339 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
5340
5341 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
5342 {
5343         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
5344 }
5345 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
5346
5347 /**
5348  * __free_pages - Free pages allocated with alloc_pages().
5349  * @page: The page pointer returned from alloc_pages().
5350  * @order: The order of the allocation.
5351  *
5352  * This function can free multi-page allocations that are not compound
5353  * pages.  It does not check that the @order passed in matches that of
5354  * the allocation, so it is easy to leak memory.  Freeing more memory
5355  * than was allocated will probably emit a warning.
5356  *
5357  * If the last reference to this page is speculative, it will be released
5358  * by put_page() which only frees the first page of a non-compound
5359  * allocation.  To prevent the remaining pages from being leaked, we free
5360  * the subsequent pages here.  If you want to use the page's reference
5361  * count to decide when to free the allocation, you should allocate a
5362  * compound page, and use put_page() instead of __free_pages().
5363  *
5364  * Context: May be called in interrupt context or while holding a normal
5365  * spinlock, but not in NMI context or while holding a raw spinlock.
5366  */
5367 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
5368 {
5369         if (put_page_testzero(page))
5370                 free_the_page(page, order);
5371         else if (!PageHead(page))
5372                 while (order-- > 0)
5373                         free_the_page(page + (1 << order), order);
5374 }
5375 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
5376
5377 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
5378 {
5379         if (addr != 0) {
5380                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
5381                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
5382         }
5383 }
5384
5385 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
5386
5387 /*
5388  * Page Fragment:
5389  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
5390  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
5391  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
5392  *
5393  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
5394  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
5395  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
5396  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
5397  */
5398 static struct page *__page_frag_cache_refill(struct page_frag_cache *nc,
5399                                              gfp_t gfp_mask)
5400 {
5401         struct page *page = NULL;
5402         gfp_t gfp = gfp_mask;
5403
5404 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
5405         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
5406                     __GFP_NOMEMALLOC;
5407         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
5408                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
5409         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
5410 #endif
5411         if (unlikely(!page))
5412                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
5413
5414         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
5415
5416         return page;
5417 }
5418
5419 void __page_frag_cache_drain(struct page *page, unsigned int count)
5420 {
5421         VM_BUG_ON_PAGE(page_ref_count(page) == 0, page);
5422
5423         if (page_ref_sub_and_test(page, count))
5424                 free_the_page(page, compound_order(page));
5425 }
5426 EXPORT_SYMBOL(__page_frag_cache_drain);
5427
5428 void *page_frag_alloc_align(struct page_frag_cache *nc,
5429                       unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask,
5430                       unsigned int align_mask)
5431 {
5432         unsigned int size = PAGE_SIZE;
5433         struct page *page;
5434         int offset;
5435
5436         if (unlikely(!nc->va)) {
5437 refill:
5438                 page = __page_frag_cache_refill(nc, gfp_mask);
5439                 if (!page)
5440                         return NULL;
5441
5442 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
5443                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
5444                 size = nc->size;
5445 #endif
5446                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
5447                  * This would break get_page_unless_zero() users.
5448                  */
5449                 page_ref_add(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE);
5450
5451                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
5452                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
5453                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
5454                 nc->offset = size;
5455         }
5456
5457         offset = nc->offset - fragsz;
5458         if (unlikely(offset < 0)) {
5459                 page = virt_to_page(nc->va);
5460
5461                 if (!page_ref_sub_and_test(page, nc->pagecnt_bias))
5462                         goto refill;
5463
5464                 if (unlikely(nc->pfmemalloc)) {
5465                         free_the_page(page, compound_order(page));
5466                         goto refill;
5467                 }
5468
5469 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
5470                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
5471                 size = nc->size;
5472 #endif
5473                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
5474                 set_page_count(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1);
5475
5476                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
5477                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
5478                 offset = size - fragsz;
5479         }
5480
5481         nc->pagecnt_bias--;
5482         offset &= align_mask;
5483         nc->offset = offset;
5484
5485         return nc->va + offset;
5486 }
5487 EXPORT_SYMBOL(page_frag_alloc_align);
5488
5489 /*
5490  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
5491  */
5492 void page_frag_free(void *addr)
5493 {
5494         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
5495
5496         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
5497                 free_the_page(page, compound_order(page));
5498 }
5499 EXPORT_SYMBOL(page_frag_free);
5500
5501 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
5502                 size_t size)
5503 {
5504         if (addr) {
5505                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
5506                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
5507
5508                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
5509                 while (used < alloc_end) {
5510                         free_page(used);
5511                         used += PAGE_SIZE;
5512                 }
5513         }
5514         return (void *)addr;
5515 }
5516
5517 /**
5518  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
5519  * @size: the number of bytes to allocate
5520  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
5521  *
5522  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
5523  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
5524  * allocate memory in power-of-two pages.
5525  *
5526  * This function is also limited by MAX_ORDER.
5527  *
5528  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
5529  *
5530  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
5531  */
5532 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
5533 {
5534         unsigned int order = get_order(size);
5535         unsigned long addr;
5536
5537         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_COMP))
5538                 gfp_mask &= ~__GFP_COMP;
5539
5540         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
5541         return make_alloc_exact(addr, order, size);
5542 }
5543 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
5544
5545 /**
5546  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
5547  *                         pages on a node.
5548  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
5549  * @size: the number of bytes to allocate
5550  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
5551  *
5552  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
5553  * back.
5554  *
5555  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
5556  */
5557 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
5558 {
5559         unsigned int order = get_order(size);
5560         struct page *p;
5561
5562         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_COMP))
5563                 gfp_mask &= ~__GFP_COMP;
5564
5565         p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
5566         if (!p)
5567                 return NULL;
5568         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
5569 }
5570
5571 /**
5572  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
5573  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
5574  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
5575  *
5576  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
5577  */
5578 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
5579 {
5580         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
5581         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
5582
5583         while (addr < end) {
5584                 free_page(addr);
5585                 addr += PAGE_SIZE;
5586         }
5587 }
5588 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
5589
5590 /**
5591  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
5592  * @offset: The zone index of the highest zone
5593  *
5594  * nr_free_zone_pages() counts the number of pages which are beyond the
5595  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
5596  * zone, the number of pages is calculated as:
5597  *
5598  *     nr_free_zone_pages = managed_pages - high_pages
5599  *
5600  * Return: number of pages beyond high watermark.
5601  */
5602 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
5603 {
5604         struct zoneref *z;
5605         struct zone *zone;
5606
5607         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
5608         unsigned long sum = 0;
5609
5610         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
5611
5612         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
5613                 unsigned long size = zone_managed_pages(zone);
5614                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
5615                 if (size > high)
5616                         sum += size - high;
5617         }
5618
5619         return sum;
5620 }
5621
5622 /**
5623  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
5624  *
5625  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
5626  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
5627  *
5628  * Return: number of pages beyond high watermark within ZONE_DMA and
5629  * ZONE_NORMAL.
5630  */
5631 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
5632 {
5633         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
5634 }
5635 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
5636
5637 static inline void show_node(struct zone *zone)
5638 {
5639         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
5640                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
5641 }
5642
5643 long si_mem_available(void)
5644 {
5645         long available;
5646         unsigned long pagecache;
5647         unsigned long wmark_low = 0;
5648         unsigned long pages[NR_LRU_LISTS];
5649         unsigned long reclaimable;
5650         struct zone *zone;
5651         int lru;
5652
5653         for (lru = LRU_BASE; lru < NR_LRU_LISTS; lru++)
5654                 pages[lru] = global_node_page_state(NR_LRU_BASE + lru);
5655
5656         for_each_zone(zone)
5657                 wmark_low += low_wmark_pages(zone);
5658
5659         /*
5660          * Estimate the amount of memory available for userspace allocations,
5661          * without causing swapping.
5662          */
5663         available = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES) - totalreserve_pages;
5664
5665         /*
5666          * Not all the page cache can be freed, otherwise the system will
5667          * start swapping. Assume at least half of the page cache, or the
5668          * low watermark worth of cache, needs to stay.
5669          */
5670         pagecache = pages[LRU_ACTIVE_FILE] + pages[LRU_INACTIVE_FILE];
5671         pagecache -= min(pagecache / 2, wmark_low);
5672         available += pagecache;
5673
5674         /*
5675          * Part of the reclaimable slab and other kernel memory consists of
5676          * items that are in use, and cannot be freed. Cap this estimate at the
5677          * low watermark.
5678          */
5679         reclaimable = global_node_page_state_pages(NR_SLAB_RECLAIMABLE_B) +
5680                 global_node_page_state(NR_KERNEL_MISC_RECLAIMABLE);
5681         available += reclaimable - min(reclaimable / 2, wmark_low);
5682
5683         if (available < 0)
5684                 available = 0;
5685         return available;
5686 }
5687 EXPORT_SYMBOL_GPL(si_mem_available);
5688
5689 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
5690 {
5691         val->totalram = totalram_pages();
5692         val->sharedram = global_node_page_state(NR_SHMEM);
5693         val->freeram = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES);
5694         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
5695         val->totalhigh = totalhigh_pages();
5696         val->freehigh = nr_free_highpages();
5697         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
5698 }
5699
5700 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
5701
5702 #ifdef CONFIG_NUMA
5703 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
5704 {
5705         int zone_type;          /* needs to be signed */
5706         unsigned long managed_pages = 0;
5707         unsigned long managed_highpages = 0;
5708         unsigned long free_highpages = 0;
5709         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5710
5711         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
5712                 managed_pages += zone_managed_pages(&pgdat->node_zones[zone_type]);
5713         val->totalram = managed_pages;
5714         val->sharedram = node_page_state(pgdat, NR_SHMEM);
5715         val->freeram = sum_zone_node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
5716 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
5717         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++) {
5718                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
5719
5720                 if (is_highmem(zone)) {
5721                         managed_highpages += zone_managed_pages(zone);
5722                         free_highpages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
5723                 }
5724         }
5725         val->totalhigh = managed_highpages;
5726         val->freehigh = free_highpages;
5727 #else
5728         val->totalhigh = managed_highpages;
5729         val->freehigh = free_highpages;
5730 #endif
5731         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
5732 }
5733 #endif
5734
5735 /*
5736  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
5737  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
5738  */
5739 static bool show_mem_node_skip(unsigned int flags, int nid, nodemask_t *nodemask)
5740 {
5741         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
5742                 return false;
5743
5744         /*
5745          * no node mask - aka implicit memory numa policy. Do not bother with
5746          * the synchronization - read_mems_allowed_begin - because we do not
5747          * have to be precise here.
5748          */
5749         if (!nodemask)
5750                 nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
5751
5752         return !node_isset(nid, *nodemask);
5753 }
5754
5755 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
5756
5757 static void show_migration_types(unsigned char type)
5758 {
5759         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
5760                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
5761                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
5762                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
5763                 [MIGRATE_HIGHATOMIC]    = 'H',
5764 #ifdef CONFIG_CMA
5765                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
5766 #endif
5767 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
5768                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
5769 #endif
5770         };
5771         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
5772         char *p = tmp;
5773         int i;
5774
5775         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
5776                 if (type & (1 << i))
5777                         *p++ = types[i];
5778         }
5779
5780         *p = '\0';
5781         printk(KERN_CONT "(%s) ", tmp);
5782 }
5783
5784 /*
5785  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
5786  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
5787  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
5788  *
5789  * Bits in @filter:
5790  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
5791  *   cpuset.
5792  */
5793 void show_free_areas(unsigned int filter, nodemask_t *nodemask)
5794 {
5795         unsigned long free_pcp = 0;
5796         int cpu;
5797         struct zone *zone;
5798         pg_data_t *pgdat;
5799
5800         for_each_populated_zone(zone) {
5801                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5802                         continue;
5803
5804                 for_each_online_cpu(cpu)
5805                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu)->count;
5806         }
5807
5808         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
5809                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
5810                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu\n"
5811                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
5812                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
5813                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
5814                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
5815                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
5816                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
5817                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
5818                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
5819                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
5820                 global_node_page_state(NR_UNEVICTABLE),
5821                 global_node_page_state(NR_FILE_DIRTY),
5822                 global_node_page_state(NR_WRITEBACK),
5823                 global_node_page_state_pages(NR_SLAB_RECLAIMABLE_B),
5824                 global_node_page_state_pages(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE_B),
5825                 global_node_page_state(NR_FILE_MAPPED),
5826                 global_node_page_state(NR_SHMEM),
5827                 global_node_page_state(NR_PAGETABLE),
5828                 global_zone_page_state(NR_BOUNCE),
5829                 global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES),
5830                 free_pcp,
5831                 global_zone_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
5832
5833         for_each_online_pgdat(pgdat) {
5834                 if (show_mem_node_skip(filter, pgdat->node_id, nodemask))
5835                         continue;
5836
5837                 printk("Node %d"
5838                         " active_anon:%lukB"
5839                         " inactive_anon:%lukB"
5840                         " active_file:%lukB"
5841                         " inactive_file:%lukB"
5842                         " unevictable:%lukB"
5843                         " isolated(anon):%lukB"
5844                         " isolated(file):%lukB"
5845                         " mapped:%lukB"
5846                         " dirty:%lukB"
5847                         " writeback:%lukB"
5848                         " shmem:%lukB"
5849 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5850                         " shmem_thp: %lukB"
5851                         " shmem_pmdmapped: %lukB"
5852                         " anon_thp: %lukB"
5853 #endif
5854                         " writeback_tmp:%lukB"
5855                         " kernel_stack:%lukB"
5856 #ifdef CONFIG_SHADOW_CALL_STACK
5857                         " shadow_call_stack:%lukB"
5858 #endif
5859                         " pagetables:%lukB"
5860                         " all_unreclaimable? %s"
5861                         "\n",
5862                         pgdat->node_id,
5863                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_ANON)),
5864                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON)),
5865                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE)),
5866                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE)),
5867                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNEVICTABLE)),
5868                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON)),
5869                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_FILE)),
5870                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_MAPPED)),
5871                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_DIRTY)),
5872                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK)),
5873                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM)),
5874 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5875                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_THPS)),
5876                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_PMDMAPPED)),
5877                         K(node_page_state(pgdat, NR_ANON_THPS)),
5878 #endif
5879                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK_TEMP)),
5880                         node_page_state(pgdat, NR_KERNEL_STACK_KB),
5881 #ifdef CONFIG_SHADOW_CALL_STACK
5882                         node_page_state(pgdat, NR_KERNEL_SCS_KB),
5883 #endif
5884                         K(node_page_state(pgdat, NR_PAGETABLE)),
5885                         pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES ?
5886                                 "yes" : "no");
5887         }
5888
5889         for_each_populated_zone(zone) {
5890                 int i;
5891
5892                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5893                         continue;
5894
5895                 free_pcp = 0;
5896                 for_each_online_cpu(cpu)
5897                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu)->count;
5898
5899                 show_node(zone);
5900                 printk(KERN_CONT
5901                         "%s"
5902                         " free:%lukB"
5903                         " min:%lukB"
5904                         " low:%lukB"
5905                         " high:%lukB"
5906                         " reserved_highatomic:%luKB"
5907                         " active_anon:%lukB"
5908                         " inactive_anon:%lukB"
5909                         " active_file:%lukB"
5910                         " inactive_file:%lukB"
5911                         " unevictable:%lukB"
5912                         " writepending:%lukB"
5913                         " present:%lukB"
5914                         " managed:%lukB"
5915                         " mlocked:%lukB"
5916                         " bounce:%lukB"
5917                         " free_pcp:%lukB"
5918                         " local_pcp:%ukB"
5919                         " free_cma:%lukB"
5920                         "\n",
5921                         zone->name,
5922                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
5923                         K(min_wmark_pages(zone)),
5924                         K(low_wmark_pages(zone)),
5925                         K(high_wmark_pages(zone)),
5926                         K(zone->nr_reserved_highatomic),
5927                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_ANON)),
5928                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_ANON)),
5929                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_FILE)),
5930                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_FILE)),
5931                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_UNEVICTABLE)),
5932                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_WRITE_PENDING)),
5933                         K(zone->present_pages),
5934                         K(zone_managed_pages(zone)),
5935                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
5936                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
5937                         K(free_pcp),
5938                         K(this_cpu_read(zone->per_cpu_pageset->count)),
5939                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)));
5940                 printk("lowmem_reserve[]:");
5941                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
5942                         printk(KERN_CONT " %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
5943                 printk(KERN_CONT "\n");
5944         }
5945
5946         for_each_populated_zone(zone) {
5947                 unsigned int order;
5948                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, total = 0;
5949                 unsigned char types[MAX_ORDER];
5950
5951                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5952                         continue;
5953                 show_node(zone);
5954                 printk(KERN_CONT "%s: ", zone->name);
5955
5956                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
5957                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
5958                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
5959                         int type;
5960
5961                         nr[order] = area->nr_free;
5962                         total += nr[order] << order;
5963
5964                         types[order] = 0;
5965                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
5966                                 if (!free_area_empty(area, type))
5967                                         types[order] |= 1 << type;
5968                         }
5969                 }
5970                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
5971                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
5972                         printk(KERN_CONT "%lu*%lukB ",
5973                                nr[order], K(1UL) << order);
5974                         if (nr[order])
5975                                 show_migration_types(types[order]);
5976                 }
5977                 printk(KERN_CONT "= %lukB\n", K(total));
5978         }
5979
5980         hugetlb_show_meminfo();
5981
5982         printk("%ld total pagecache pages\n", global_node_page_state(NR_FILE_PAGES));
5983
5984         show_swap_cache_info();
5985 }
5986
5987 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
5988 {
5989         zoneref->zone = zone;
5990         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
5991 }
5992
5993 /*
5994  * Builds allocation fallback zone lists.
5995  *
5996  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
5997  */
5998 static int build_zonerefs_node(pg_data_t *pgdat, struct zoneref *zonerefs)
5999 {
6000         struct zone *zone;
6001         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
6002         int nr_zones = 0;
6003
6004         do {
6005                 zone_type--;
6006                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
6007                 if (managed_zone(zone)) {
6008                         zoneref_set_zone(zone, &zonerefs[nr_zones++]);
6009                         check_highest_zone(zone_type);
6010                 }
6011         } while (zone_type);
6012
6013         return nr_zones;
6014 }
6015
6016 #ifdef CONFIG_NUMA
6017
6018 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
6019 {
6020         /*
6021          * We used to support different zonelists modes but they turned
6022          * out to be just not useful. Let's keep the warning in place
6023          * if somebody still use the cmd line parameter so that we do
6024          * not fail it silently
6025          */
6026         if (!(*s == 'd' || *s == 'D' || *s == 'n' || *s == 'N')) {
6027                 pr_warn("Ignoring unsupported numa_zonelist_order value:  %s\n", s);
6028                 return -EINVAL;
6029         }
6030         return 0;
6031 }
6032
6033 char numa_zonelist_order[] = "Node";
6034
6035 /*
6036  * sysctl handler for numa_zonelist_order
6037  */
6038 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
6039                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6040 {
6041         if (write)
6042                 return __parse_numa_zonelist_order(buffer);
6043         return proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
6044 }
6045
6046
6047 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
6048 static int node_load[MAX_NUMNODES];
6049
6050 /**
6051  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
6052  * @node: node whose fallback list we're appending
6053  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
6054  *
6055  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
6056  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
6057  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
6058  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
6059  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
6060  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
6061  * on them otherwise.
6062  *
6063  * Return: node id of the found node or %NUMA_NO_NODE if no node is found.
6064  */
6065 static int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
6066 {
6067         int n, val;
6068         int min_val = INT_MAX;
6069         int best_node = NUMA_NO_NODE;
6070
6071         /* Use the local node if we haven't already */
6072         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
6073                 node_set(node, *used_node_mask);
6074                 return node;
6075         }
6076
6077         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
6078
6079                 /* Don't want a node to appear more than once */
6080                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
6081                         continue;
6082
6083                 /* Use the distance array to find the distance */
6084                 val = node_distance(node, n);
6085
6086                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
6087                 val += (n < node);
6088
6089                 /* Give preference to headless and unused nodes */
6090                 if (!cpumask_empty(cpumask_of_node(n)))
6091                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
6092
6093                 /* Slight preference for less loaded node */
6094                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
6095                 val += node_load[n];
6096
6097                 if (val < min_val) {
6098                         min_val = val;
6099                         best_node = n;
6100                 }
6101         }
6102
6103         if (best_node >= 0)
6104                 node_set(best_node, *used_node_mask);
6105
6106         return best_node;
6107 }
6108
6109
6110 /*
6111  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
6112  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
6113  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
6114  */
6115 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int *node_order,
6116                 unsigned nr_nodes)
6117 {
6118         struct zoneref *zonerefs;
6119         int i;
6120
6121         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
6122
6123         for (i = 0; i < nr_nodes; i++) {
6124                 int nr_zones;
6125
6126                 pg_data_t *node = NODE_DATA(node_order[i]);
6127
6128                 nr_zones = build_zonerefs_node(node, zonerefs);
6129                 zonerefs += nr_zones;
6130         }
6131         zonerefs->zone = NULL;
6132         zonerefs->zone_idx = 0;
6133 }
6134
6135 /*
6136  * Build gfp_thisnode zonelists
6137  */
6138 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
6139 {
6140         struct zoneref *zonerefs;
6141         int nr_zones;
6142
6143         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_NOFALLBACK]._zonerefs;
6144         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
6145         zonerefs += nr_zones;
6146         zonerefs->zone = NULL;
6147         zonerefs->zone_idx = 0;
6148 }
6149
6150 /*
6151  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
6152  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
6153  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
6154  * may still exist in local DMA zone.
6155  */
6156
6157 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
6158 {
6159         static int node_order[MAX_NUMNODES];
6160         int node, load, nr_nodes = 0;
6161         nodemask_t used_mask = NODE_MASK_NONE;
6162         int local_node, prev_node;
6163
6164         /* NUMA-aware ordering of nodes */
6165         local_node = pgdat->node_id;
6166         load = nr_online_nodes;
6167         prev_node = local_node;
6168
6169         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
6170         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
6171                 /*
6172                  * We don't want to pressure a particular node.
6173                  * So adding penalty to the first node in same
6174                  * distance group to make it round-robin.
6175                  */
6176                 if (node_distance(local_node, node) !=
6177                     node_distance(local_node, prev_node))
6178                         node_load[node] = load;
6179
6180                 node_order[nr_nodes++] = node;
6181                 prev_node = node;
6182                 load--;
6183         }
6184
6185         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node_order, nr_nodes);
6186         build_thisnode_zonelists(pgdat);
6187 }
6188
6189 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
6190 /*
6191  * Return node id of node used for "local" allocations.
6192  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
6193  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
6194  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
6195  */
6196 int local_memory_node(int node)
6197 {
6198         struct zoneref *z;
6199
6200         z = first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
6201                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
6202                                    NULL);
6203         return zone_to_nid(z->zone);
6204 }
6205 #endif
6206
6207 static void setup_min_unmapped_ratio(void);
6208 static void setup_min_slab_ratio(void);
6209 #else   /* CONFIG_NUMA */
6210
6211 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
6212 {
6213         int node, local_node;
6214         struct zoneref *zonerefs;
6215         int nr_zones;
6216
6217         local_node = pgdat->node_id;
6218
6219         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
6220         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
6221         zonerefs += nr_zones;
6222
6223         /*
6224          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
6225          * of all the other nodes.
6226          * We don't want to pressure a particular node, so when
6227          * building the zones for node N, we make sure that the
6228          * zones coming right after the local ones are those from
6229          * node N+1 (modulo N)
6230          */
6231         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
6232                 if (!node_online(node))
6233                         continue;
6234                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
6235                 zonerefs += nr_zones;
6236         }
6237         for (node = 0; node < local_node; node++) {
6238                 if (!node_online(node))
6239                         continue;
6240                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
6241                 zonerefs += nr_zones;
6242         }
6243
6244         zonerefs->zone = NULL;
6245         zonerefs->zone_idx = 0;
6246 }
6247
6248 #endif  /* CONFIG_NUMA */
6249
6250 /*
6251  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
6252  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
6253  * that an item put on a list will immediately be handed over to
6254  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
6255  * with interrupts disabled.
6256  *
6257  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
6258  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
6259  * hotplugged processors.
6260  *
6261  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
6262  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
6263  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
6264  */
6265 static void per_cpu_pages_init(struct per_cpu_pages *pcp, struct per_cpu_zonestat *pzstats);
6266 /* These effectively disable the pcplists in the boot pageset completely */
6267 #define BOOT_PAGESET_HIGH       0
6268 #define BOOT_PAGESET_BATCH      1
6269 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pages, boot_pageset);
6270 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_zonestat, boot_zonestats);
6271 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_nodestat, boot_nodestats);
6272
6273 static void __build_all_zonelists(void *data)
6274 {
6275         int nid;
6276         int __maybe_unused cpu;
6277         pg_data_t *self = data;
6278         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
6279
6280         spin_lock(&lock);
6281
6282 #ifdef CONFIG_NUMA
6283         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
6284 #endif
6285
6286         /*
6287          * This node is hotadded and no memory is yet present.   So just
6288          * building zonelists is fine - no need to touch other nodes.
6289          */
6290         if (self && !node_online(self->node_id)) {
6291                 build_zonelists(self);
6292         } else {
6293                 for_each_online_node(nid) {
6294                         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6295
6296                         build_zonelists(pgdat);
6297                 }
6298
6299 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
6300                 /*
6301                  * We now know the "local memory node" for each node--
6302                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
6303                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
6304                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
6305                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
6306                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
6307                  */
6308                 for_each_online_cpu(cpu)
6309                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
6310 #endif
6311         }
6312
6313         spin_unlock(&lock);
6314 }
6315
6316 static noinline void __init
6317 build_all_zonelists_init(void)
6318 {
6319         int cpu;
6320
6321         __build_all_zonelists(NULL);
6322
6323         /*
6324          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
6325          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
6326          * each zone will be allocated later when the per cpu
6327          * allocator is available.
6328          *
6329          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
6330          * cpus if the system is already booted because the pagesets
6331          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
6332          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
6333          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
6334          * (a chicken-egg dilemma).
6335          */
6336         for_each_possible_cpu(cpu)
6337                 per_cpu_pages_init(&per_cpu(boot_pageset, cpu), &per_cpu(boot_zonestats, cpu));
6338
6339         mminit_verify_zonelist();
6340         cpuset_init_current_mems_allowed();
6341 }
6342
6343 /*
6344  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
6345  *
6346  * __ref due to call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
6347  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
6348  */
6349 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat)
6350 {
6351         unsigned long vm_total_pages;
6352
6353         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
6354                 build_all_zonelists_init();
6355         } else {
6356                 __build_all_zonelists(pgdat);
6357                 /* cpuset refresh routine should be here */
6358         }
6359         /* Get the number of free pages beyond high watermark in all zones. */
6360         vm_total_pages = nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
6361         /*
6362          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
6363          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
6364          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
6365          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
6366          * disabled and enable it later
6367          */
6368         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
6369                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
6370         else
6371                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
6372
6373         pr_info("Built %u zonelists, mobility grouping %s.  Total pages: %ld\n",
6374                 nr_online_nodes,
6375                 page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
6376                 vm_total_pages);
6377 #ifdef CONFIG_NUMA
6378         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
6379 #endif
6380 }
6381
6382 /* If zone is ZONE_MOVABLE but memory is mirrored, it is an overlapped init */
6383 static bool __meminit
6384 overlap_memmap_init(unsigned long zone, unsigned long *pfn)
6385 {
6386         static struct memblock_region *r;
6387
6388         if (mirrored_kernelcore && zone == ZONE_MOVABLE) {
6389                 if (!r || *pfn >= memblock_region_memory_end_pfn(r)) {
6390                         for_each_mem_region(r) {
6391                                 if (*pfn < memblock_region_memory_end_pfn(r))
6392                                         break;
6393                         }
6394                 }
6395                 if (*pfn >= memblock_region_memory_base_pfn(r) &&
6396                     memblock_is_mirror(r)) {
6397                         *pfn = memblock_region_memory_end_pfn(r);
6398                         return true;
6399                 }
6400         }
6401         return false;
6402 }
6403
6404 /*
6405  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
6406  * up by memblock_free_all() once the early boot process is
6407  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
6408  *
6409  * All aligned pageblocks are initialized to the specified migratetype
6410  * (usually MIGRATE_MOVABLE). Besides setting the migratetype, no related
6411  * zone stats (e.g., nr_isolate_pageblock) are touched.
6412  */
6413 void __meminit memmap_init_range(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
6414                 unsigned long start_pfn, unsigned long zone_end_pfn,
6415                 enum meminit_context context,
6416                 struct vmem_altmap *altmap, int migratetype)
6417 {
6418         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + size;
6419         struct page *page;
6420
6421         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
6422                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
6423
6424 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
6425         /*
6426          * Honor reservation requested by the driver for this ZONE_DEVICE
6427          * memory. We limit the total number of pages to initialize to just
6428          * those that might contain the memory mapping. We will defer the
6429          * ZONE_DEVICE page initialization until after we have released
6430          * the hotplug lock.
6431          */
6432         if (zone == ZONE_DEVICE) {
6433                 if (!altmap)
6434                         return;
6435
6436                 if (start_pfn == altmap->base_pfn)
6437                         start_pfn += altmap->reserve;
6438                 end_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
6439         }
6440 #endif
6441
6442         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; ) {
6443                 /*
6444                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s handed to this
6445                  * function.  They do not exist on hotplugged memory.
6446                  */
6447                 if (context == MEMINIT_EARLY) {
6448                         if (overlap_memmap_init(zone, &pfn))
6449                                 continue;
6450                         if (defer_init(nid, pfn, zone_end_pfn))
6451                                 break;
6452                 }
6453
6454                 page = pfn_to_page(pfn);
6455                 __init_single_page(page, pfn, zone, nid);
6456                 if (context == MEMINIT_HOTPLUG)
6457                         __SetPageReserved(page);
6458
6459                 /*
6460                  * Usually, we want to mark the pageblock MIGRATE_MOVABLE,
6461                  * such that unmovable allocations won't be scattered all
6462                  * over the place during system boot.
6463                  */
6464                 if (IS_ALIGNED(pfn, pageblock_nr_pages)) {
6465                         set_pageblock_migratetype(page, migratetype);
6466                         cond_resched();
6467                 }
6468                 pfn++;
6469         }
6470 }
6471
6472 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
6473 void __ref memmap_init_zone_device(struct zone *zone,
6474                                    unsigned long start_pfn,
6475                                    unsigned long nr_pages,
6476                                    struct dev_pagemap *pgmap)
6477 {
6478         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + nr_pages;
6479         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
6480         struct vmem_altmap *altmap = pgmap_altmap(pgmap);
6481         unsigned long zone_idx = zone_idx(zone);
6482         unsigned long start = jiffies;
6483         int nid = pgdat->node_id;
6484
6485         if (WARN_ON_ONCE(!pgmap || zone_idx(zone) != ZONE_DEVICE))
6486                 return;
6487
6488         /*
6489          * The call to memmap_init should have already taken care
6490          * of the pages reserved for the memmap, so we can just jump to
6491          * the end of that region and start processing the device pages.
6492          */
6493         if (altmap) {
6494                 start_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
6495                 nr_pages = end_pfn - start_pfn;
6496         }
6497
6498         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
6499                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
6500
6501                 __init_single_page(page, pfn, zone_idx, nid);
6502
6503                 /*
6504                  * Mark page reserved as it will need to wait for onlining
6505                  * phase for it to be fully associated with a zone.
6506                  *
6507                  * We can use the non-atomic __set_bit operation for setting
6508                  * the flag as we are still initializing the pages.
6509                  */
6510                 __SetPageReserved(page);
6511
6512                 /*
6513                  * ZONE_DEVICE pages union ->lru with a ->pgmap back pointer
6514                  * and zone_device_data.  It is a bug if a ZONE_DEVICE page is
6515                  * ever freed or placed on a driver-private list.
6516                  */
6517                 page->pgmap = pgmap;
6518                 page->zone_device_data = NULL;
6519
6520                 /*
6521                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
6522                  * movable at startup. This will force kernel allocations
6523                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
6524                  * the address space during boot when many long-lived
6525                  * kernel allocations are made.
6526                  *
6527                  * Please note that MEMINIT_HOTPLUG path doesn't clear memmap
6528                  * because this is done early in section_activate()
6529                  */
6530                 if (IS_ALIGNED(pfn, pageblock_nr_pages)) {
6531                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
6532                         cond_resched();
6533                 }
6534         }
6535
6536         pr_info("%s initialised %lu pages in %ums\n", __func__,
6537                 nr_pages, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
6538 }
6539
6540 #endif
6541 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
6542 {
6543         unsigned int order, t;
6544         for_each_migratetype_order(order, t) {
6545                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
6546                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
6547         }
6548 }
6549
6550 #if !defined(CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP)
6551 /*
6552  * Only struct pages that correspond to ranges defined by memblock.memory
6553  * are zeroed and initialized by going through __init_single_page() during
6554  * memmap_init_zone_range().
6555  *
6556  * But, there could be struct pages that correspond to holes in
6557  * memblock.memory. This can happen because of the following reasons:
6558  * - physical memory bank size is not necessarily the exact multiple of the
6559  *   arbitrary section size
6560  * - early reserved memory may not be listed in memblock.memory
6561  * - memory layouts defined with memmap= kernel parameter may not align
6562  *   nicely with memmap sections
6563  *
6564  * Explicitly initialize those struct pages so that:
6565  * - PG_Reserved is set
6566  * - zone and node links point to zone and node that span the page if the
6567  *   hole is in the middle of a zone
6568  * - zone and node links point to adjacent zone/node if the hole falls on
6569  *   the zone boundary; the pages in such holes will be prepended to the
6570  *   zone/node above the hole except for the trailing pages in the last
6571  *   section that will be appended to the zone/node below.
6572  */
6573 static void __init init_unavailable_range(unsigned long spfn,
6574                                           unsigned long epfn,
6575                                           int zone, int node)
6576 {
6577         unsigned long pfn;
6578         u64 pgcnt = 0;
6579
6580         for (pfn = spfn; pfn < epfn; pfn++) {
6581                 if (!pfn_valid(ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages))) {
6582                         pfn = ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages)
6583                                 + pageblock_nr_pages - 1;
6584                         continue;
6585                 }
6586                 __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zone, node);
6587                 __SetPageReserved(pfn_to_page(pfn));
6588                 pgcnt++;
6589         }
6590
6591         if (pgcnt)
6592                 pr_info("On node %d, zone %s: %lld pages in unavailable ranges",
6593                         node, zone_names[zone], pgcnt);
6594 }
6595 #else
6596 static inline void init_unavailable_range(unsigned long spfn,
6597                                           unsigned long epfn,
6598                                           int zone, int node)
6599 {
6600 }
6601 #endif
6602
6603 static void __init memmap_init_zone_range(struct zone *zone,
6604                                           unsigned long start_pfn,
6605                                           unsigned long end_pfn,
6606                                           unsigned long *hole_pfn)
6607 {
6608         unsigned long zone_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
6609         unsigned long zone_end_pfn = zone_start_pfn + zone->spanned_pages;
6610         int nid = zone_to_nid(zone), zone_id = zone_idx(zone);
6611
6612         start_pfn = clamp(start_pfn, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6613         end_pfn = clamp(end_pfn, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6614
6615         if (start_pfn >= end_pfn)
6616                 return;
6617
6618         memmap_init_range(end_pfn - start_pfn, nid, zone_id, start_pfn,
6619                           zone_end_pfn, MEMINIT_EARLY, NULL, MIGRATE_MOVABLE);
6620
6621         if (*hole_pfn < start_pfn)
6622                 init_unavailable_range(*hole_pfn, start_pfn, zone_id, nid);
6623
6624         *hole_pfn = end_pfn;
6625 }
6626
6627 static void __init memmap_init(void)
6628 {
6629         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6630         unsigned long hole_pfn = 0;
6631         int i, j, zone_id, nid;
6632
6633         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
6634                 struct pglist_data *node = NODE_DATA(nid);
6635
6636                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6637                         struct zone *zone = node->node_zones + j;
6638
6639                         if (!populated_zone(zone))
6640                                 continue;
6641
6642                         memmap_init_zone_range(zone, start_pfn, end_pfn,
6643                                                &hole_pfn);
6644                         zone_id = j;
6645                 }
6646         }
6647
6648 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
6649         /*
6650          * Initialize the memory map for hole in the range [memory_end,
6651          * section_end].
6652          * Append the pages in this hole to the highest zone in the last
6653          * node.
6654          * The call to init_unavailable_range() is outside the ifdef to
6655          * silence the compiler warining about zone_id set but not used;
6656          * for FLATMEM it is a nop anyway
6657          */
6658         end_pfn = round_up(end_pfn, PAGES_PER_SECTION);
6659         if (hole_pfn < end_pfn)
6660 #endif
6661                 init_unavailable_range(hole_pfn, end_pfn, zone_id, nid);
6662 }
6663
6664 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
6665 {
6666 #ifdef CONFIG_MMU
6667         int batch;
6668
6669         /*
6670          * The number of pages to batch allocate is either ~0.1%
6671          * of the zone or 1MB, whichever is smaller. The batch
6672          * size is striking a balance between allocation latency
6673          * and zone lock contention.
6674          */
6675         batch = min(zone_managed_pages(zone) >> 10, (1024 * 1024) / PAGE_SIZE);
6676         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
6677         if (batch < 1)
6678                 batch = 1;
6679
6680         /*
6681          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
6682          * of 2 value was found to be more likely to have
6683          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
6684          *
6685          * For example if 2 tasks are alternately allocating
6686          * batches of pages, one task can end up with a lot
6687          * of pages of one half of the possible page colors
6688          * and the other with pages of the other colors.
6689          */
6690         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
6691
6692         return batch;
6693
6694 #else
6695         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
6696          * conditions.
6697          *
6698          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
6699          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
6700          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
6701          *
6702          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
6703          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
6704          * can be a significant delay between the individual batches being
6705          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
6706          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
6707          */
6708         return 0;
6709 #endif
6710 }
6711
6712 static int zone_highsize(struct zone *zone, int batch, int cpu_online)
6713 {
6714 #ifdef CONFIG_MMU
6715         int high;
6716         int nr_local_cpus;
6717         unsigned long total_pages;
6718
6719         if (!percpu_pagelist_high_fraction) {
6720                 /*
6721                  * By default, the high value of the pcp is based on the zone
6722                  * low watermark so that if they are full then background
6723                  * reclaim will not be started prematurely.
6724                  */
6725                 total_pages = low_wmark_pages(zone);
6726         } else {
6727                 /*
6728                  * If percpu_pagelist_high_fraction is configured, the high
6729                  * value is based on a fraction of the managed pages in the
6730                  * zone.
6731                  */
6732                 total_pages = zone_managed_pages(zone) / percpu_pagelist_high_fraction;
6733         }
6734
6735         /*
6736          * Split the high value across all online CPUs local to the zone. Note
6737          * that early in boot that CPUs may not be online yet and that during
6738          * CPU hotplug that the cpumask is not yet updated when a CPU is being
6739          * onlined.
6740          */
6741         nr_local_cpus = max(1U, cpumask_weight(cpumask_of_node(zone_to_nid(zone)))) + cpu_online;
6742         high = total_pages / nr_local_cpus;
6743
6744         /*
6745          * Ensure high is at least batch*4. The multiple is based on the
6746          * historical relationship between high and batch.
6747          */
6748         high = max(high, batch << 2);
6749
6750         return high;
6751 #else
6752         return 0;
6753 #endif
6754 }
6755
6756 /*
6757  * pcp->high and pcp->batch values are related and generally batch is lower
6758  * than high. They are also related to pcp->count such that count is lower
6759  * than high, and as soon as it reaches high, the pcplist is flushed.
6760  *
6761  * However, guaranteeing these relations at all times would require e.g. write
6762  * barriers here but also careful usage of read barriers at the read side, and
6763  * thus be prone to error and bad for performance. Thus the update only prevents
6764  * store tearing. Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they
6765  * can cope with those fields changing asynchronously, and fully trust only the
6766  * pcp->count field on the local CPU with interrupts disabled.
6767  *
6768  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
6769  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
6770  * exist).
6771  */
6772 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
6773                 unsigned long batch)
6774 {
6775         WRITE_ONCE(pcp->batch, batch);
6776         WRITE_ONCE(pcp->high, high);
6777 }
6778
6779 static void per_cpu_pages_init(struct per_cpu_pages *pcp, struct per_cpu_zonestat *pzstats)
6780 {
6781         int migratetype;
6782
6783         memset(pcp, 0, sizeof(*pcp));
6784         memset(pzstats, 0, sizeof(*pzstats));
6785
6786         for (migratetype = 0; migratetype < MIGRATE_PCPTYPES; migratetype++)
6787                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[migratetype]);
6788
6789         /*
6790          * Set batch and high values safe for a boot pageset. A true percpu
6791          * pageset's initialization will update them subsequently. Here we don't
6792          * need to be as careful as pageset_update() as nobody can access the
6793          * pageset yet.
6794          */
6795         pcp->high = BOOT_PAGESET_HIGH;
6796         pcp->batch = BOOT_PAGESET_BATCH;
6797         pcp->free_factor = 0;
6798 }
6799
6800 static void __zone_set_pageset_high_and_batch(struct zone *zone, unsigned long high,
6801                 unsigned long batch)
6802 {
6803         struct per_cpu_pages *pcp;
6804         int cpu;
6805
6806         for_each_possible_cpu(cpu) {
6807                 pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
6808                 pageset_update(pcp, high, batch);
6809         }
6810 }
6811
6812 /*
6813  * Calculate and set new high and batch values for all per-cpu pagesets of a
6814  * zone based on the zone's size.
6815  */
6816 static void zone_set_pageset_high_and_batch(struct zone *zone, int cpu_online)
6817 {
6818         int new_high, new_batch;
6819
6820         new_batch = max(1, zone_batchsize(zone));
6821         new_high = zone_highsize(zone, new_batch, cpu_online);
6822
6823         if (zone->pageset_high == new_high &&
6824             zone->pageset_batch == new_batch)
6825                 return;
6826
6827         zone->pageset_high = new_high;
6828         zone->pageset_batch = new_batch;
6829
6830         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, new_high, new_batch);
6831 }
6832
6833 void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
6834 {
6835         int cpu;
6836
6837         /* Size may be 0 on !SMP && !NUMA */
6838         if (sizeof(struct per_cpu_zonestat) > 0)
6839                 zone->per_cpu_zonestats = alloc_percpu(struct per_cpu_zonestat);
6840
6841         zone->per_cpu_pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pages);
6842         for_each_possible_cpu(cpu) {
6843                 struct per_cpu_pages *pcp;
6844                 struct per_cpu_zonestat *pzstats;
6845
6846                 pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
6847                 pzstats = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_zonestats, cpu);
6848                 per_cpu_pages_init(pcp, pzstats);
6849         }
6850
6851         zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0);
6852 }
6853
6854 /*
6855  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
6856  * Before this call only boot pagesets were available.
6857  */
6858 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
6859 {
6860         struct pglist_data *pgdat;
6861         struct zone *zone;
6862         int __maybe_unused cpu;
6863
6864         for_each_populated_zone(zone)
6865                 setup_zone_pageset(zone);
6866
6867 #ifdef CONFIG_NUMA
6868         /*
6869          * Unpopulated zones continue using the boot pagesets.
6870          * The numa stats for these pagesets need to be reset.
6871          * Otherwise, they will end up skewing the stats of
6872          * the nodes these zones are associated with.
6873          */
6874         for_each_possible_cpu(cpu) {
6875                 struct per_cpu_zonestat *pzstats = &per_cpu(boot_zonestats, cpu);
6876                 memset(pzstats->vm_numa_event, 0,
6877                        sizeof(pzstats->vm_numa_event));
6878         }
6879 #endif
6880
6881         for_each_online_pgdat(pgdat)
6882                 pgdat->per_cpu_nodestats =
6883                         alloc_percpu(struct per_cpu_nodestat);
6884 }
6885
6886 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
6887 {
6888         /*
6889          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
6890          * relies on the ability of the linker to provide the
6891          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
6892          */
6893         zone->per_cpu_pageset = &boot_pageset;
6894         zone->per_cpu_zonestats = &boot_zonestats;
6895         zone->pageset_high = BOOT_PAGESET_HIGH;
6896         zone->pageset_batch = BOOT_PAGESET_BATCH;
6897
6898         if (populated_zone(zone))
6899                 pr_debug("  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n", zone->name,
6900                          zone->present_pages, zone_batchsize(zone));
6901 }
6902
6903 void __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
6904                                         unsigned long zone_start_pfn,
6905                                         unsigned long size)
6906 {
6907         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
6908         int zone_idx = zone_idx(zone) + 1;
6909
6910         if (zone_idx > pgdat->nr_zones)
6911                 pgdat->nr_zones = zone_idx;
6912
6913         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
6914
6915         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
6916                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
6917                         pgdat->node_id,
6918                         (unsigned long)zone_idx(zone),
6919                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
6920
6921         zone_init_free_lists(zone);
6922         zone->initialized = 1;
6923 }
6924
6925 /**
6926  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
6927  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
6928  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
6929  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
6930  *
6931  * It returns the start and end page frame of a node based on information
6932  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
6933  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
6934  * PFNs will be 0.
6935  */
6936 void __init get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
6937                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
6938 {
6939         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
6940         int i;
6941
6942         *start_pfn = -1UL;
6943         *end_pfn = 0;
6944
6945         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
6946                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
6947                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
6948         }
6949
6950         if (*start_pfn == -1UL)
6951                 *start_pfn = 0;
6952 }
6953
6954 /*
6955  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
6956  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
6957  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
6958  */
6959 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
6960 {
6961         int zone_index;
6962         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
6963                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
6964                         continue;
6965
6966                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
6967                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
6968                         break;
6969         }
6970
6971         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
6972         movable_zone = zone_index;
6973 }
6974
6975 /*
6976  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
6977  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
6978  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
6979  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
6980  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
6981  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
6982  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
6983  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
6984  */
6985 static void __init adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
6986                                         unsigned long zone_type,
6987                                         unsigned long node_start_pfn,
6988                                         unsigned long node_end_pfn,
6989                                         unsigned long *zone_start_pfn,
6990                                         unsigned long *zone_end_pfn)
6991 {
6992         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
6993         if (zone_movable_pfn[nid]) {
6994                 /* Size ZONE_MOVABLE */
6995                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
6996                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
6997                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
6998                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
6999
7000                 /* Adjust for ZONE_MOVABLE starting within this range */
7001                 } else if (!mirrored_kernelcore &&
7002                         *zone_start_pfn < zone_movable_pfn[nid] &&
7003                         *zone_end_pfn > zone_movable_pfn[nid]) {
7004                         *zone_end_pfn = zone_movable_pfn[nid];
7005
7006                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
7007                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
7008                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
7009         }
7010 }
7011
7012 /*
7013  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
7014  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
7015  */
7016 static unsigned long __init zone_spanned_pages_in_node(int nid,
7017                                         unsigned long zone_type,
7018                                         unsigned long node_start_pfn,
7019                                         unsigned long node_end_pfn,
7020                                         unsigned long *zone_start_pfn,
7021                                         unsigned long *zone_end_pfn)
7022 {
7023         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
7024         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
7025         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
7026         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
7027                 return 0;
7028
7029         /* Get the start and end of the zone */
7030         *zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
7031         *zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
7032         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
7033                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
7034                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
7035
7036         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
7037         if (*zone_end_pfn < node_start_pfn || *zone_start_pfn > node_end_pfn)
7038                 return 0;
7039
7040         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
7041         *zone_end_pfn = min(*zone_end_pfn, node_end_pfn);
7042         *zone_start_pfn = max(*zone_start_pfn, node_start_pfn);
7043
7044         /* Return the spanned pages */
7045         return *zone_end_pfn - *zone_start_pfn;
7046 }
7047
7048 /*
7049  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
7050  * then all holes in the requested range will be accounted for.
7051  */
7052 unsigned long __init __absent_pages_in_range(int nid,
7053                                 unsigned long range_start_pfn,
7054                                 unsigned long range_end_pfn)
7055 {
7056         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
7057         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7058         int i;
7059
7060         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
7061                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
7062                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
7063                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
7064         }
7065         return nr_absent;
7066 }
7067
7068 /**
7069  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
7070  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
7071  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
7072  *
7073  * Return: the number of pages frames in memory holes within a range.
7074  */
7075 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
7076                                                         unsigned long end_pfn)
7077 {
7078         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
7079 }
7080
7081 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
7082 static unsigned long __init zone_absent_pages_in_node(int nid,
7083                                         unsigned long zone_type,
7084                                         unsigned long node_start_pfn,
7085                                         unsigned long node_end_pfn)
7086 {
7087         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
7088         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
7089         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
7090         unsigned long nr_absent;
7091
7092         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
7093         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
7094                 return 0;
7095
7096         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
7097         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
7098
7099         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
7100                         node_start_pfn, node_end_pfn,
7101                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
7102         nr_absent = __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
7103
7104         /*
7105          * ZONE_MOVABLE handling.
7106          * Treat pages to be ZONE_MOVABLE in ZONE_NORMAL as absent pages
7107          * and vice versa.
7108          */
7109         if (mirrored_kernelcore && zone_movable_pfn[nid]) {
7110                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
7111                 struct memblock_region *r;
7112
7113                 for_each_mem_region(r) {
7114                         start_pfn = clamp(memblock_region_memory_base_pfn(r),
7115                                           zone_start_pfn, zone_end_pfn);
7116                         end_pfn = clamp(memblock_region_memory_end_pfn(r),
7117                                         zone_start_pfn, zone_end_pfn);
7118
7119                         if (zone_type == ZONE_MOVABLE &&
7120                             memblock_is_mirror(r))
7121                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
7122
7123                         if (zone_type == ZONE_NORMAL &&
7124                             !memblock_is_mirror(r))
7125                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
7126                 }
7127         }
7128
7129         return nr_absent;
7130 }
7131
7132 static void __init calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
7133                                                 unsigned long node_start_pfn,
7134                                                 unsigned long node_end_pfn)
7135 {
7136         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
7137         enum zone_type i;
7138
7139         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7140                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
7141                 unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
7142                 unsigned long spanned, absent;
7143                 unsigned long size, real_size;
7144
7145                 spanned = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
7146                                                      node_start_pfn,
7147                                                      node_end_pfn,
7148                                                      &zone_start_pfn,
7149                                                      &zone_end_pfn);
7150                 absent = zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
7151                                                    node_start_pfn,
7152                                                    node_end_pfn);
7153
7154                 size = spanned;
7155                 real_size = size - absent;
7156
7157                 if (size)
7158                         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
7159                 else
7160                         zone->zone_start_pfn = 0;
7161                 zone->spanned_pages = size;
7162                 zone->present_pages = real_size;
7163
7164                 totalpages += size;
7165                 realtotalpages += real_size;
7166         }
7167
7168         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
7169         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
7170         pr_debug("On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id, realtotalpages);
7171 }
7172
7173 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
7174 /*
7175  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
7176  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
7177  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
7178  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
7179  * bytes.
7180  */
7181 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
7182 {
7183         unsigned long usemapsize;
7184
7185         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
7186         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
7187         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
7188         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
7189         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
7190
7191         return usemapsize / 8;
7192 }
7193
7194 static void __ref setup_usemap(struct zone *zone)
7195 {
7196         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone->zone_start_pfn,
7197                                                zone->spanned_pages);
7198         zone->pageblock_flags = NULL;
7199         if (usemapsize) {
7200                 zone->pageblock_flags =
7201                         memblock_alloc_node(usemapsize, SMP_CACHE_BYTES,
7202                                             zone_to_nid(zone));
7203                 if (!zone->pageblock_flags)
7204                         panic("Failed to allocate %ld bytes for zone %s pageblock flags on node %d\n",
7205                               usemapsize, zone->name, zone_to_nid(zone));
7206         }
7207 }
7208 #else
7209 static inline void setup_usemap(struct zone *zone) {}
7210 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
7211
7212 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
7213
7214 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
7215 void __init set_pageblock_order(void)
7216 {
7217         unsigned int order;
7218
7219         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
7220         if (pageblock_order)
7221                 return;
7222
7223         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT)
7224                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
7225         else
7226                 order = MAX_ORDER - 1;
7227
7228         /*
7229          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
7230          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
7231          * powerpc.
7232          */
7233         pageblock_order = order;
7234 }
7235 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
7236
7237 /*
7238  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
7239  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
7240  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
7241  * the kernel config
7242  */
7243 void __init set_pageblock_order(void)
7244 {
7245 }
7246
7247 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
7248
7249 static unsigned long __init calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
7250                                                 unsigned long present_pages)
7251 {
7252         unsigned long pages = spanned_pages;
7253
7254         /*
7255          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
7256          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
7257          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
7258          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
7259          * populated regions may not be naturally aligned on page boundary.
7260          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
7261          */
7262         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
7263             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
7264                 pages = present_pages;
7265
7266         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
7267 }
7268
7269 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
7270 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat)
7271 {
7272         struct deferred_split *ds_queue = &pgdat->deferred_split_queue;
7273
7274         spin_lock_init(&ds_queue->split_queue_lock);
7275         INIT_LIST_HEAD(&ds_queue->split_queue);
7276         ds_queue->split_queue_len = 0;
7277 }
7278 #else
7279 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat) {}
7280 #endif
7281
7282 #ifdef CONFIG_COMPACTION
7283 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat)
7284 {
7285         init_waitqueue_head(&pgdat->kcompactd_wait);
7286 }
7287 #else
7288 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat) {}
7289 #endif
7290
7291 static void __meminit pgdat_init_internals(struct pglist_data *pgdat)
7292 {
7293         pgdat_resize_init(pgdat);
7294
7295         pgdat_init_split_queue(pgdat);
7296         pgdat_init_kcompactd(pgdat);
7297
7298         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
7299         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
7300
7301         pgdat_page_ext_init(pgdat);
7302         lruvec_init(&pgdat->__lruvec);
7303 }
7304
7305 static void __meminit zone_init_internals(struct zone *zone, enum zone_type idx, int nid,
7306                                                         unsigned long remaining_pages)
7307 {
7308         atomic_long_set(&zone->managed_pages, remaining_pages);
7309         zone_set_nid(zone, nid);
7310         zone->name = zone_names[idx];
7311         zone->zone_pgdat = NODE_DATA(nid);
7312         spin_lock_init(&zone->lock);
7313         zone_seqlock_init(zone);
7314         zone_pcp_init(zone);
7315 }
7316
7317 /*
7318  * Set up the zone data structures
7319  * - init pgdat internals
7320  * - init all zones belonging to this node
7321  *
7322  * NOTE: this function is only called during memory hotplug
7323  */
7324 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
7325 void __ref free_area_init_core_hotplug(int nid)
7326 {
7327         enum zone_type z;
7328         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
7329
7330         pgdat_init_internals(pgdat);
7331         for (z = 0; z < MAX_NR_ZONES; z++)
7332                 zone_init_internals(&pgdat->node_zones[z], z, nid, 0);
7333 }
7334 #endif
7335
7336 /*
7337  * Set up the zone data structures:
7338  *   - mark all pages reserved
7339  *   - mark all memory queues empty
7340  *   - clear the memory bitmaps
7341  *
7342  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
7343  * NOTE: this function is only called during early init.
7344  */
7345 static void __init free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat)
7346 {
7347         enum zone_type j;
7348         int nid = pgdat->node_id;
7349
7350         pgdat_init_internals(pgdat);
7351         pgdat->per_cpu_nodestats = &boot_nodestats;
7352
7353         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
7354                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
7355                 unsigned long size, freesize, memmap_pages;
7356
7357                 size = zone->spanned_pages;
7358                 freesize = zone->present_pages;
7359
7360                 /*
7361                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
7362                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
7363                  * and per-cpu initialisations
7364                  */
7365                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, freesize);
7366                 if (!is_highmem_idx(j)) {
7367                         if (freesize >= memmap_pages) {
7368                                 freesize -= memmap_pages;
7369                                 if (memmap_pages)
7370                                         pr_debug("  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
7371                                                  zone_names[j], memmap_pages);
7372                         } else
7373                                 pr_warn("  %s zone: %lu memmap pages exceeds freesize %lu\n",
7374                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
7375                 }
7376
7377                 /* Account for reserved pages */
7378                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
7379                         freesize -= dma_reserve;
7380                         pr_debug("  %s zone: %lu pages reserved\n", zone_names[0], dma_reserve);
7381                 }
7382
7383                 if (!is_highmem_idx(j))
7384                         nr_kernel_pages += freesize;
7385                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
7386                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
7387                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
7388                 nr_all_pages += freesize;
7389
7390                 /*
7391                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
7392                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
7393                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
7394                  */
7395                 zone_init_internals(zone, j, nid, freesize);
7396
7397                 if (!size)
7398                         continue;
7399
7400                 set_pageblock_order();
7401                 setup_usemap(zone);
7402                 init_currently_empty_zone(zone, zone->zone_start_pfn, size);
7403         }
7404 }
7405
7406 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
7407 static void __ref alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
7408 {
7409         unsigned long __maybe_unused start = 0;
7410         unsigned long __maybe_unused offset = 0;
7411
7412         /* Skip empty nodes */
7413         if (!pgdat->node_spanned_pages)
7414                 return;
7415
7416         start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
7417         offset = pgdat->node_start_pfn - start;
7418         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
7419         if (!pgdat->node_mem_map) {
7420                 unsigned long size, end;
7421                 struct page *map;
7422
7423                 /*
7424                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
7425                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
7426                  * for the buddy allocator to function correctly.
7427                  */
7428                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
7429                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
7430                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
7431                 map = memblock_alloc_node(size, SMP_CACHE_BYTES,
7432                                           pgdat->node_id);
7433                 if (!map)
7434                         panic("Failed to allocate %ld bytes for node %d memory map\n",
7435                               size, pgdat->node_id);
7436                 pgdat->node_mem_map = map + offset;
7437         }
7438         pr_debug("%s: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
7439                                 __func__, pgdat->node_id, (unsigned long)pgdat,
7440                                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
7441 #ifndef CONFIG_NUMA
7442         /*
7443          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
7444          */
7445         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
7446                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
7447                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
7448                         mem_map -= offset;
7449         }
7450 #endif
7451 }
7452 #else
7453 static void __ref alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat) { }
7454 #endif /* CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
7455
7456 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
7457 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat)
7458 {
7459         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
7460 }
7461 #else
7462 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat) {}
7463 #endif
7464
7465 static void __init free_area_init_node(int nid)
7466 {
7467         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
7468         unsigned long start_pfn = 0;
7469         unsigned long end_pfn = 0;
7470
7471         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
7472         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->kswapd_highest_zoneidx);
7473
7474         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
7475
7476         pgdat->node_id = nid;
7477         pgdat->node_start_pfn = start_pfn;
7478         pgdat->per_cpu_nodestats = NULL;
7479
7480         pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
7481                 (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
7482                 end_pfn ? ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1 : 0);
7483         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn);
7484
7485         alloc_node_mem_map(pgdat);
7486         pgdat_set_deferred_range(pgdat);
7487
7488         free_area_init_core(pgdat);
7489 }
7490
7491 void __init free_area_init_memoryless_node(int nid)
7492 {
7493         free_area_init_node(nid);
7494 }
7495
7496 #if MAX_NUMNODES > 1
7497 /*
7498  * Figure out the number of possible node ids.
7499  */
7500 void __init setup_nr_node_ids(void)
7501 {
7502         unsigned int highest;
7503
7504         highest = find_last_bit(node_possible_map.bits, MAX_NUMNODES);
7505         nr_node_ids = highest + 1;
7506 }
7507 #endif
7508
7509 /**
7510  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
7511  *
7512  * This function should be called after node map is populated and sorted.
7513  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
7514  * all the nodes.
7515  *
7516  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
7517  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
7518  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
7519  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
7520  *
7521  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
7522  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
7523  * populated node map.
7524  *
7525  * Return: the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
7526  * requirement (single node).
7527  */
7528 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
7529 {
7530         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
7531         unsigned long start, end, mask;
7532         int last_nid = NUMA_NO_NODE;
7533         int i, nid;
7534
7535         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
7536                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
7537                         last_nid = nid;
7538                         last_end = end;
7539                         continue;
7540                 }
7541
7542                 /*
7543                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
7544                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
7545                  * too coarse to separate the current node from the last.
7546                  */
7547                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
7548                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
7549                         mask <<= 1;
7550
7551                 /* accumulate all internode masks */
7552                 accl_mask |= mask;
7553         }
7554
7555         /* convert mask to number of pages */
7556         return ~accl_mask + 1;
7557 }
7558
7559 /**
7560  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
7561  *
7562  * Return: the minimum PFN based on information provided via
7563  * memblock_set_node().
7564  */
7565 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
7566 {
7567         return PHYS_PFN(memblock_start_of_DRAM());
7568 }
7569
7570 /*
7571  * early_calculate_totalpages()
7572  * Sum pages in active regions for movable zone.
7573  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
7574  */
7575 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
7576 {
7577         unsigned long totalpages = 0;
7578         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7579         int i, nid;
7580
7581         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
7582                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
7583
7584                 totalpages += pages;
7585                 if (pages)
7586                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
7587         }
7588         return totalpages;
7589 }
7590
7591 /*
7592  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
7593  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
7594  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
7595  * others
7596  */
7597 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
7598 {
7599         int i, nid;
7600         unsigned long usable_startpfn;
7601         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
7602         /* save the state before borrow the nodemask */
7603         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
7604         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
7605         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
7606         struct memblock_region *r;
7607
7608         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
7609         find_usable_zone_for_movable();
7610
7611         /*
7612          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
7613          * options.
7614          */
7615         if (movable_node_is_enabled()) {
7616                 for_each_mem_region(r) {
7617                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
7618                                 continue;
7619
7620                         nid = memblock_get_region_node(r);
7621
7622                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
7623                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
7624                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
7625                                 usable_startpfn;
7626                 }
7627
7628                 goto out2;
7629         }
7630
7631         /*
7632          * If kernelcore=mirror is specified, ignore movablecore option
7633          */
7634         if (mirrored_kernelcore) {
7635                 bool mem_below_4gb_not_mirrored = false;
7636
7637                 for_each_mem_region(r) {
7638                         if (memblock_is_mirror(r))
7639                                 continue;
7640
7641                         nid = memblock_get_region_node(r);
7642
7643                         usable_startpfn = memblock_region_memory_base_pfn(r);
7644
7645                         if (usable_startpfn < 0x100000) {
7646                                 mem_below_4gb_not_mirrored = true;
7647                                 continue;
7648                         }
7649
7650                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
7651                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
7652                                 usable_startpfn;
7653                 }
7654
7655                 if (mem_below_4gb_not_mirrored)
7656                         pr_warn("This configuration results in unmirrored kernel memory.\n");
7657
7658                 goto out2;
7659         }
7660
7661         /*
7662          * If kernelcore=nn% or movablecore=nn% was specified, calculate the
7663          * amount of necessary memory.
7664          */
7665         if (required_kernelcore_percent)
7666                 required_kernelcore = (totalpages * 100 * required_kernelcore_percent) /
7667                                        10000UL;
7668         if (required_movablecore_percent)
7669                 required_movablecore = (totalpages * 100 * required_movablecore_percent) /
7670                                         10000UL;
7671
7672         /*
7673          * If movablecore= was specified, calculate what size of
7674          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
7675          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
7676          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
7677          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
7678          * what movablecore would have allowed.
7679          */
7680         if (required_movablecore) {
7681                 unsigned long corepages;
7682
7683                 /*
7684                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
7685                  * was requested by the user
7686                  */
7687                 required_movablecore =
7688                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
7689                 required_movablecore = min(totalpages, required_movablecore);
7690                 corepages = totalpages - required_movablecore;
7691
7692                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
7693         }
7694
7695         /*
7696          * If kernelcore was not specified or kernelcore size is larger
7697          * than totalpages, there is no ZONE_MOVABLE.
7698          */
7699         if (!required_kernelcore || required_kernelcore >= totalpages)
7700                 goto out;
7701
7702         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
7703         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
7704
7705 restart:
7706         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
7707         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
7708         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
7709                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
7710
7711                 /*
7712                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
7713                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
7714                  * amount of memory for the kernel
7715                  */
7716                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
7717                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
7718
7719                 /*
7720                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
7721                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
7722                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
7723                  */
7724                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
7725
7726                 /* Go through each range of PFNs within this node */
7727                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
7728                         unsigned long size_pages;
7729
7730                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
7731                         if (start_pfn >= end_pfn)
7732                                 continue;
7733
7734                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
7735                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
7736                                 unsigned long kernel_pages;
7737                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
7738                                                                 - start_pfn;
7739
7740                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
7741                                                         kernelcore_remaining);
7742                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
7743                                                         required_kernelcore);
7744
7745                                 /* Continue if range is now fully accounted */
7746                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
7747
7748                                         /*
7749                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
7750                                          * that if we have to rebalance
7751                                          * kernelcore across nodes, we will
7752                                          * not double account here
7753                                          */
7754                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
7755                                         continue;
7756                                 }
7757                                 start_pfn = usable_startpfn;
7758                         }
7759
7760                         /*
7761                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
7762                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
7763                          * number of pages used as kernelcore
7764                          */
7765                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
7766                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
7767                                 size_pages = kernelcore_remaining;
7768                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
7769
7770                         /*
7771                          * Some kernelcore has been met, update counts and
7772                          * break if the kernelcore for this node has been
7773                          * satisfied
7774                          */
7775                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
7776                                                                 size_pages);
7777                         kernelcore_remaining -= size_pages;
7778                         if (!kernelcore_remaining)
7779                                 break;
7780                 }
7781         }
7782
7783         /*
7784          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
7785          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
7786          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
7787          * satisfied
7788          */
7789         usable_nodes--;
7790         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
7791                 goto restart;
7792
7793 out2:
7794         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
7795         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++)
7796                 zone_movable_pfn[nid] =
7797                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
7798
7799 out:
7800         /* restore the node_state */
7801         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
7802 }
7803
7804 /* Any regular or high memory on that node ? */
7805 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
7806 {
7807         enum zone_type zone_type;
7808
7809         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
7810                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
7811                 if (populated_zone(zone)) {
7812                         if (IS_ENABLED(CONFIG_HIGHMEM))
7813                                 node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
7814                         if (zone_type <= ZONE_NORMAL)
7815                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
7816                         break;
7817                 }
7818         }
7819 }
7820
7821 /*
7822  * Some architectures, e.g. ARC may have ZONE_HIGHMEM below ZONE_NORMAL. For
7823  * such cases we allow max_zone_pfn sorted in the descending order
7824  */
7825 bool __weak arch_has_descending_max_zone_pfns(void)
7826 {
7827         return false;
7828 }
7829
7830 /**
7831  * free_area_init - Initialise all pg_data_t and zone data
7832  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
7833  *
7834  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
7835  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
7836  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
7837  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
7838  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
7839  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
7840  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
7841  * at arch_max_dma_pfn.
7842  */
7843 void __init free_area_init(unsigned long *max_zone_pfn)
7844 {
7845         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7846         int i, nid, zone;
7847         bool descending;
7848
7849         /* Record where the zone boundaries are */
7850         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
7851                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
7852         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
7853                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
7854
7855         start_pfn = find_min_pfn_with_active_regions();
7856         descending = arch_has_descending_max_zone_pfns();
7857
7858         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7859                 if (descending)
7860                         zone = MAX_NR_ZONES - i - 1;
7861                 else
7862                         zone = i;
7863
7864                 if (zone == ZONE_MOVABLE)
7865                         continue;
7866
7867                 end_pfn = max(max_zone_pfn[zone], start_pfn);
7868                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone] = start_pfn;
7869                 arch_zone_highest_possible_pfn[zone] = end_pfn;
7870
7871                 start_pfn = end_pfn;
7872         }
7873
7874         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
7875         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
7876         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
7877
7878         /* Print out the zone ranges */
7879         pr_info("Zone ranges:\n");
7880         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7881                 if (i == ZONE_MOVABLE)
7882                         continue;
7883                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
7884                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
7885                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
7886                         pr_cont("empty\n");
7887                 else
7888                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
7889                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
7890                                         << PAGE_SHIFT,
7891                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
7892                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
7893         }
7894
7895         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
7896         pr_info("Movable zone start for each node\n");
7897         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
7898                 if (zone_movable_pfn[i])
7899                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
7900                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
7901         }
7902
7903         /*
7904          * Print out the early node map, and initialize the
7905          * subsection-map relative to active online memory ranges to
7906          * enable future "sub-section" extensions of the memory map.
7907          */
7908         pr_info("Early memory node ranges\n");
7909         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
7910                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
7911                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
7912                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
7913                 subsection_map_init(start_pfn, end_pfn - start_pfn);
7914         }
7915
7916         /* Initialise every node */
7917         mminit_verify_pageflags_layout();
7918         setup_nr_node_ids();
7919         for_each_online_node(nid) {
7920                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
7921                 free_area_init_node(nid);
7922
7923                 /* Any memory on that node */
7924                 if (pgdat->node_present_pages)
7925                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
7926                 check_for_memory(pgdat, nid);
7927         }
7928
7929         memmap_init();
7930 }
7931
7932 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core,
7933                                      unsigned long *percent)
7934 {
7935         unsigned long long coremem;
7936         char *endptr;
7937
7938         if (!p)
7939                 return -EINVAL;
7940
7941         /* Value may be a percentage of total memory, otherwise bytes */
7942         coremem = simple_strtoull(p, &endptr, 0);
7943         if (*endptr == '%') {
7944                 /* Paranoid check for percent values greater than 100 */
7945                 WARN_ON(coremem > 100);
7946
7947                 *percent = coremem;
7948         } else {
7949                 coremem = memparse(p, &p);
7950                 /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
7951                 WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
7952
7953                 *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
7954                 *percent = 0UL;
7955         }
7956         return 0;
7957 }
7958
7959 /*
7960  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
7961  * cannot be reclaimed or migrated.
7962  */
7963 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
7964 {
7965         /* parse kernelcore=mirror */
7966         if (parse_option_str(p, "mirror")) {
7967                 mirrored_kernelcore = true;
7968                 return 0;
7969         }
7970
7971         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore,
7972                                   &required_kernelcore_percent);
7973 }
7974
7975 /*
7976  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
7977  * can be reclaimed or migrated.
7978  */
7979 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
7980 {
7981         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore,
7982                                   &required_movablecore_percent);
7983 }
7984
7985 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
7986 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
7987
7988 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
7989 {
7990         atomic_long_add(count, &page_zone(page)->managed_pages);
7991         totalram_pages_add(count);
7992 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
7993         if (PageHighMem(page))
7994                 totalhigh_pages_add(count);
7995 #endif
7996 }
7997 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
7998
7999 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, const char *s)
8000 {
8001         void *pos;
8002         unsigned long pages = 0;
8003
8004         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
8005         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
8006         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
8007                 struct page *page = virt_to_page(pos);
8008                 void *direct_map_addr;
8009
8010                 /*
8011                  * 'direct_map_addr' might be different from 'pos'
8012                  * because some architectures' virt_to_page()
8013                  * work with aliases.  Getting the direct map
8014                  * address ensures that we get a _writeable_
8015                  * alias for the memset().
8016                  */
8017                 direct_map_addr = page_address(page);
8018                 /*
8019                  * Perform a kasan-unchecked memset() since this memory
8020                  * has not been initialized.
8021                  */
8022                 direct_map_addr = kasan_reset_tag(direct_map_addr);
8023                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
8024                         memset(direct_map_addr, poison, PAGE_SIZE);
8025
8026                 free_reserved_page(page);
8027         }
8028
8029         if (pages && s)
8030                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK\n",
8031                         s, pages << (PAGE_SHIFT - 10));
8032
8033         return pages;
8034 }
8035
8036 void __init mem_init_print_info(void)
8037 {
8038         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
8039         unsigned long init_code_size, init_data_size;
8040
8041         physpages = get_num_physpages();
8042         codesize = _etext - _stext;
8043         datasize = _edata - _sdata;
8044         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
8045         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
8046         init_data_size = __init_end - __init_begin;
8047         init_code_size = _einittext - _sinittext;
8048
8049         /*
8050          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
8051          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
8052          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
8053          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
8054          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
8055          */
8056 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
8057         do { \
8058                 if (start <= pos && pos < end && size > adj) \
8059                         size -= adj; \
8060         } while (0)
8061
8062         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
8063                      _sinittext, init_code_size);
8064         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
8065         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
8066         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
8067         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
8068
8069 #undef  adj_init_size
8070
8071         pr_info("Memory: %luK/%luK available (%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, %luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
8072 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
8073                 ", %luK highmem"
8074 #endif
8075                 ")\n",
8076                 nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
8077                 physpages << (PAGE_SHIFT - 10),
8078                 codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
8079                 (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
8080                 (physpages - totalram_pages() - totalcma_pages) << (PAGE_SHIFT - 10),
8081                 totalcma_pages << (PAGE_SHIFT - 10)
8082 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
8083                 , totalhigh_pages() << (PAGE_SHIFT - 10)
8084 #endif
8085                 );
8086 }
8087
8088 /**
8089  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
8090  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
8091  *
8092  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by managed_pages.
8093  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
8094  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
8095  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
8096  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
8097  * smaller per-cpu batchsize.
8098  */
8099 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
8100 {
8101         dma_reserve = new_dma_reserve;
8102 }
8103
8104 static int page_alloc_cpu_dead(unsigned int cpu)
8105 {
8106         struct zone *zone;
8107
8108         lru_add_drain_cpu(cpu);
8109         drain_pages(cpu);
8110
8111         /*
8112          * Spill the event counters of the dead processor
8113          * into the current processors event counters.
8114          * This artificially elevates the count of the current
8115          * processor.
8116          */
8117         vm_events_fold_cpu(cpu);
8118
8119         /*
8120          * Zero the differential counters of the dead processor
8121          * so that the vm statistics are consistent.
8122          *
8123          * This is only okay since the processor is dead and cannot
8124          * race with what we are doing.
8125          */
8126         cpu_vm_stats_fold(cpu);
8127
8128         for_each_populated_zone(zone)
8129                 zone_pcp_update(zone, 0);
8130
8131         return 0;
8132 }
8133
8134 static int page_alloc_cpu_online(unsigned int cpu)
8135 {
8136         struct zone *zone;
8137
8138         for_each_populated_zone(zone)
8139                 zone_pcp_update(zone, 1);
8140         return 0;
8141 }
8142
8143 #ifdef CONFIG_NUMA
8144 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
8145
8146 static int __init set_hashdist(char *str)
8147 {
8148         if (!str)
8149                 return 0;
8150         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
8151         return 1;
8152 }
8153 __setup("hashdist=", set_hashdist);
8154 #endif
8155
8156 void __init page_alloc_init(void)
8157 {
8158         int ret;
8159
8160 #ifdef CONFIG_NUMA
8161         if (num_node_state(N_MEMORY) == 1)
8162                 hashdist = 0;
8163 #endif
8164
8165         ret = cpuhp_setup_state_nocalls(CPUHP_PAGE_ALLOC,
8166                                         "mm/page_alloc:pcp",
8167                                         page_alloc_cpu_online,
8168                                         page_alloc_cpu_dead);
8169         WARN_ON(ret < 0);
8170 }
8171
8172 /*
8173  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
8174  *      or min_free_kbytes changes.
8175  */
8176 static void calculate_totalreserve_pages(void)
8177 {
8178         struct pglist_data *pgdat;
8179         unsigned long reserve_pages = 0;
8180         enum zone_type i, j;
8181
8182         for_each_online_pgdat(pgdat) {
8183
8184                 pgdat->totalreserve_pages = 0;
8185
8186                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
8187                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
8188                         long max = 0;
8189                         unsigned long managed_pages = zone_managed_pages(zone);
8190
8191                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
8192                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
8193                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
8194                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
8195                         }
8196
8197                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
8198                         max += high_wmark_pages(zone);
8199
8200                         if (max > managed_pages)
8201                                 max = managed_pages;
8202
8203                         pgdat->totalreserve_pages += max;
8204
8205                         reserve_pages += max;
8206                 }
8207         }
8208         totalreserve_pages = reserve_pages;
8209 }
8210
8211 /*
8212  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
8213  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
8214  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
8215  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
8216  */
8217 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
8218 {
8219         struct pglist_data *pgdat;
8220         enum zone_type i, j;
8221
8222         for_each_online_pgdat(pgdat) {
8223                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES - 1; i++) {
8224                         struct zone *zone = &pgdat->node_zones[i];
8225                         int ratio = sysctl_lowmem_reserve_ratio[i];
8226                         bool clear = !ratio || !zone_managed_pages(zone);
8227                         unsigned long managed_pages = 0;
8228
8229                         for (j = i + 1; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
8230                                 struct zone *upper_zone = &pgdat->node_zones[j];
8231
8232                                 managed_pages += zone_managed_pages(upper_zone);
8233
8234                                 if (clear)
8235                                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
8236                                 else
8237                                         zone->lowmem_reserve[j] = managed_pages / ratio;
8238                         }
8239                 }
8240         }
8241
8242         /* update totalreserve_pages */
8243         calculate_totalreserve_pages();
8244 }
8245
8246 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
8247 {
8248         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
8249         unsigned long lowmem_pages = 0;
8250         struct zone *zone;
8251         unsigned long flags;
8252
8253         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
8254         for_each_zone(zone) {
8255                 if (!is_highmem(zone))
8256                         lowmem_pages += zone_managed_pages(zone);
8257         }
8258
8259         for_each_zone(zone) {
8260                 u64 tmp;
8261
8262                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8263                 tmp = (u64)pages_min * zone_managed_pages(zone);
8264                 do_div(tmp, lowmem_pages);
8265                 if (is_highmem(zone)) {
8266                         /*
8267                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
8268                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
8269                          * value here.
8270                          *
8271                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
8272                          * deltas control async page reclaim, and so should
8273                          * not be capped for highmem.
8274                          */
8275                         unsigned long min_pages;
8276
8277                         min_pages = zone_managed_pages(zone) / 1024;
8278                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
8279                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
8280                 } else {
8281                         /*
8282                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
8283                          * proportionate to the zone's size.
8284                          */
8285                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = tmp;
8286                 }
8287
8288                 /*
8289                  * Set the kswapd watermarks distance according to the
8290                  * scale factor in proportion to available memory, but
8291                  * ensure a minimum size on small systems.
8292                  */
8293                 tmp = max_t(u64, tmp >> 2,
8294                             mult_frac(zone_managed_pages(zone),
8295                                       watermark_scale_factor, 10000));
8296
8297                 zone->watermark_boost = 0;
8298                 zone->_watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + tmp;
8299                 zone->_watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) + tmp * 2;
8300
8301                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8302         }
8303
8304         /* update totalreserve_pages */
8305         calculate_totalreserve_pages();
8306 }
8307
8308 /**
8309  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
8310  * or when memory is hot-{added|removed}
8311  *
8312  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
8313  * correctly with respect to min_free_kbytes.
8314  */
8315 void setup_per_zone_wmarks(void)
8316 {
8317         struct zone *zone;
8318         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
8319
8320         spin_lock(&lock);
8321         __setup_per_zone_wmarks();
8322         spin_unlock(&lock);
8323
8324         /*
8325          * The watermark size have changed so update the pcpu batch
8326          * and high limits or the limits may be inappropriate.
8327          */
8328         for_each_zone(zone)
8329                 zone_pcp_update(zone, 0);
8330 }
8331
8332 /*
8333  * Initialise min_free_kbytes.
8334  *
8335  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
8336  * we want it large (256MB max).  But it is not linear, because network
8337  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
8338  *
8339  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
8340  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
8341  *
8342  * which yields
8343  *
8344  * 16MB:        512k
8345  * 32MB:        724k
8346  * 64MB:        1024k
8347  * 128MB:       1448k
8348  * 256MB:       2048k
8349  * 512MB:       2896k
8350  * 1024MB:      4096k
8351  * 2048MB:      5792k
8352  * 4096MB:      8192k
8353  * 8192MB:      11584k
8354  * 16384MB:     16384k
8355  */
8356 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
8357 {
8358         unsigned long lowmem_kbytes;
8359         int new_min_free_kbytes;
8360
8361         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
8362         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
8363
8364         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes) {
8365                 min_free_kbytes = new_min_free_kbytes;
8366                 if (min_free_kbytes < 128)
8367                         min_free_kbytes = 128;
8368                 if (min_free_kbytes > 262144)
8369                         min_free_kbytes = 262144;
8370         } else {
8371                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
8372                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
8373         }
8374         setup_per_zone_wmarks();
8375         refresh_zone_stat_thresholds();
8376         setup_per_zone_lowmem_reserve();
8377
8378 #ifdef CONFIG_NUMA
8379         setup_min_unmapped_ratio();
8380         setup_min_slab_ratio();
8381 #endif
8382
8383         khugepaged_min_free_kbytes_update();
8384
8385         return 0;
8386 }
8387 postcore_initcall(init_per_zone_wmark_min)
8388
8389 /*
8390  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
8391  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
8392  *      changes.
8393  */
8394 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8395                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8396 {
8397         int rc;
8398
8399         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8400         if (rc)
8401                 return rc;
8402
8403         if (write) {
8404                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
8405                 setup_per_zone_wmarks();
8406         }
8407         return 0;
8408 }
8409
8410 int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8411                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8412 {
8413         int rc;
8414
8415         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8416         if (rc)
8417                 return rc;
8418
8419         if (write)
8420                 setup_per_zone_wmarks();
8421
8422         return 0;
8423 }
8424
8425 #ifdef CONFIG_NUMA
8426 static void setup_min_unmapped_ratio(void)
8427 {
8428         pg_data_t *pgdat;
8429         struct zone *zone;
8430
8431         for_each_online_pgdat(pgdat)
8432                 pgdat->min_unmapped_pages = 0;
8433
8434         for_each_zone(zone)
8435                 zone->zone_pgdat->min_unmapped_pages += (zone_managed_pages(zone) *
8436                                                          sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
8437 }
8438
8439
8440 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8441                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8442 {
8443         int rc;
8444
8445         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8446         if (rc)
8447                 return rc;
8448
8449         setup_min_unmapped_ratio();
8450
8451         return 0;
8452 }
8453
8454 static void setup_min_slab_ratio(void)
8455 {
8456         pg_data_t *pgdat;
8457         struct zone *zone;
8458
8459         for_each_online_pgdat(pgdat)
8460                 pgdat->min_slab_pages = 0;
8461
8462         for_each_zone(zone)
8463                 zone->zone_pgdat->min_slab_pages += (zone_managed_pages(zone) *
8464                                                      sysctl_min_slab_ratio) / 100;
8465 }
8466
8467 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8468                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8469 {
8470         int rc;
8471
8472         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8473         if (rc)
8474                 return rc;
8475
8476         setup_min_slab_ratio();
8477
8478         return 0;
8479 }
8480 #endif
8481
8482 /*
8483  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
8484  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
8485  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
8486  *
8487  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
8488  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
8489  * if in function of the boot time zone sizes.
8490  */
8491 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8492                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8493 {
8494         int i;
8495
8496         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8497
8498         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
8499                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[i] < 1)
8500                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[i] = 0;
8501         }
8502
8503         setup_per_zone_lowmem_reserve();
8504         return 0;
8505 }
8506
8507 /*
8508  * percpu_pagelist_high_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
8509  * cpu. It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
8510  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
8511  */
8512 int percpu_pagelist_high_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table,
8513                 int write, void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8514 {
8515         struct zone *zone;
8516         int old_percpu_pagelist_high_fraction;
8517         int ret;
8518
8519         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
8520         old_percpu_pagelist_high_fraction = percpu_pagelist_high_fraction;
8521
8522         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8523         if (!write || ret < 0)
8524                 goto out;
8525
8526         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
8527         if (percpu_pagelist_high_fraction &&
8528             percpu_pagelist_high_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_HIGH_FRACTION) {
8529                 percpu_pagelist_high_fraction = old_percpu_pagelist_high_fraction;
8530                 ret = -EINVAL;
8531                 goto out;
8532         }
8533
8534         /* No change? */
8535         if (percpu_pagelist_high_fraction == old_percpu_pagelist_high_fraction)
8536                 goto out;
8537
8538         for_each_populated_zone(zone)
8539                 zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0);
8540 out:
8541         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
8542         return ret;
8543 }
8544
8545 #ifndef __HAVE_ARCH_RESERVED_KERNEL_PAGES
8546 /*
8547  * Returns the number of pages that arch has reserved but
8548  * is not known to alloc_large_system_hash().
8549  */
8550 static unsigned long __init arch_reserved_kernel_pages(void)
8551 {
8552         return 0;
8553 }
8554 #endif
8555
8556 /*
8557  * Adaptive scale is meant to reduce sizes of hash tables on large memory
8558  * machines. As memory size is increased the scale is also increased but at
8559  * slower pace.  Starting from ADAPT_SCALE_BASE (64G), every time memory
8560  * quadruples the scale is increased by one, which means the size of hash table
8561  * only doubles, instead of quadrupling as well.
8562  * Because 32-bit systems cannot have large physical memory, where this scaling
8563  * makes sense, it is disabled on such platforms.
8564  */
8565 #if __BITS_PER_LONG > 32
8566 #define ADAPT_SCALE_BASE        (64ul << 30)
8567 #define ADAPT_SCALE_SHIFT       2
8568 #define ADAPT_SCALE_NPAGES      (ADAPT_SCALE_BASE >> PAGE_SHIFT)
8569 #endif
8570
8571 /*
8572  * allocate a large system hash table from bootmem
8573  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
8574  *   quantity of entries
8575  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
8576  */
8577 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
8578                                      unsigned long bucketsize,
8579                                      unsigned long numentries,
8580                                      int scale,
8581                                      int flags,
8582                                      unsigned int *_hash_shift,
8583                                      unsigned int *_hash_mask,
8584                                      unsigned long low_limit,
8585                                      unsigned long high_limit)
8586 {
8587         unsigned long long max = high_limit;
8588         unsigned long log2qty, size;
8589         void *table = NULL;
8590         gfp_t gfp_flags;
8591         bool virt;
8592         bool huge;
8593
8594         /* allow the kernel cmdline to have a say */
8595         if (!numentries) {
8596                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
8597                 numentries = nr_kernel_pages;
8598                 numentries -= arch_reserved_kernel_pages();
8599
8600                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
8601                 if (PAGE_SHIFT < 20)
8602                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
8603
8604 #if __BITS_PER_LONG > 32
8605                 if (!high_limit) {
8606                         unsigned long adapt;
8607
8608                         for (adapt = ADAPT_SCALE_NPAGES; adapt < numentries;
8609                              adapt <<= ADAPT_SCALE_SHIFT)
8610                                 scale++;
8611                 }
8612 #endif
8613
8614                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
8615                 if (scale > PAGE_SHIFT)
8616                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
8617                 else
8618                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
8619
8620                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
8621                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
8622                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
8623                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
8624                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
8625                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
8626                                 BUG_ON(!numentries);
8627                         }
8628                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
8629                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
8630         }
8631         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
8632
8633         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
8634         if (max == 0) {
8635                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
8636                 do_div(max, bucketsize);
8637         }
8638         max = min(max, 0x80000000ULL);
8639
8640         if (numentries < low_limit)
8641                 numentries = low_limit;
8642         if (numentries > max)
8643                 numentries = max;
8644
8645         log2qty = ilog2(numentries);
8646
8647         gfp_flags = (flags & HASH_ZERO) ? GFP_ATOMIC | __GFP_ZERO : GFP_ATOMIC;
8648         do {
8649                 virt = false;
8650                 size = bucketsize << log2qty;
8651                 if (flags & HASH_EARLY) {
8652                         if (flags & HASH_ZERO)
8653                                 table = memblock_alloc(size, SMP_CACHE_BYTES);
8654                         else
8655                                 table = memblock_alloc_raw(size,
8656                                                            SMP_CACHE_BYTES);
8657                 } else if (get_order(size) >= MAX_ORDER || hashdist) {
8658                         table = __vmalloc(size, gfp_flags);
8659                         virt = true;
8660                         huge = is_vm_area_hugepages(table);
8661                 } else {
8662                         /*
8663                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
8664                          * some pages at the end of hash table which
8665                          * alloc_pages_exact() automatically does
8666                          */
8667                         table = alloc_pages_exact(size, gfp_flags);
8668                         kmemleak_alloc(table, size, 1, gfp_flags);
8669                 }
8670         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
8671
8672         if (!table)
8673                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
8674
8675         pr_info("%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes, %s)\n",
8676                 tablename, 1UL << log2qty, ilog2(size) - PAGE_SHIFT, size,
8677                 virt ? (huge ? "vmalloc hugepage" : "vmalloc") : "linear");
8678
8679         if (_hash_shift)
8680                 *_hash_shift = log2qty;
8681         if (_hash_mask)
8682                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
8683
8684         return table;
8685 }
8686
8687 /*
8688  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
8689  *
8690  * PageLRU check without isolation or lru_lock could race so that
8691  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. And __PageMovable
8692  * check without lock_page also may miss some movable non-lru pages at
8693  * race condition. So you can't expect this function should be exact.
8694  *
8695  * Returns a page without holding a reference. If the caller wants to
8696  * dereference that page (e.g., dumping), it has to make sure that it
8697  * cannot get removed (e.g., via memory unplug) concurrently.
8698  *
8699  */
8700 struct page *has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page,
8701                                  int migratetype, int flags)
8702 {
8703         unsigned long iter = 0;
8704         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8705         unsigned long offset = pfn % pageblock_nr_pages;
8706
8707         if (is_migrate_cma_page(page)) {
8708                 /*
8709                  * CMA allocations (alloc_contig_range) really need to mark
8710                  * isolate CMA pageblocks even when they are not movable in fact
8711                  * so consider them movable here.
8712                  */
8713                 if (is_migrate_cma(migratetype))
8714                         return NULL;
8715
8716                 return page;
8717         }
8718
8719         for (; iter < pageblock_nr_pages - offset; iter++) {
8720                 if (!pfn_valid_within(pfn + iter))
8721                         continue;
8722
8723                 page = pfn_to_page(pfn + iter);
8724
8725                 /*
8726                  * Both, bootmem allocations and memory holes are marked
8727                  * PG_reserved and are unmovable. We can even have unmovable
8728                  * allocations inside ZONE_MOVABLE, for example when
8729                  * specifying "movablecore".
8730                  */
8731                 if (PageReserved(page))
8732                         return page;
8733
8734                 /*
8735                  * If the zone is movable and we have ruled out all reserved
8736                  * pages then it should be reasonably safe to assume the rest
8737                  * is movable.
8738                  */
8739                 if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
8740                         continue;
8741
8742                 /*
8743                  * Hugepages are not in LRU lists, but they're movable.
8744                  * THPs are on the LRU, but need to be counted as #small pages.
8745                  * We need not scan over tail pages because we don't
8746                  * handle each tail page individually in migration.
8747                  */
8748                 if (PageHuge(page) || PageTransCompound(page)) {
8749                         struct page *head = compound_head(page);
8750                         unsigned int skip_pages;
8751
8752                         if (PageHuge(page)) {
8753                                 if (!hugepage_migration_supported(page_hstate(head)))
8754                                         return page;
8755                         } else if (!PageLRU(head) && !__PageMovable(head)) {
8756                                 return page;
8757                         }
8758
8759                         skip_pages = compound_nr(head) - (page - head);
8760                         iter += skip_pages - 1;
8761                         continue;
8762                 }
8763
8764                 /*
8765                  * We can't use page_count without pin a page
8766                  * because another CPU can free compound page.
8767                  * This check already skips compound tails of THP
8768                  * because their page->_refcount is zero at all time.
8769                  */
8770                 if (!page_ref_count(page)) {
8771                         if (PageBuddy(page))
8772                                 iter += (1 << buddy_order(page)) - 1;
8773                         continue;
8774                 }
8775
8776                 /*
8777                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
8778                  * page_count() is not 0.
8779                  */
8780                 if ((flags & MEMORY_OFFLINE) && PageHWPoison(page))
8781                         continue;
8782
8783                 /*
8784                  * We treat all PageOffline() pages as movable when offlining
8785                  * to give drivers a chance to decrement their reference count
8786                  * in MEM_GOING_OFFLINE in order to indicate that these pages
8787                  * can be offlined as there are no direct references anymore.
8788                  * For actually unmovable PageOffline() where the driver does
8789                  * not support this, we will fail later when trying to actually
8790                  * move these pages that still have a reference count > 0.
8791                  * (false negatives in this function only)
8792                  */
8793                 if ((flags & MEMORY_OFFLINE) && PageOffline(page))
8794                         continue;
8795
8796                 if (__PageMovable(page) || PageLRU(page))
8797                         continue;
8798
8799                 /*
8800                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check
8801                  * it.  But now, memory offline itself doesn't call
8802                  * shrink_node_slabs() and it still to be fixed.
8803                  */
8804                 return page;
8805         }
8806         return NULL;
8807 }
8808
8809 #ifdef CONFIG_CONTIG_ALLOC
8810 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
8811 {
8812         return pfn & ~(max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
8813                              pageblock_nr_pages) - 1);
8814 }
8815
8816 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
8817 {
8818         return ALIGN(pfn, max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
8819                                 pageblock_nr_pages));
8820 }
8821
8822 #if defined(CONFIG_DYNAMIC_DEBUG) || \
8823         (defined(CONFIG_DYNAMIC_DEBUG_CORE) && defined(DYNAMIC_DEBUG_MODULE))
8824 /* Usage: See admin-guide/dynamic-debug-howto.rst */
8825 static void alloc_contig_dump_pages(struct list_head *page_list)
8826 {
8827         DEFINE_DYNAMIC_DEBUG_METADATA(descriptor, "migrate failure");
8828
8829         if (DYNAMIC_DEBUG_BRANCH(descriptor)) {
8830                 struct page *page;
8831
8832                 dump_stack();
8833                 list_for_each_entry(page, page_list, lru)
8834                         dump_page(page, "migration failure");
8835         }
8836 }
8837 #else
8838 static inline void alloc_contig_dump_pages(struct list_head *page_list)
8839 {
8840 }
8841 #endif
8842
8843 /* [start, end) must belong to a single zone. */
8844 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
8845                                         unsigned long start, unsigned long end)
8846 {
8847         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
8848         unsigned int nr_reclaimed;
8849         unsigned long pfn = start;
8850         unsigned int tries = 0;
8851         int ret = 0;
8852         struct migration_target_control mtc = {
8853                 .nid = zone_to_nid(cc->zone),
8854                 .gfp_mask = GFP_USER | __GFP_MOVABLE | __GFP_RETRY_MAYFAIL,
8855         };
8856
8857         lru_cache_disable();
8858
8859         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
8860                 if (fatal_signal_pending(current)) {
8861                         ret = -EINTR;
8862                         break;
8863                 }
8864
8865                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
8866                         cc->nr_migratepages = 0;
8867                         ret = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
8868                         if (ret && ret != -EAGAIN)
8869                                 break;
8870                         pfn = cc->migrate_pfn;
8871                         tries = 0;
8872                 } else if (++tries == 5) {
8873                         ret = -EBUSY;
8874                         break;
8875                 }
8876
8877                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
8878                                                         &cc->migratepages);
8879                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
8880
8881                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migration_target,
8882                                 NULL, (unsigned long)&mtc, cc->mode, MR_CONTIG_RANGE);
8883
8884                 /*
8885                  * On -ENOMEM, migrate_pages() bails out right away. It is pointless
8886                  * to retry again over this error, so do the same here.
8887                  */
8888                 if (ret == -ENOMEM)
8889                         break;
8890         }
8891
8892         lru_cache_enable();
8893         if (ret < 0) {
8894                 if (ret == -EBUSY)
8895                         alloc_contig_dump_pages(&cc->migratepages);
8896                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
8897                 return ret;
8898         }
8899         return 0;
8900 }
8901
8902 /**
8903  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
8904  * @start:      start PFN to allocate
8905  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
8906  * @migratetype:        migratetype of the underlying pageblocks (either
8907  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
8908  *                      in range must have the same migratetype and it must
8909  *                      be either of the two.
8910  * @gfp_mask:   GFP mask to use during compaction
8911  *
8912  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
8913  * aligned.  The PFN range must belong to a single zone.
8914  *
8915  * The first thing this routine does is attempt to MIGRATE_ISOLATE all
8916  * pageblocks in the range.  Once isolated, the pageblocks should not
8917  * be modified by others.
8918  *
8919  * Return: zero on success or negative error code.  On success all
8920  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
8921  * need to be freed with free_contig_range().
8922  */
8923 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
8924                        unsigned migratetype, gfp_t gfp_mask)
8925 {
8926         unsigned long outer_start, outer_end;
8927         unsigned int order;
8928         int ret = 0;
8929
8930         struct compact_control cc = {
8931                 .nr_migratepages = 0,
8932                 .order = -1,
8933                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
8934                 .mode = MIGRATE_SYNC,
8935                 .ignore_skip_hint = true,
8936                 .no_set_skip_hint = true,
8937                 .gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask),
8938                 .alloc_contig = true,
8939         };
8940         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
8941
8942         /*
8943          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
8944          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
8945          * have different sizes, and due to the way page allocator
8946          * work, we align the range to biggest of the two pages so
8947          * that page allocator won't try to merge buddies from
8948          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
8949          * other migration type.
8950          *
8951          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
8952          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
8953          * we are interested in).  This will put all the pages in
8954          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
8955          *
8956          * When this is done, we take the pages in range from page
8957          * allocator removing them from the buddy system.  This way
8958          * page allocator will never consider using them.
8959          *
8960          * This lets us mark the pageblocks back as
8961          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
8962          * aligned range but not in the unaligned, original range are
8963          * put back to page allocator so that buddy can use them.
8964          */
8965
8966         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
8967                                        pfn_max_align_up(end), migratetype, 0);
8968         if (ret)
8969                 return ret;
8970
8971         drain_all_pages(cc.zone);
8972
8973         /*
8974          * In case of -EBUSY, we'd like to know which page causes problem.
8975          * So, just fall through. test_pages_isolated() has a tracepoint
8976          * which will report the busy page.
8977          *
8978          * It is possible that busy pages could become available before
8979          * the call to test_pages_isolated, and the range will actually be
8980          * allocated.  So, if we fall through be sure to clear ret so that
8981          * -EBUSY is not accidentally used or returned to caller.
8982          */
8983         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
8984         if (ret && ret != -EBUSY)
8985                 goto done;
8986         ret = 0;
8987
8988         /*
8989          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
8990          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
8991          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
8992          * What we are going to do is to allocate all pages from
8993          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
8994          *
8995          * The only problem is that pages at the beginning and at the
8996          * end of interesting range may be not aligned with pages that
8997          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
8998          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
8999          * once this is done free the pages we are not interested in.
9000          *
9001          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
9002          * isolated thus they won't get removed from buddy.
9003          */
9004
9005         order = 0;
9006         outer_start = start;
9007         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
9008                 if (++order >= MAX_ORDER) {
9009                         outer_start = start;
9010                         break;
9011                 }
9012                 outer_start &= ~0UL << order;
9013         }
9014
9015         if (outer_start != start) {
9016                 order = buddy_order(pfn_to_page(outer_start));
9017
9018                 /*
9019                  * outer_start page could be small order buddy page and
9020                  * it doesn't include start page. Adjust outer_start
9021                  * in this case to report failed page properly
9022                  * on tracepoint in test_pages_isolated()
9023                  */
9024                 if (outer_start + (1UL << order) <= start)
9025                         outer_start = start;
9026         }
9027
9028         /* Make sure the range is really isolated. */
9029         if (test_pages_isolated(outer_start, end, 0)) {
9030                 ret = -EBUSY;
9031                 goto done;
9032         }
9033
9034         /* Grab isolated pages from freelists. */
9035         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
9036         if (!outer_end) {
9037                 ret = -EBUSY;
9038                 goto done;
9039         }
9040
9041         /* Free head and tail (if any) */
9042         if (start != outer_start)
9043                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
9044         if (end != outer_end)
9045                 free_contig_range(end, outer_end - end);
9046
9047 done:
9048         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
9049                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
9050         return ret;
9051 }
9052 EXPORT_SYMBOL(alloc_contig_range);
9053
9054 static int __alloc_contig_pages(unsigned long start_pfn,
9055                                 unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask)
9056 {
9057         unsigned long end_pfn = start_pfn + nr_pages;
9058
9059         return alloc_contig_range(start_pfn, end_pfn, MIGRATE_MOVABLE,
9060                                   gfp_mask);
9061 }
9062
9063 static bool pfn_range_valid_contig(struct zone *z, unsigned long start_pfn,
9064                                    unsigned long nr_pages)
9065 {
9066         unsigned long i, end_pfn = start_pfn + nr_pages;
9067         struct page *page;
9068
9069         for (i = start_pfn; i < end_pfn; i++) {
9070                 page = pfn_to_online_page(i);
9071                 if (!page)
9072                         return false;
9073
9074                 if (page_zone(page) != z)
9075                         return false;
9076
9077                 if (PageReserved(page))
9078                         return false;
9079         }
9080         return true;
9081 }
9082
9083 static bool zone_spans_last_pfn(const struct zone *zone,
9084                                 unsigned long start_pfn, unsigned long nr_pages)
9085 {
9086         unsigned long last_pfn = start_pfn + nr_pages - 1;
9087
9088         return zone_spans_pfn(zone, last_pfn);
9089 }
9090
9091 /**
9092  * alloc_contig_pages() -- tries to find and allocate contiguous range of pages
9093  * @nr_pages:   Number of contiguous pages to allocate
9094  * @gfp_mask:   GFP mask to limit search and used during compaction
9095  * @nid:        Target node
9096  * @nodemask:   Mask for other possible nodes
9097  *
9098  * This routine is a wrapper around alloc_contig_range(). It scans over zones
9099  * on an applicable zonelist to find a contiguous pfn range which can then be
9100  * tried for allocation with alloc_contig_range(). This routine is intended
9101  * for allocation requests which can not be fulfilled with the buddy allocator.
9102  *
9103  * The allocated memory is always aligned to a page boundary. If nr_pages is a
9104  * power of two then the alignment is guaranteed to be to the given nr_pages
9105  * (e.g. 1GB request would be aligned to 1GB).
9106  *
9107  * Allocated pages can be freed with free_contig_range() or by manually calling
9108  * __free_page() on each allocated page.
9109  *
9110  * Return: pointer to contiguous pages on success, or NULL if not successful.
9111  */
9112 struct page *alloc_contig_pages(unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask,
9113                                 int nid, nodemask_t *nodemask)
9114 {
9115         unsigned long ret, pfn, flags;
9116         struct zonelist *zonelist;
9117         struct zone *zone;
9118         struct zoneref *z;
9119
9120         zonelist = node_zonelist(nid, gfp_mask);
9121         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
9122                                         gfp_zone(gfp_mask), nodemask) {
9123                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9124
9125                 pfn = ALIGN(zone->zone_start_pfn, nr_pages);
9126                 while (zone_spans_last_pfn(zone, pfn, nr_pages)) {
9127                         if (pfn_range_valid_contig(zone, pfn, nr_pages)) {
9128                                 /*
9129                                  * We release the zone lock here because
9130                                  * alloc_contig_range() will also lock the zone
9131                                  * at some point. If there's an allocation
9132                                  * spinning on this lock, it may win the race
9133                                  * and cause alloc_contig_range() to fail...
9134                                  */
9135                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9136                                 ret = __alloc_contig_pages(pfn, nr_pages,
9137                                                         gfp_mask);
9138                                 if (!ret)
9139                                         return pfn_to_page(pfn);
9140                                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9141                         }
9142                         pfn += nr_pages;
9143                 }
9144                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9145         }
9146         return NULL;
9147 }
9148 #endif /* CONFIG_CONTIG_ALLOC */
9149
9150 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned long nr_pages)
9151 {
9152         unsigned long count = 0;
9153
9154         for (; nr_pages--; pfn++) {
9155                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
9156
9157                 count += page_count(page) != 1;
9158                 __free_page(page);
9159         }
9160         WARN(count != 0, "%lu pages are still in use!\n", count);
9161 }
9162 EXPORT_SYMBOL(free_contig_range);
9163
9164 /*
9165  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
9166  * page high values need to be recalculated.
9167  */
9168 void zone_pcp_update(struct zone *zone, int cpu_online)
9169 {
9170         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
9171         zone_set_pageset_high_and_batch(zone, cpu_online);
9172         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
9173 }
9174
9175 /*
9176  * Effectively disable pcplists for the zone by setting the high limit to 0
9177  * and draining all cpus. A concurrent page freeing on another CPU that's about
9178  * to put the page on pcplist will either finish before the drain and the page
9179  * will be drained, or observe the new high limit and skip the pcplist.
9180  *
9181  * Must be paired with a call to zone_pcp_enable().
9182  */
9183 void zone_pcp_disable(struct zone *zone)
9184 {
9185         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
9186         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0, 1);
9187         __drain_all_pages(zone, true);
9188 }
9189
9190 void zone_pcp_enable(struct zone *zone)
9191 {
9192         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, zone->pageset_high, zone->pageset_batch);
9193         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
9194 }
9195
9196 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
9197 {
9198         int cpu;
9199         struct per_cpu_zonestat *pzstats;
9200
9201         if (zone->per_cpu_pageset != &boot_pageset) {
9202                 for_each_online_cpu(cpu) {
9203                         pzstats = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_zonestats, cpu);
9204                         drain_zonestat(zone, pzstats);
9205                 }
9206                 free_percpu(zone->per_cpu_pageset);
9207                 free_percpu(zone->per_cpu_zonestats);
9208                 zone->per_cpu_pageset = &boot_pageset;
9209                 zone->per_cpu_zonestats = &boot_zonestats;
9210         }
9211 }
9212
9213 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
9214 /*
9215  * All pages in the range must be in a single zone, must not contain holes,
9216  * must span full sections, and must be isolated before calling this function.
9217  */
9218 void __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
9219 {
9220         unsigned long pfn = start_pfn;
9221         struct page *page;
9222         struct zone *zone;
9223         unsigned int order;
9224         unsigned long flags;
9225
9226         offline_mem_sections(pfn, end_pfn);
9227         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
9228         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9229         while (pfn < end_pfn) {
9230                 page = pfn_to_page(pfn);
9231                 /*
9232                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
9233                  * page_count() is not 0.
9234                  */
9235                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
9236                         pfn++;
9237                         continue;
9238                 }
9239                 /*
9240                  * At this point all remaining PageOffline() pages have a
9241                  * reference count of 0 and can simply be skipped.
9242                  */
9243                 if (PageOffline(page)) {
9244                         BUG_ON(page_count(page));
9245                         BUG_ON(PageBuddy(page));
9246                         pfn++;
9247                         continue;
9248                 }
9249
9250                 BUG_ON(page_count(page));
9251                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
9252                 order = buddy_order(page);
9253                 del_page_from_free_list(page, zone, order);
9254                 pfn += (1 << order);
9255         }
9256         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9257 }
9258 #endif
9259
9260 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
9261 {
9262         struct zone *zone = page_zone(page);
9263         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
9264         unsigned long flags;
9265         unsigned int order;
9266
9267         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9268         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
9269                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
9270
9271                 if (PageBuddy(page_head) && buddy_order(page_head) >= order)
9272                         break;
9273         }
9274         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9275
9276         return order < MAX_ORDER;
9277 }
9278
9279 #ifdef CONFIG_MEMORY_FAILURE
9280 /*
9281  * Break down a higher-order page in sub-pages, and keep our target out of
9282  * buddy allocator.
9283  */
9284 static void break_down_buddy_pages(struct zone *zone, struct page *page,
9285                                    struct page *target, int low, int high,
9286                                    int migratetype)
9287 {
9288         unsigned long size = 1 << high;
9289         struct page *current_buddy, *next_page;
9290
9291         while (high > low) {
9292                 high--;
9293                 size >>= 1;
9294
9295                 if (target >= &page[size]) {
9296                         next_page = page + size;
9297                         current_buddy = page;
9298                 } else {
9299                         next_page = page;
9300                         current_buddy = page + size;
9301                 }
9302
9303                 if (set_page_guard(zone, current_buddy, high, migratetype))
9304                         continue;
9305
9306                 if (current_buddy != target) {
9307                         add_to_free_list(current_buddy, zone, high, migratetype);
9308                         set_buddy_order(current_buddy, high);
9309                         page = next_page;
9310                 }
9311         }
9312 }
9313
9314 /*
9315  * Take a page that will be marked as poisoned off the buddy allocator.
9316  */
9317 bool take_page_off_buddy(struct page *page)
9318 {
9319         struct zone *zone = page_zone(page);
9320         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
9321         unsigned long flags;
9322         unsigned int order;
9323         bool ret = false;
9324
9325         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9326         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
9327                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
9328                 int page_order = buddy_order(page_head);
9329
9330                 if (PageBuddy(page_head) && page_order >= order) {
9331                         unsigned long pfn_head = page_to_pfn(page_head);
9332                         int migratetype = get_pfnblock_migratetype(page_head,
9333                                                                    pfn_head);
9334
9335                         del_page_from_free_list(page_head, zone, page_order);
9336                         break_down_buddy_pages(zone, page_head, page, 0,
9337                                                 page_order, migratetype);
9338                         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
9339                                 __mod_zone_freepage_state(zone, -1, migratetype);
9340                         ret = true;
9341                         break;
9342                 }
9343                 if (page_count(page_head) > 0)
9344                         break;
9345         }
9346         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9347         return ret;
9348 }
9349 #endif