Merge tag 'ia64_for_5.10' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/aegl/linux
[linux-block.git] / mm / page_alloc.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
2 /*
3  *  linux/mm/page_alloc.c
4  *
5  *  Manages the free list, the system allocates free pages here.
6  *  Note that kmalloc() lives in slab.c
7  *
8  *  Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
9  *  Swap reorganised 29.12.95, Stephen Tweedie
10  *  Support of BIGMEM added by Gerhard Wichert, Siemens AG, July 1999
11  *  Reshaped it to be a zoned allocator, Ingo Molnar, Red Hat, 1999
12  *  Discontiguous memory support, Kanoj Sarcar, SGI, Nov 1999
13  *  Zone balancing, Kanoj Sarcar, SGI, Jan 2000
14  *  Per cpu hot/cold page lists, bulk allocation, Martin J. Bligh, Sept 2002
15  *          (lots of bits borrowed from Ingo Molnar & Andrew Morton)
16  */
17
18 #include <linux/stddef.h>
19 #include <linux/mm.h>
20 #include <linux/highmem.h>
21 #include <linux/swap.h>
22 #include <linux/interrupt.h>
23 #include <linux/pagemap.h>
24 #include <linux/jiffies.h>
25 #include <linux/memblock.h>
26 #include <linux/compiler.h>
27 #include <linux/kernel.h>
28 #include <linux/kasan.h>
29 #include <linux/module.h>
30 #include <linux/suspend.h>
31 #include <linux/pagevec.h>
32 #include <linux/blkdev.h>
33 #include <linux/slab.h>
34 #include <linux/ratelimit.h>
35 #include <linux/oom.h>
36 #include <linux/topology.h>
37 #include <linux/sysctl.h>
38 #include <linux/cpu.h>
39 #include <linux/cpuset.h>
40 #include <linux/memory_hotplug.h>
41 #include <linux/nodemask.h>
42 #include <linux/vmalloc.h>
43 #include <linux/vmstat.h>
44 #include <linux/mempolicy.h>
45 #include <linux/memremap.h>
46 #include <linux/stop_machine.h>
47 #include <linux/random.h>
48 #include <linux/sort.h>
49 #include <linux/pfn.h>
50 #include <linux/backing-dev.h>
51 #include <linux/fault-inject.h>
52 #include <linux/page-isolation.h>
53 #include <linux/debugobjects.h>
54 #include <linux/kmemleak.h>
55 #include <linux/compaction.h>
56 #include <trace/events/kmem.h>
57 #include <trace/events/oom.h>
58 #include <linux/prefetch.h>
59 #include <linux/mm_inline.h>
60 #include <linux/migrate.h>
61 #include <linux/hugetlb.h>
62 #include <linux/sched/rt.h>
63 #include <linux/sched/mm.h>
64 #include <linux/page_owner.h>
65 #include <linux/kthread.h>
66 #include <linux/memcontrol.h>
67 #include <linux/ftrace.h>
68 #include <linux/lockdep.h>
69 #include <linux/nmi.h>
70 #include <linux/psi.h>
71 #include <linux/padata.h>
72 #include <linux/khugepaged.h>
73
74 #include <asm/sections.h>
75 #include <asm/tlbflush.h>
76 #include <asm/div64.h>
77 #include "internal.h"
78 #include "shuffle.h"
79 #include "page_reporting.h"
80
81 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
82 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
83 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION    (8)
84
85 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
86 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
87 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
88 #endif
89
90 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(vm_numa_stat_key);
91
92 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
93 /*
94  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
95  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
96  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
97  * defined in <linux/topology.h>.
98  */
99 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
100 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
101 #endif
102
103 /* work_structs for global per-cpu drains */
104 struct pcpu_drain {
105         struct zone *zone;
106         struct work_struct work;
107 };
108 static DEFINE_MUTEX(pcpu_drain_mutex);
109 static DEFINE_PER_CPU(struct pcpu_drain, pcpu_drain);
110
111 #ifdef CONFIG_GCC_PLUGIN_LATENT_ENTROPY
112 volatile unsigned long latent_entropy __latent_entropy;
113 EXPORT_SYMBOL(latent_entropy);
114 #endif
115
116 /*
117  * Array of node states.
118  */
119 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
120         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
121         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
122 #ifndef CONFIG_NUMA
123         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
124 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
125         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
126 #endif
127         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
128         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
129 #endif  /* NUMA */
130 };
131 EXPORT_SYMBOL(node_states);
132
133 atomic_long_t _totalram_pages __read_mostly;
134 EXPORT_SYMBOL(_totalram_pages);
135 unsigned long totalreserve_pages __read_mostly;
136 unsigned long totalcma_pages __read_mostly;
137
138 int percpu_pagelist_fraction;
139 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
140 #ifdef CONFIG_INIT_ON_ALLOC_DEFAULT_ON
141 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(init_on_alloc);
142 #else
143 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(init_on_alloc);
144 #endif
145 EXPORT_SYMBOL(init_on_alloc);
146
147 #ifdef CONFIG_INIT_ON_FREE_DEFAULT_ON
148 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(init_on_free);
149 #else
150 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(init_on_free);
151 #endif
152 EXPORT_SYMBOL(init_on_free);
153
154 static int __init early_init_on_alloc(char *buf)
155 {
156         int ret;
157         bool bool_result;
158
159         if (!buf)
160                 return -EINVAL;
161         ret = kstrtobool(buf, &bool_result);
162         if (bool_result && page_poisoning_enabled())
163                 pr_info("mem auto-init: CONFIG_PAGE_POISONING is on, will take precedence over init_on_alloc\n");
164         if (bool_result)
165                 static_branch_enable(&init_on_alloc);
166         else
167                 static_branch_disable(&init_on_alloc);
168         return ret;
169 }
170 early_param("init_on_alloc", early_init_on_alloc);
171
172 static int __init early_init_on_free(char *buf)
173 {
174         int ret;
175         bool bool_result;
176
177         if (!buf)
178                 return -EINVAL;
179         ret = kstrtobool(buf, &bool_result);
180         if (bool_result && page_poisoning_enabled())
181                 pr_info("mem auto-init: CONFIG_PAGE_POISONING is on, will take precedence over init_on_free\n");
182         if (bool_result)
183                 static_branch_enable(&init_on_free);
184         else
185                 static_branch_disable(&init_on_free);
186         return ret;
187 }
188 early_param("init_on_free", early_init_on_free);
189
190 /*
191  * A cached value of the page's pageblock's migratetype, used when the page is
192  * put on a pcplist. Used to avoid the pageblock migratetype lookup when
193  * freeing from pcplists in most cases, at the cost of possibly becoming stale.
194  * Also the migratetype set in the page does not necessarily match the pcplist
195  * index, e.g. page might have MIGRATE_CMA set but be on a pcplist with any
196  * other index - this ensures that it will be put on the correct CMA freelist.
197  */
198 static inline int get_pcppage_migratetype(struct page *page)
199 {
200         return page->index;
201 }
202
203 static inline void set_pcppage_migratetype(struct page *page, int migratetype)
204 {
205         page->index = migratetype;
206 }
207
208 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
209 /*
210  * The following functions are used by the suspend/hibernate code to temporarily
211  * change gfp_allowed_mask in order to avoid using I/O during memory allocations
212  * while devices are suspended.  To avoid races with the suspend/hibernate code,
213  * they should always be called with system_transition_mutex held
214  * (gfp_allowed_mask also should only be modified with system_transition_mutex
215  * held, unless the suspend/hibernate code is guaranteed not to run in parallel
216  * with that modification).
217  */
218
219 static gfp_t saved_gfp_mask;
220
221 void pm_restore_gfp_mask(void)
222 {
223         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
224         if (saved_gfp_mask) {
225                 gfp_allowed_mask = saved_gfp_mask;
226                 saved_gfp_mask = 0;
227         }
228 }
229
230 void pm_restrict_gfp_mask(void)
231 {
232         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
233         WARN_ON(saved_gfp_mask);
234         saved_gfp_mask = gfp_allowed_mask;
235         gfp_allowed_mask &= ~(__GFP_IO | __GFP_FS);
236 }
237
238 bool pm_suspended_storage(void)
239 {
240         if ((gfp_allowed_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
241                 return false;
242         return true;
243 }
244 #endif /* CONFIG_PM_SLEEP */
245
246 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
247 unsigned int pageblock_order __read_mostly;
248 #endif
249
250 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order);
251
252 /*
253  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
254  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
255  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
256  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
257  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
258  *      HIGHMEM allocation will leave (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
259  *
260  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
261  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
262  */
263 int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES] = {
264 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
265         [ZONE_DMA] = 256,
266 #endif
267 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
268         [ZONE_DMA32] = 256,
269 #endif
270         [ZONE_NORMAL] = 32,
271 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
272         [ZONE_HIGHMEM] = 0,
273 #endif
274         [ZONE_MOVABLE] = 0,
275 };
276
277 static char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
278 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
279          "DMA",
280 #endif
281 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
282          "DMA32",
283 #endif
284          "Normal",
285 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
286          "HighMem",
287 #endif
288          "Movable",
289 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
290          "Device",
291 #endif
292 };
293
294 const char * const migratetype_names[MIGRATE_TYPES] = {
295         "Unmovable",
296         "Movable",
297         "Reclaimable",
298         "HighAtomic",
299 #ifdef CONFIG_CMA
300         "CMA",
301 #endif
302 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
303         "Isolate",
304 #endif
305 };
306
307 compound_page_dtor * const compound_page_dtors[NR_COMPOUND_DTORS] = {
308         [NULL_COMPOUND_DTOR] = NULL,
309         [COMPOUND_PAGE_DTOR] = free_compound_page,
310 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
311         [HUGETLB_PAGE_DTOR] = free_huge_page,
312 #endif
313 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
314         [TRANSHUGE_PAGE_DTOR] = free_transhuge_page,
315 #endif
316 };
317
318 int min_free_kbytes = 1024;
319 int user_min_free_kbytes = -1;
320 #ifdef CONFIG_DISCONTIGMEM
321 /*
322  * DiscontigMem defines memory ranges as separate pg_data_t even if the ranges
323  * are not on separate NUMA nodes. Functionally this works but with
324  * watermark_boost_factor, it can reclaim prematurely as the ranges can be
325  * quite small. By default, do not boost watermarks on discontigmem as in
326  * many cases very high-order allocations like THP are likely to be
327  * unsupported and the premature reclaim offsets the advantage of long-term
328  * fragmentation avoidance.
329  */
330 int watermark_boost_factor __read_mostly;
331 #else
332 int watermark_boost_factor __read_mostly = 15000;
333 #endif
334 int watermark_scale_factor = 10;
335
336 static unsigned long nr_kernel_pages __initdata;
337 static unsigned long nr_all_pages __initdata;
338 static unsigned long dma_reserve __initdata;
339
340 static unsigned long arch_zone_lowest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __initdata;
341 static unsigned long arch_zone_highest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __initdata;
342 static unsigned long required_kernelcore __initdata;
343 static unsigned long required_kernelcore_percent __initdata;
344 static unsigned long required_movablecore __initdata;
345 static unsigned long required_movablecore_percent __initdata;
346 static unsigned long zone_movable_pfn[MAX_NUMNODES] __initdata;
347 static bool mirrored_kernelcore __meminitdata;
348
349 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
350 int movable_zone;
351 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
352
353 #if MAX_NUMNODES > 1
354 unsigned int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
355 unsigned int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
356 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
357 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
358 #endif
359
360 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
361
362 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
363 /*
364  * During boot we initialize deferred pages on-demand, as needed, but once
365  * page_alloc_init_late() has finished, the deferred pages are all initialized,
366  * and we can permanently disable that path.
367  */
368 static DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(deferred_pages);
369
370 /*
371  * Calling kasan_free_pages() only after deferred memory initialization
372  * has completed. Poisoning pages during deferred memory init will greatly
373  * lengthen the process and cause problem in large memory systems as the
374  * deferred pages initialization is done with interrupt disabled.
375  *
376  * Assuming that there will be no reference to those newly initialized
377  * pages before they are ever allocated, this should have no effect on
378  * KASAN memory tracking as the poison will be properly inserted at page
379  * allocation time. The only corner case is when pages are allocated by
380  * on-demand allocation and then freed again before the deferred pages
381  * initialization is done, but this is not likely to happen.
382  */
383 static inline void kasan_free_nondeferred_pages(struct page *page, int order)
384 {
385         if (!static_branch_unlikely(&deferred_pages))
386                 kasan_free_pages(page, order);
387 }
388
389 /* Returns true if the struct page for the pfn is uninitialised */
390 static inline bool __meminit early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
391 {
392         int nid = early_pfn_to_nid(pfn);
393
394         if (node_online(nid) && pfn >= NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn)
395                 return true;
396
397         return false;
398 }
399
400 /*
401  * Returns true when the remaining initialisation should be deferred until
402  * later in the boot cycle when it can be parallelised.
403  */
404 static bool __meminit
405 defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
406 {
407         static unsigned long prev_end_pfn, nr_initialised;
408
409         /*
410          * prev_end_pfn static that contains the end of previous zone
411          * No need to protect because called very early in boot before smp_init.
412          */
413         if (prev_end_pfn != end_pfn) {
414                 prev_end_pfn = end_pfn;
415                 nr_initialised = 0;
416         }
417
418         /* Always populate low zones for address-constrained allocations */
419         if (end_pfn < pgdat_end_pfn(NODE_DATA(nid)))
420                 return false;
421
422         /*
423          * We start only with one section of pages, more pages are added as
424          * needed until the rest of deferred pages are initialized.
425          */
426         nr_initialised++;
427         if ((nr_initialised > PAGES_PER_SECTION) &&
428             (pfn & (PAGES_PER_SECTION - 1)) == 0) {
429                 NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn = pfn;
430                 return true;
431         }
432         return false;
433 }
434 #else
435 #define kasan_free_nondeferred_pages(p, o)      kasan_free_pages(p, o)
436
437 static inline bool early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
438 {
439         return false;
440 }
441
442 static inline bool defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
443 {
444         return false;
445 }
446 #endif
447
448 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
449 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(struct page *page,
450                                                         unsigned long pfn)
451 {
452 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
453         return section_to_usemap(__pfn_to_section(pfn));
454 #else
455         return page_zone(page)->pageblock_flags;
456 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
457 }
458
459 static inline int pfn_to_bitidx(struct page *page, unsigned long pfn)
460 {
461 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
462         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
463 #else
464         pfn = pfn - round_down(page_zone(page)->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
465 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
466         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
467 }
468
469 /**
470  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
471  * @page: The page within the block of interest
472  * @pfn: The target page frame number
473  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
474  *
475  * Return: pageblock_bits flags
476  */
477 static __always_inline
478 unsigned long __get_pfnblock_flags_mask(struct page *page,
479                                         unsigned long pfn,
480                                         unsigned long mask)
481 {
482         unsigned long *bitmap;
483         unsigned long bitidx, word_bitidx;
484         unsigned long word;
485
486         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
487         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
488         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
489         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
490
491         word = bitmap[word_bitidx];
492         return (word >> bitidx) & mask;
493 }
494
495 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long pfn,
496                                         unsigned long mask)
497 {
498         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, mask);
499 }
500
501 static __always_inline int get_pfnblock_migratetype(struct page *page, unsigned long pfn)
502 {
503         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, MIGRATETYPE_MASK);
504 }
505
506 /**
507  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
508  * @page: The page within the block of interest
509  * @flags: The flags to set
510  * @pfn: The target page frame number
511  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
512  */
513 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
514                                         unsigned long pfn,
515                                         unsigned long mask)
516 {
517         unsigned long *bitmap;
518         unsigned long bitidx, word_bitidx;
519         unsigned long old_word, word;
520
521         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
522         BUILD_BUG_ON(MIGRATE_TYPES > (1 << PB_migratetype_bits));
523
524         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
525         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
526         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
527         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
528
529         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(page_zone(page), pfn), page);
530
531         mask <<= bitidx;
532         flags <<= bitidx;
533
534         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
535         for (;;) {
536                 old_word = cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], word, (word & ~mask) | flags);
537                 if (word == old_word)
538                         break;
539                 word = old_word;
540         }
541 }
542
543 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
544 {
545         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
546                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
547                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
548
549         set_pfnblock_flags_mask(page, (unsigned long)migratetype,
550                                 page_to_pfn(page), MIGRATETYPE_MASK);
551 }
552
553 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
554 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
555 {
556         int ret = 0;
557         unsigned seq;
558         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
559         unsigned long sp, start_pfn;
560
561         do {
562                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
563                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
564                 sp = zone->spanned_pages;
565                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
566                         ret = 1;
567         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
568
569         if (ret)
570                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
571                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
572                         start_pfn, start_pfn + sp);
573
574         return ret;
575 }
576
577 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
578 {
579         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page)))
580                 return 0;
581         if (zone != page_zone(page))
582                 return 0;
583
584         return 1;
585 }
586 /*
587  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
588  */
589 static int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
590 {
591         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
592                 return 1;
593         if (!page_is_consistent(zone, page))
594                 return 1;
595
596         return 0;
597 }
598 #else
599 static inline int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
600 {
601         return 0;
602 }
603 #endif
604
605 static void bad_page(struct page *page, const char *reason)
606 {
607         static unsigned long resume;
608         static unsigned long nr_shown;
609         static unsigned long nr_unshown;
610
611         /*
612          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
613          * or allow a steady drip of one report per second.
614          */
615         if (nr_shown == 60) {
616                 if (time_before(jiffies, resume)) {
617                         nr_unshown++;
618                         goto out;
619                 }
620                 if (nr_unshown) {
621                         pr_alert(
622                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
623                                 nr_unshown);
624                         nr_unshown = 0;
625                 }
626                 nr_shown = 0;
627         }
628         if (nr_shown++ == 0)
629                 resume = jiffies + 60 * HZ;
630
631         pr_alert("BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
632                 current->comm, page_to_pfn(page));
633         __dump_page(page, reason);
634         dump_page_owner(page);
635
636         print_modules();
637         dump_stack();
638 out:
639         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
640         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
641         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
642 }
643
644 /*
645  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
646  *
647  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page" and have PG_head set.
648  *
649  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages". PageTail() is encoded
650  * in bit 0 of page->compound_head. The rest of bits is pointer to head page.
651  *
652  * The first tail page's ->compound_dtor holds the offset in array of compound
653  * page destructors. See compound_page_dtors.
654  *
655  * The first tail page's ->compound_order holds the order of allocation.
656  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
657  */
658
659 void free_compound_page(struct page *page)
660 {
661         mem_cgroup_uncharge(page);
662         __free_pages_ok(page, compound_order(page));
663 }
664
665 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned int order)
666 {
667         int i;
668         int nr_pages = 1 << order;
669
670         __SetPageHead(page);
671         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
672                 struct page *p = page + i;
673                 set_page_count(p, 0);
674                 p->mapping = TAIL_MAPPING;
675                 set_compound_head(p, page);
676         }
677
678         set_compound_page_dtor(page, COMPOUND_PAGE_DTOR);
679         set_compound_order(page, order);
680         atomic_set(compound_mapcount_ptr(page), -1);
681         if (hpage_pincount_available(page))
682                 atomic_set(compound_pincount_ptr(page), 0);
683 }
684
685 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
686 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
687
688 bool _debug_pagealloc_enabled_early __read_mostly
689                         = IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC_ENABLE_DEFAULT);
690 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled_early);
691 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(_debug_pagealloc_enabled);
692 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled);
693
694 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(_debug_guardpage_enabled);
695
696 static int __init early_debug_pagealloc(char *buf)
697 {
698         return kstrtobool(buf, &_debug_pagealloc_enabled_early);
699 }
700 early_param("debug_pagealloc", early_debug_pagealloc);
701
702 void init_debug_pagealloc(void)
703 {
704         if (!debug_pagealloc_enabled())
705                 return;
706
707         static_branch_enable(&_debug_pagealloc_enabled);
708
709         if (!debug_guardpage_minorder())
710                 return;
711
712         static_branch_enable(&_debug_guardpage_enabled);
713 }
714
715 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
716 {
717         unsigned long res;
718
719         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
720                 pr_err("Bad debug_guardpage_minorder value\n");
721                 return 0;
722         }
723         _debug_guardpage_minorder = res;
724         pr_info("Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
725         return 0;
726 }
727 early_param("debug_guardpage_minorder", debug_guardpage_minorder_setup);
728
729 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
730                                 unsigned int order, int migratetype)
731 {
732         if (!debug_guardpage_enabled())
733                 return false;
734
735         if (order >= debug_guardpage_minorder())
736                 return false;
737
738         __SetPageGuard(page);
739         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
740         set_page_private(page, order);
741         /* Guard pages are not available for any usage */
742         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order), migratetype);
743
744         return true;
745 }
746
747 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
748                                 unsigned int order, int migratetype)
749 {
750         if (!debug_guardpage_enabled())
751                 return;
752
753         __ClearPageGuard(page);
754
755         set_page_private(page, 0);
756         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
757                 __mod_zone_freepage_state(zone, (1 << order), migratetype);
758 }
759 #else
760 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
761                         unsigned int order, int migratetype) { return false; }
762 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
763                                 unsigned int order, int migratetype) {}
764 #endif
765
766 static inline void set_page_order(struct page *page, unsigned int order)
767 {
768         set_page_private(page, order);
769         __SetPageBuddy(page);
770 }
771
772 /*
773  * This function checks whether a page is free && is the buddy
774  * we can coalesce a page and its buddy if
775  * (a) the buddy is not in a hole (check before calling!) &&
776  * (b) the buddy is in the buddy system &&
777  * (c) a page and its buddy have the same order &&
778  * (d) a page and its buddy are in the same zone.
779  *
780  * For recording whether a page is in the buddy system, we set PageBuddy.
781  * Setting, clearing, and testing PageBuddy is serialized by zone->lock.
782  *
783  * For recording page's order, we use page_private(page).
784  */
785 static inline bool page_is_buddy(struct page *page, struct page *buddy,
786                                                         unsigned int order)
787 {
788         if (!page_is_guard(buddy) && !PageBuddy(buddy))
789                 return false;
790
791         if (page_order(buddy) != order)
792                 return false;
793
794         /*
795          * zone check is done late to avoid uselessly calculating
796          * zone/node ids for pages that could never merge.
797          */
798         if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
799                 return false;
800
801         VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
802
803         return true;
804 }
805
806 #ifdef CONFIG_COMPACTION
807 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
808 {
809         struct capture_control *capc = current->capture_control;
810
811         return unlikely(capc) &&
812                 !(current->flags & PF_KTHREAD) &&
813                 !capc->page &&
814                 capc->cc->zone == zone ? capc : NULL;
815 }
816
817 static inline bool
818 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
819                    int order, int migratetype)
820 {
821         if (!capc || order != capc->cc->order)
822                 return false;
823
824         /* Do not accidentally pollute CMA or isolated regions*/
825         if (is_migrate_cma(migratetype) ||
826             is_migrate_isolate(migratetype))
827                 return false;
828
829         /*
830          * Do not let lower order allocations polluate a movable pageblock.
831          * This might let an unmovable request use a reclaimable pageblock
832          * and vice-versa but no more than normal fallback logic which can
833          * have trouble finding a high-order free page.
834          */
835         if (order < pageblock_order && migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
836                 return false;
837
838         capc->page = page;
839         return true;
840 }
841
842 #else
843 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
844 {
845         return NULL;
846 }
847
848 static inline bool
849 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
850                    int order, int migratetype)
851 {
852         return false;
853 }
854 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
855
856 /* Used for pages not on another list */
857 static inline void add_to_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
858                                     unsigned int order, int migratetype)
859 {
860         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
861
862         list_add(&page->lru, &area->free_list[migratetype]);
863         area->nr_free++;
864 }
865
866 /* Used for pages not on another list */
867 static inline void add_to_free_list_tail(struct page *page, struct zone *zone,
868                                          unsigned int order, int migratetype)
869 {
870         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
871
872         list_add_tail(&page->lru, &area->free_list[migratetype]);
873         area->nr_free++;
874 }
875
876 /* Used for pages which are on another list */
877 static inline void move_to_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
878                                      unsigned int order, int migratetype)
879 {
880         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
881
882         list_move(&page->lru, &area->free_list[migratetype]);
883 }
884
885 static inline void del_page_from_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
886                                            unsigned int order)
887 {
888         /* clear reported state and update reported page count */
889         if (page_reported(page))
890                 __ClearPageReported(page);
891
892         list_del(&page->lru);
893         __ClearPageBuddy(page);
894         set_page_private(page, 0);
895         zone->free_area[order].nr_free--;
896 }
897
898 /*
899  * If this is not the largest possible page, check if the buddy
900  * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
901  * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
902  * that is happening, add the free page to the tail of the list
903  * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
904  * as a higher order page
905  */
906 static inline bool
907 buddy_merge_likely(unsigned long pfn, unsigned long buddy_pfn,
908                    struct page *page, unsigned int order)
909 {
910         struct page *higher_page, *higher_buddy;
911         unsigned long combined_pfn;
912
913         if (order >= MAX_ORDER - 2)
914                 return false;
915
916         if (!pfn_valid_within(buddy_pfn))
917                 return false;
918
919         combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
920         higher_page = page + (combined_pfn - pfn);
921         buddy_pfn = __find_buddy_pfn(combined_pfn, order + 1);
922         higher_buddy = higher_page + (buddy_pfn - combined_pfn);
923
924         return pfn_valid_within(buddy_pfn) &&
925                page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1);
926 }
927
928 /*
929  * Freeing function for a buddy system allocator.
930  *
931  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
932  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
933  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
934  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
935  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
936  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
937  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
938  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
939  * parts of the VM system.
940  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
941  * free pages of length of (1 << order) and marked with PageBuddy.
942  * Page's order is recorded in page_private(page) field.
943  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
944  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
945  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
946  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
947  * triggers coalescing into a block of larger size.
948  *
949  * -- nyc
950  */
951
952 static inline void __free_one_page(struct page *page,
953                 unsigned long pfn,
954                 struct zone *zone, unsigned int order,
955                 int migratetype, bool report)
956 {
957         struct capture_control *capc = task_capc(zone);
958         unsigned long buddy_pfn;
959         unsigned long combined_pfn;
960         unsigned int max_order;
961         struct page *buddy;
962         bool to_tail;
963
964         max_order = min_t(unsigned int, MAX_ORDER, pageblock_order + 1);
965
966         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
967         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
968
969         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
970         if (likely(!is_migrate_isolate(migratetype)))
971                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
972
973         VM_BUG_ON_PAGE(pfn & ((1 << order) - 1), page);
974         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
975
976 continue_merging:
977         while (order < max_order - 1) {
978                 if (compaction_capture(capc, page, order, migratetype)) {
979                         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
980                                                                 migratetype);
981                         return;
982                 }
983                 buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
984                 buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
985
986                 if (!pfn_valid_within(buddy_pfn))
987                         goto done_merging;
988                 if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
989                         goto done_merging;
990                 /*
991                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
992                  * merge with it and move up one order.
993                  */
994                 if (page_is_guard(buddy))
995                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
996                 else
997                         del_page_from_free_list(buddy, zone, order);
998                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
999                 page = page + (combined_pfn - pfn);
1000                 pfn = combined_pfn;
1001                 order++;
1002         }
1003         if (max_order < MAX_ORDER) {
1004                 /* If we are here, it means order is >= pageblock_order.
1005                  * We want to prevent merge between freepages on isolate
1006                  * pageblock and normal pageblock. Without this, pageblock
1007                  * isolation could cause incorrect freepage or CMA accounting.
1008                  *
1009                  * We don't want to hit this code for the more frequent
1010                  * low-order merging.
1011                  */
1012                 if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone))) {
1013                         int buddy_mt;
1014
1015                         buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
1016                         buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
1017                         buddy_mt = get_pageblock_migratetype(buddy);
1018
1019                         if (migratetype != buddy_mt
1020                                         && (is_migrate_isolate(migratetype) ||
1021                                                 is_migrate_isolate(buddy_mt)))
1022                                 goto done_merging;
1023                 }
1024                 max_order++;
1025                 goto continue_merging;
1026         }
1027
1028 done_merging:
1029         set_page_order(page, order);
1030
1031         if (is_shuffle_order(order))
1032                 to_tail = shuffle_pick_tail();
1033         else
1034                 to_tail = buddy_merge_likely(pfn, buddy_pfn, page, order);
1035
1036         if (to_tail)
1037                 add_to_free_list_tail(page, zone, order, migratetype);
1038         else
1039                 add_to_free_list(page, zone, order, migratetype);
1040
1041         /* Notify page reporting subsystem of freed page */
1042         if (report)
1043                 page_reporting_notify_free(order);
1044 }
1045
1046 /*
1047  * A bad page could be due to a number of fields. Instead of multiple branches,
1048  * try and check multiple fields with one check. The caller must do a detailed
1049  * check if necessary.
1050  */
1051 static inline bool page_expected_state(struct page *page,
1052                                         unsigned long check_flags)
1053 {
1054         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1055                 return false;
1056
1057         if (unlikely((unsigned long)page->mapping |
1058                         page_ref_count(page) |
1059 #ifdef CONFIG_MEMCG
1060                         (unsigned long)page->mem_cgroup |
1061 #endif
1062                         (page->flags & check_flags)))
1063                 return false;
1064
1065         return true;
1066 }
1067
1068 static const char *page_bad_reason(struct page *page, unsigned long flags)
1069 {
1070         const char *bad_reason = NULL;
1071
1072         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1073                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1074         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1075                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1076         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
1077                 bad_reason = "nonzero _refcount";
1078         if (unlikely(page->flags & flags)) {
1079                 if (flags == PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)
1080                         bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag(s) set";
1081                 else
1082                         bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
1083         }
1084 #ifdef CONFIG_MEMCG
1085         if (unlikely(page->mem_cgroup))
1086                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
1087 #endif
1088         return bad_reason;
1089 }
1090
1091 static void check_free_page_bad(struct page *page)
1092 {
1093         bad_page(page,
1094                  page_bad_reason(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE));
1095 }
1096
1097 static inline int check_free_page(struct page *page)
1098 {
1099         if (likely(page_expected_state(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)))
1100                 return 0;
1101
1102         /* Something has gone sideways, find it */
1103         check_free_page_bad(page);
1104         return 1;
1105 }
1106
1107 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
1108 {
1109         int ret = 1;
1110
1111         /*
1112          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
1113          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
1114          */
1115         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
1116
1117         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM)) {
1118                 ret = 0;
1119                 goto out;
1120         }
1121         switch (page - head_page) {
1122         case 1:
1123                 /* the first tail page: ->mapping may be compound_mapcount() */
1124                 if (unlikely(compound_mapcount(page))) {
1125                         bad_page(page, "nonzero compound_mapcount");
1126                         goto out;
1127                 }
1128                 break;
1129         case 2:
1130                 /*
1131                  * the second tail page: ->mapping is
1132                  * deferred_list.next -- ignore value.
1133                  */
1134                 break;
1135         default:
1136                 if (page->mapping != TAIL_MAPPING) {
1137                         bad_page(page, "corrupted mapping in tail page");
1138                         goto out;
1139                 }
1140                 break;
1141         }
1142         if (unlikely(!PageTail(page))) {
1143                 bad_page(page, "PageTail not set");
1144                 goto out;
1145         }
1146         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
1147                 bad_page(page, "compound_head not consistent");
1148                 goto out;
1149         }
1150         ret = 0;
1151 out:
1152         page->mapping = NULL;
1153         clear_compound_head(page);
1154         return ret;
1155 }
1156
1157 static void kernel_init_free_pages(struct page *page, int numpages)
1158 {
1159         int i;
1160
1161         /* s390's use of memset() could override KASAN redzones. */
1162         kasan_disable_current();
1163         for (i = 0; i < numpages; i++)
1164                 clear_highpage(page + i);
1165         kasan_enable_current();
1166 }
1167
1168 static __always_inline bool free_pages_prepare(struct page *page,
1169                                         unsigned int order, bool check_free)
1170 {
1171         int bad = 0;
1172
1173         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
1174
1175         trace_mm_page_free(page, order);
1176
1177         /*
1178          * Check tail pages before head page information is cleared to
1179          * avoid checking PageCompound for order-0 pages.
1180          */
1181         if (unlikely(order)) {
1182                 bool compound = PageCompound(page);
1183                 int i;
1184
1185                 VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
1186
1187                 if (compound)
1188                         ClearPageDoubleMap(page);
1189                 for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1190                         if (compound)
1191                                 bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
1192                         if (unlikely(check_free_page(page + i))) {
1193                                 bad++;
1194                                 continue;
1195                         }
1196                         (page + i)->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1197                 }
1198         }
1199         if (PageMappingFlags(page))
1200                 page->mapping = NULL;
1201         if (memcg_kmem_enabled() && PageKmemcg(page))
1202                 __memcg_kmem_uncharge_page(page, order);
1203         if (check_free)
1204                 bad += check_free_page(page);
1205         if (bad)
1206                 return false;
1207
1208         page_cpupid_reset_last(page);
1209         page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1210         reset_page_owner(page, order);
1211
1212         if (!PageHighMem(page)) {
1213                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1214                                            PAGE_SIZE << order);
1215                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1216                                            PAGE_SIZE << order);
1217         }
1218         if (want_init_on_free())
1219                 kernel_init_free_pages(page, 1 << order);
1220
1221         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 0);
1222         /*
1223          * arch_free_page() can make the page's contents inaccessible.  s390
1224          * does this.  So nothing which can access the page's contents should
1225          * happen after this.
1226          */
1227         arch_free_page(page, order);
1228
1229         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1230                 kernel_map_pages(page, 1 << order, 0);
1231
1232         kasan_free_nondeferred_pages(page, order);
1233
1234         return true;
1235 }
1236
1237 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1238 /*
1239  * With DEBUG_VM enabled, order-0 pages are checked immediately when being freed
1240  * to pcp lists. With debug_pagealloc also enabled, they are also rechecked when
1241  * moved from pcp lists to free lists.
1242  */
1243 static bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1244 {
1245         return free_pages_prepare(page, 0, true);
1246 }
1247
1248 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1249 {
1250         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1251                 return check_free_page(page);
1252         else
1253                 return false;
1254 }
1255 #else
1256 /*
1257  * With DEBUG_VM disabled, order-0 pages being freed are checked only when
1258  * moving from pcp lists to free list in order to reduce overhead. With
1259  * debug_pagealloc enabled, they are checked also immediately when being freed
1260  * to the pcp lists.
1261  */
1262 static bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1263 {
1264         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1265                 return free_pages_prepare(page, 0, true);
1266         else
1267                 return free_pages_prepare(page, 0, false);
1268 }
1269
1270 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1271 {
1272         return check_free_page(page);
1273 }
1274 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1275
1276 static inline void prefetch_buddy(struct page *page)
1277 {
1278         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1279         unsigned long buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, 0);
1280         struct page *buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
1281
1282         prefetch(buddy);
1283 }
1284
1285 /*
1286  * Frees a number of pages from the PCP lists
1287  * Assumes all pages on list are in same zone, and of same order.
1288  * count is the number of pages to free.
1289  *
1290  * If the zone was previously in an "all pages pinned" state then look to
1291  * see if this freeing clears that state.
1292  *
1293  * And clear the zone's pages_scanned counter, to hold off the "all pages are
1294  * pinned" detection logic.
1295  */
1296 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
1297                                         struct per_cpu_pages *pcp)
1298 {
1299         int migratetype = 0;
1300         int batch_free = 0;
1301         int prefetch_nr = 0;
1302         bool isolated_pageblocks;
1303         struct page *page, *tmp;
1304         LIST_HEAD(head);
1305
1306         /*
1307          * Ensure proper count is passed which otherwise would stuck in the
1308          * below while (list_empty(list)) loop.
1309          */
1310         count = min(pcp->count, count);
1311         while (count) {
1312                 struct list_head *list;
1313
1314                 /*
1315                  * Remove pages from lists in a round-robin fashion. A
1316                  * batch_free count is maintained that is incremented when an
1317                  * empty list is encountered.  This is so more pages are freed
1318                  * off fuller lists instead of spinning excessively around empty
1319                  * lists
1320                  */
1321                 do {
1322                         batch_free++;
1323                         if (++migratetype == MIGRATE_PCPTYPES)
1324                                 migratetype = 0;
1325                         list = &pcp->lists[migratetype];
1326                 } while (list_empty(list));
1327
1328                 /* This is the only non-empty list. Free them all. */
1329                 if (batch_free == MIGRATE_PCPTYPES)
1330                         batch_free = count;
1331
1332                 do {
1333                         page = list_last_entry(list, struct page, lru);
1334                         /* must delete to avoid corrupting pcp list */
1335                         list_del(&page->lru);
1336                         pcp->count--;
1337
1338                         if (bulkfree_pcp_prepare(page))
1339                                 continue;
1340
1341                         list_add_tail(&page->lru, &head);
1342
1343                         /*
1344                          * We are going to put the page back to the global
1345                          * pool, prefetch its buddy to speed up later access
1346                          * under zone->lock. It is believed the overhead of
1347                          * an additional test and calculating buddy_pfn here
1348                          * can be offset by reduced memory latency later. To
1349                          * avoid excessive prefetching due to large count, only
1350                          * prefetch buddy for the first pcp->batch nr of pages.
1351                          */
1352                         if (prefetch_nr++ < pcp->batch)
1353                                 prefetch_buddy(page);
1354                 } while (--count && --batch_free && !list_empty(list));
1355         }
1356
1357         spin_lock(&zone->lock);
1358         isolated_pageblocks = has_isolate_pageblock(zone);
1359
1360         /*
1361          * Use safe version since after __free_one_page(),
1362          * page->lru.next will not point to original list.
1363          */
1364         list_for_each_entry_safe(page, tmp, &head, lru) {
1365                 int mt = get_pcppage_migratetype(page);
1366                 /* MIGRATE_ISOLATE page should not go to pcplists */
1367                 VM_BUG_ON_PAGE(is_migrate_isolate(mt), page);
1368                 /* Pageblock could have been isolated meanwhile */
1369                 if (unlikely(isolated_pageblocks))
1370                         mt = get_pageblock_migratetype(page);
1371
1372                 __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, 0, mt, true);
1373                 trace_mm_page_pcpu_drain(page, 0, mt);
1374         }
1375         spin_unlock(&zone->lock);
1376 }
1377
1378 static void free_one_page(struct zone *zone,
1379                                 struct page *page, unsigned long pfn,
1380                                 unsigned int order,
1381                                 int migratetype)
1382 {
1383         spin_lock(&zone->lock);
1384         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1385                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1386                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1387         }
1388         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype, true);
1389         spin_unlock(&zone->lock);
1390 }
1391
1392 static void __meminit __init_single_page(struct page *page, unsigned long pfn,
1393                                 unsigned long zone, int nid)
1394 {
1395         mm_zero_struct_page(page);
1396         set_page_links(page, zone, nid, pfn);
1397         init_page_count(page);
1398         page_mapcount_reset(page);
1399         page_cpupid_reset_last(page);
1400         page_kasan_tag_reset(page);
1401
1402         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1403 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
1404         /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
1405         if (!is_highmem_idx(zone))
1406                 set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
1407 #endif
1408 }
1409
1410 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1411 static void __meminit init_reserved_page(unsigned long pfn)
1412 {
1413         pg_data_t *pgdat;
1414         int nid, zid;
1415
1416         if (!early_page_uninitialised(pfn))
1417                 return;
1418
1419         nid = early_pfn_to_nid(pfn);
1420         pgdat = NODE_DATA(nid);
1421
1422         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1423                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zid];
1424
1425                 if (pfn >= zone->zone_start_pfn && pfn < zone_end_pfn(zone))
1426                         break;
1427         }
1428         __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zid, nid);
1429 }
1430 #else
1431 static inline void init_reserved_page(unsigned long pfn)
1432 {
1433 }
1434 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1435
1436 /*
1437  * Initialised pages do not have PageReserved set. This function is
1438  * called for each range allocated by the bootmem allocator and
1439  * marks the pages PageReserved. The remaining valid pages are later
1440  * sent to the buddy page allocator.
1441  */
1442 void __meminit reserve_bootmem_region(phys_addr_t start, phys_addr_t end)
1443 {
1444         unsigned long start_pfn = PFN_DOWN(start);
1445         unsigned long end_pfn = PFN_UP(end);
1446
1447         for (; start_pfn < end_pfn; start_pfn++) {
1448                 if (pfn_valid(start_pfn)) {
1449                         struct page *page = pfn_to_page(start_pfn);
1450
1451                         init_reserved_page(start_pfn);
1452
1453                         /* Avoid false-positive PageTail() */
1454                         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1455
1456                         /*
1457                          * no need for atomic set_bit because the struct
1458                          * page is not visible yet so nobody should
1459                          * access it yet.
1460                          */
1461                         __SetPageReserved(page);
1462                 }
1463         }
1464 }
1465
1466 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order)
1467 {
1468         unsigned long flags;
1469         int migratetype;
1470         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1471
1472         if (!free_pages_prepare(page, order, true))
1473                 return;
1474
1475         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1476         local_irq_save(flags);
1477         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1478         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype);
1479         local_irq_restore(flags);
1480 }
1481
1482 void __free_pages_core(struct page *page, unsigned int order)
1483 {
1484         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1485         struct page *p = page;
1486         unsigned int loop;
1487
1488         prefetchw(p);
1489         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1490                 prefetchw(p + 1);
1491                 __ClearPageReserved(p);
1492                 set_page_count(p, 0);
1493         }
1494         __ClearPageReserved(p);
1495         set_page_count(p, 0);
1496
1497         atomic_long_add(nr_pages, &page_zone(page)->managed_pages);
1498         set_page_refcounted(page);
1499         __free_pages(page, order);
1500 }
1501
1502 #ifdef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
1503
1504 static struct mminit_pfnnid_cache early_pfnnid_cache __meminitdata;
1505
1506 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID
1507
1508 /*
1509  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
1510  */
1511 int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn,
1512                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1513 {
1514         unsigned long start_pfn, end_pfn;
1515         int nid;
1516
1517         if (state->last_start <= pfn && pfn < state->last_end)
1518                 return state->last_nid;
1519
1520         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
1521         if (nid != NUMA_NO_NODE) {
1522                 state->last_start = start_pfn;
1523                 state->last_end = end_pfn;
1524                 state->last_nid = nid;
1525         }
1526
1527         return nid;
1528 }
1529 #endif /* CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID */
1530
1531 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
1532 {
1533         static DEFINE_SPINLOCK(early_pfn_lock);
1534         int nid;
1535
1536         spin_lock(&early_pfn_lock);
1537         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1538         if (nid < 0)
1539                 nid = first_online_node;
1540         spin_unlock(&early_pfn_lock);
1541
1542         return nid;
1543 }
1544 #endif /* CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES */
1545
1546 void __init memblock_free_pages(struct page *page, unsigned long pfn,
1547                                                         unsigned int order)
1548 {
1549         if (early_page_uninitialised(pfn))
1550                 return;
1551         __free_pages_core(page, order);
1552 }
1553
1554 /*
1555  * Check that the whole (or subset of) a pageblock given by the interval of
1556  * [start_pfn, end_pfn) is valid and within the same zone, before scanning it
1557  * with the migration of free compaction scanner. The scanners then need to
1558  * use only pfn_valid_within() check for arches that allow holes within
1559  * pageblocks.
1560  *
1561  * Return struct page pointer of start_pfn, or NULL if checks were not passed.
1562  *
1563  * It's possible on some configurations to have a setup like node0 node1 node0
1564  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of pages do not
1565  * belong to a single zone. We assume that a border between node0 and node1
1566  * can occur within a single pageblock, but not a node0 node1 node0
1567  * interleaving within a single pageblock. It is therefore sufficient to check
1568  * the first and last page of a pageblock and avoid checking each individual
1569  * page in a pageblock.
1570  */
1571 struct page *__pageblock_pfn_to_page(unsigned long start_pfn,
1572                                      unsigned long end_pfn, struct zone *zone)
1573 {
1574         struct page *start_page;
1575         struct page *end_page;
1576
1577         /* end_pfn is one past the range we are checking */
1578         end_pfn--;
1579
1580         if (!pfn_valid(start_pfn) || !pfn_valid(end_pfn))
1581                 return NULL;
1582
1583         start_page = pfn_to_online_page(start_pfn);
1584         if (!start_page)
1585                 return NULL;
1586
1587         if (page_zone(start_page) != zone)
1588                 return NULL;
1589
1590         end_page = pfn_to_page(end_pfn);
1591
1592         /* This gives a shorter code than deriving page_zone(end_page) */
1593         if (page_zone_id(start_page) != page_zone_id(end_page))
1594                 return NULL;
1595
1596         return start_page;
1597 }
1598
1599 void set_zone_contiguous(struct zone *zone)
1600 {
1601         unsigned long block_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
1602         unsigned long block_end_pfn;
1603
1604         block_end_pfn = ALIGN(block_start_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
1605         for (; block_start_pfn < zone_end_pfn(zone);
1606                         block_start_pfn = block_end_pfn,
1607                          block_end_pfn += pageblock_nr_pages) {
1608
1609                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, zone_end_pfn(zone));
1610
1611                 if (!__pageblock_pfn_to_page(block_start_pfn,
1612                                              block_end_pfn, zone))
1613                         return;
1614                 cond_resched();
1615         }
1616
1617         /* We confirm that there is no hole */
1618         zone->contiguous = true;
1619 }
1620
1621 void clear_zone_contiguous(struct zone *zone)
1622 {
1623         zone->contiguous = false;
1624 }
1625
1626 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1627 static void __init deferred_free_range(unsigned long pfn,
1628                                        unsigned long nr_pages)
1629 {
1630         struct page *page;
1631         unsigned long i;
1632
1633         if (!nr_pages)
1634                 return;
1635
1636         page = pfn_to_page(pfn);
1637
1638         /* Free a large naturally-aligned chunk if possible */
1639         if (nr_pages == pageblock_nr_pages &&
1640             (pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0) {
1641                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1642                 __free_pages_core(page, pageblock_order);
1643                 return;
1644         }
1645
1646         for (i = 0; i < nr_pages; i++, page++, pfn++) {
1647                 if ((pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0)
1648                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1649                 __free_pages_core(page, 0);
1650         }
1651 }
1652
1653 /* Completion tracking for deferred_init_memmap() threads */
1654 static atomic_t pgdat_init_n_undone __initdata;
1655 static __initdata DECLARE_COMPLETION(pgdat_init_all_done_comp);
1656
1657 static inline void __init pgdat_init_report_one_done(void)
1658 {
1659         if (atomic_dec_and_test(&pgdat_init_n_undone))
1660                 complete(&pgdat_init_all_done_comp);
1661 }
1662
1663 /*
1664  * Returns true if page needs to be initialized or freed to buddy allocator.
1665  *
1666  * First we check if pfn is valid on architectures where it is possible to have
1667  * holes within pageblock_nr_pages. On systems where it is not possible, this
1668  * function is optimized out.
1669  *
1670  * Then, we check if a current large page is valid by only checking the validity
1671  * of the head pfn.
1672  */
1673 static inline bool __init deferred_pfn_valid(unsigned long pfn)
1674 {
1675         if (!pfn_valid_within(pfn))
1676                 return false;
1677         if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) && !pfn_valid(pfn))
1678                 return false;
1679         return true;
1680 }
1681
1682 /*
1683  * Free pages to buddy allocator. Try to free aligned pages in
1684  * pageblock_nr_pages sizes.
1685  */
1686 static void __init deferred_free_pages(unsigned long pfn,
1687                                        unsigned long end_pfn)
1688 {
1689         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1690         unsigned long nr_free = 0;
1691
1692         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1693                 if (!deferred_pfn_valid(pfn)) {
1694                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1695                         nr_free = 0;
1696                 } else if (!(pfn & nr_pgmask)) {
1697                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1698                         nr_free = 1;
1699                 } else {
1700                         nr_free++;
1701                 }
1702         }
1703         /* Free the last block of pages to allocator */
1704         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1705 }
1706
1707 /*
1708  * Initialize struct pages.  We minimize pfn page lookups and scheduler checks
1709  * by performing it only once every pageblock_nr_pages.
1710  * Return number of pages initialized.
1711  */
1712 static unsigned long  __init deferred_init_pages(struct zone *zone,
1713                                                  unsigned long pfn,
1714                                                  unsigned long end_pfn)
1715 {
1716         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1717         int nid = zone_to_nid(zone);
1718         unsigned long nr_pages = 0;
1719         int zid = zone_idx(zone);
1720         struct page *page = NULL;
1721
1722         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1723                 if (!deferred_pfn_valid(pfn)) {
1724                         page = NULL;
1725                         continue;
1726                 } else if (!page || !(pfn & nr_pgmask)) {
1727                         page = pfn_to_page(pfn);
1728                 } else {
1729                         page++;
1730                 }
1731                 __init_single_page(page, pfn, zid, nid);
1732                 nr_pages++;
1733         }
1734         return (nr_pages);
1735 }
1736
1737 /*
1738  * This function is meant to pre-load the iterator for the zone init.
1739  * Specifically it walks through the ranges until we are caught up to the
1740  * first_init_pfn value and exits there. If we never encounter the value we
1741  * return false indicating there are no valid ranges left.
1742  */
1743 static bool __init
1744 deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(u64 *i, struct zone *zone,
1745                                     unsigned long *spfn, unsigned long *epfn,
1746                                     unsigned long first_init_pfn)
1747 {
1748         u64 j;
1749
1750         /*
1751          * Start out by walking through the ranges in this zone that have
1752          * already been initialized. We don't need to do anything with them
1753          * so we just need to flush them out of the system.
1754          */
1755         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone(j, zone, spfn, epfn) {
1756                 if (*epfn <= first_init_pfn)
1757                         continue;
1758                 if (*spfn < first_init_pfn)
1759                         *spfn = first_init_pfn;
1760                 *i = j;
1761                 return true;
1762         }
1763
1764         return false;
1765 }
1766
1767 /*
1768  * Initialize and free pages. We do it in two loops: first we initialize
1769  * struct page, then free to buddy allocator, because while we are
1770  * freeing pages we can access pages that are ahead (computing buddy
1771  * page in __free_one_page()).
1772  *
1773  * In order to try and keep some memory in the cache we have the loop
1774  * broken along max page order boundaries. This way we will not cause
1775  * any issues with the buddy page computation.
1776  */
1777 static unsigned long __init
1778 deferred_init_maxorder(u64 *i, struct zone *zone, unsigned long *start_pfn,
1779                        unsigned long *end_pfn)
1780 {
1781         unsigned long mo_pfn = ALIGN(*start_pfn + 1, MAX_ORDER_NR_PAGES);
1782         unsigned long spfn = *start_pfn, epfn = *end_pfn;
1783         unsigned long nr_pages = 0;
1784         u64 j = *i;
1785
1786         /* First we loop through and initialize the page values */
1787         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone_from(j, zone, start_pfn, end_pfn) {
1788                 unsigned long t;
1789
1790                 if (mo_pfn <= *start_pfn)
1791                         break;
1792
1793                 t = min(mo_pfn, *end_pfn);
1794                 nr_pages += deferred_init_pages(zone, *start_pfn, t);
1795
1796                 if (mo_pfn < *end_pfn) {
1797                         *start_pfn = mo_pfn;
1798                         break;
1799                 }
1800         }
1801
1802         /* Reset values and now loop through freeing pages as needed */
1803         swap(j, *i);
1804
1805         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone_from(j, zone, &spfn, &epfn) {
1806                 unsigned long t;
1807
1808                 if (mo_pfn <= spfn)
1809                         break;
1810
1811                 t = min(mo_pfn, epfn);
1812                 deferred_free_pages(spfn, t);
1813
1814                 if (mo_pfn <= epfn)
1815                         break;
1816         }
1817
1818         return nr_pages;
1819 }
1820
1821 static void __init
1822 deferred_init_memmap_chunk(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn,
1823                            void *arg)
1824 {
1825         unsigned long spfn, epfn;
1826         struct zone *zone = arg;
1827         u64 i;
1828
1829         deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn, start_pfn);
1830
1831         /*
1832          * Initialize and free pages in MAX_ORDER sized increments so that we
1833          * can avoid introducing any issues with the buddy allocator.
1834          */
1835         while (spfn < end_pfn) {
1836                 deferred_init_maxorder(&i, zone, &spfn, &epfn);
1837                 cond_resched();
1838         }
1839 }
1840
1841 /* An arch may override for more concurrency. */
1842 __weak int __init
1843 deferred_page_init_max_threads(const struct cpumask *node_cpumask)
1844 {
1845         return 1;
1846 }
1847
1848 /* Initialise remaining memory on a node */
1849 static int __init deferred_init_memmap(void *data)
1850 {
1851         pg_data_t *pgdat = data;
1852         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
1853         unsigned long spfn = 0, epfn = 0;
1854         unsigned long first_init_pfn, flags;
1855         unsigned long start = jiffies;
1856         struct zone *zone;
1857         int zid, max_threads;
1858         u64 i;
1859
1860         /* Bind memory initialisation thread to a local node if possible */
1861         if (!cpumask_empty(cpumask))
1862                 set_cpus_allowed_ptr(current, cpumask);
1863
1864         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
1865         first_init_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1866         if (first_init_pfn == ULONG_MAX) {
1867                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1868                 pgdat_init_report_one_done();
1869                 return 0;
1870         }
1871
1872         /* Sanity check boundaries */
1873         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn < pgdat->node_start_pfn);
1874         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn > pgdat_end_pfn(pgdat));
1875         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
1876
1877         /*
1878          * Once we unlock here, the zone cannot be grown anymore, thus if an
1879          * interrupt thread must allocate this early in boot, zone must be
1880          * pre-grown prior to start of deferred page initialization.
1881          */
1882         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1883
1884         /* Only the highest zone is deferred so find it */
1885         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1886                 zone = pgdat->node_zones + zid;
1887                 if (first_init_pfn < zone_end_pfn(zone))
1888                         break;
1889         }
1890
1891         /* If the zone is empty somebody else may have cleared out the zone */
1892         if (!deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
1893                                                  first_init_pfn))
1894                 goto zone_empty;
1895
1896         max_threads = deferred_page_init_max_threads(cpumask);
1897
1898         while (spfn < epfn) {
1899                 unsigned long epfn_align = ALIGN(epfn, PAGES_PER_SECTION);
1900                 struct padata_mt_job job = {
1901                         .thread_fn   = deferred_init_memmap_chunk,
1902                         .fn_arg      = zone,
1903                         .start       = spfn,
1904                         .size        = epfn_align - spfn,
1905                         .align       = PAGES_PER_SECTION,
1906                         .min_chunk   = PAGES_PER_SECTION,
1907                         .max_threads = max_threads,
1908                 };
1909
1910                 padata_do_multithreaded(&job);
1911                 deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
1912                                                     epfn_align);
1913         }
1914 zone_empty:
1915         /* Sanity check that the next zone really is unpopulated */
1916         WARN_ON(++zid < MAX_NR_ZONES && populated_zone(++zone));
1917
1918         pr_info("node %d deferred pages initialised in %ums\n",
1919                 pgdat->node_id, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
1920
1921         pgdat_init_report_one_done();
1922         return 0;
1923 }
1924
1925 /*
1926  * If this zone has deferred pages, try to grow it by initializing enough
1927  * deferred pages to satisfy the allocation specified by order, rounded up to
1928  * the nearest PAGES_PER_SECTION boundary.  So we're adding memory in increments
1929  * of SECTION_SIZE bytes by initializing struct pages in increments of
1930  * PAGES_PER_SECTION * sizeof(struct page) bytes.
1931  *
1932  * Return true when zone was grown, otherwise return false. We return true even
1933  * when we grow less than requested, to let the caller decide if there are
1934  * enough pages to satisfy the allocation.
1935  *
1936  * Note: We use noinline because this function is needed only during boot, and
1937  * it is called from a __ref function _deferred_grow_zone. This way we are
1938  * making sure that it is not inlined into permanent text section.
1939  */
1940 static noinline bool __init
1941 deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
1942 {
1943         unsigned long nr_pages_needed = ALIGN(1 << order, PAGES_PER_SECTION);
1944         pg_data_t *pgdat = zone->zone_pgdat;
1945         unsigned long first_deferred_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1946         unsigned long spfn, epfn, flags;
1947         unsigned long nr_pages = 0;
1948         u64 i;
1949
1950         /* Only the last zone may have deferred pages */
1951         if (zone_end_pfn(zone) != pgdat_end_pfn(pgdat))
1952                 return false;
1953
1954         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
1955
1956         /*
1957          * If someone grew this zone while we were waiting for spinlock, return
1958          * true, as there might be enough pages already.
1959          */
1960         if (first_deferred_pfn != pgdat->first_deferred_pfn) {
1961                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1962                 return true;
1963         }
1964
1965         /* If the zone is empty somebody else may have cleared out the zone */
1966         if (!deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
1967                                                  first_deferred_pfn)) {
1968                 pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
1969                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1970                 /* Retry only once. */
1971                 return first_deferred_pfn != ULONG_MAX;
1972         }
1973
1974         /*
1975          * Initialize and free pages in MAX_ORDER sized increments so
1976          * that we can avoid introducing any issues with the buddy
1977          * allocator.
1978          */
1979         while (spfn < epfn) {
1980                 /* update our first deferred PFN for this section */
1981                 first_deferred_pfn = spfn;
1982
1983                 nr_pages += deferred_init_maxorder(&i, zone, &spfn, &epfn);
1984                 touch_nmi_watchdog();
1985
1986                 /* We should only stop along section boundaries */
1987                 if ((first_deferred_pfn ^ spfn) < PAGES_PER_SECTION)
1988                         continue;
1989
1990                 /* If our quota has been met we can stop here */
1991                 if (nr_pages >= nr_pages_needed)
1992                         break;
1993         }
1994
1995         pgdat->first_deferred_pfn = spfn;
1996         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1997
1998         return nr_pages > 0;
1999 }
2000
2001 /*
2002  * deferred_grow_zone() is __init, but it is called from
2003  * get_page_from_freelist() during early boot until deferred_pages permanently
2004  * disables this call. This is why we have refdata wrapper to avoid warning,
2005  * and to ensure that the function body gets unloaded.
2006  */
2007 static bool __ref
2008 _deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
2009 {
2010         return deferred_grow_zone(zone, order);
2011 }
2012
2013 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
2014
2015 void __init page_alloc_init_late(void)
2016 {
2017         struct zone *zone;
2018         int nid;
2019
2020 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
2021
2022         /* There will be num_node_state(N_MEMORY) threads */
2023         atomic_set(&pgdat_init_n_undone, num_node_state(N_MEMORY));
2024         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
2025                 kthread_run(deferred_init_memmap, NODE_DATA(nid), "pgdatinit%d", nid);
2026         }
2027
2028         /* Block until all are initialised */
2029         wait_for_completion(&pgdat_init_all_done_comp);
2030
2031         /*
2032          * The number of managed pages has changed due to the initialisation
2033          * so the pcpu batch and high limits needs to be updated or the limits
2034          * will be artificially small.
2035          */
2036         for_each_populated_zone(zone)
2037                 zone_pcp_update(zone);
2038
2039         /*
2040          * We initialized the rest of the deferred pages.  Permanently disable
2041          * on-demand struct page initialization.
2042          */
2043         static_branch_disable(&deferred_pages);
2044
2045         /* Reinit limits that are based on free pages after the kernel is up */
2046         files_maxfiles_init();
2047 #endif
2048
2049         /* Discard memblock private memory */
2050         memblock_discard();
2051
2052         for_each_node_state(nid, N_MEMORY)
2053                 shuffle_free_memory(NODE_DATA(nid));
2054
2055         for_each_populated_zone(zone)
2056                 set_zone_contiguous(zone);
2057 }
2058
2059 #ifdef CONFIG_CMA
2060 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
2061 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
2062 {
2063         unsigned i = pageblock_nr_pages;
2064         struct page *p = page;
2065
2066         do {
2067                 __ClearPageReserved(p);
2068                 set_page_count(p, 0);
2069         } while (++p, --i);
2070
2071         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
2072
2073         if (pageblock_order >= MAX_ORDER) {
2074                 i = pageblock_nr_pages;
2075                 p = page;
2076                 do {
2077                         set_page_refcounted(p);
2078                         __free_pages(p, MAX_ORDER - 1);
2079                         p += MAX_ORDER_NR_PAGES;
2080                 } while (i -= MAX_ORDER_NR_PAGES);
2081         } else {
2082                 set_page_refcounted(page);
2083                 __free_pages(page, pageblock_order);
2084         }
2085
2086         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
2087 }
2088 #endif
2089
2090 /*
2091  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
2092  * Please do not alter this order without good reasons and regression
2093  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
2094  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
2095  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
2096  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
2097  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
2098  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
2099  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
2100  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
2101  *
2102  * -- nyc
2103  */
2104 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
2105         int low, int high, int migratetype)
2106 {
2107         unsigned long size = 1 << high;
2108
2109         while (high > low) {
2110                 high--;
2111                 size >>= 1;
2112                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
2113
2114                 /*
2115                  * Mark as guard pages (or page), that will allow to
2116                  * merge back to allocator when buddy will be freed.
2117                  * Corresponding page table entries will not be touched,
2118                  * pages will stay not present in virtual address space
2119                  */
2120                 if (set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype))
2121                         continue;
2122
2123                 add_to_free_list(&page[size], zone, high, migratetype);
2124                 set_page_order(&page[size], high);
2125         }
2126 }
2127
2128 static void check_new_page_bad(struct page *page)
2129 {
2130         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
2131                 /* Don't complain about hwpoisoned pages */
2132                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
2133                 return;
2134         }
2135
2136         bad_page(page,
2137                  page_bad_reason(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP));
2138 }
2139
2140 /*
2141  * This page is about to be returned from the page allocator
2142  */
2143 static inline int check_new_page(struct page *page)
2144 {
2145         if (likely(page_expected_state(page,
2146                                 PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP|__PG_HWPOISON)))
2147                 return 0;
2148
2149         check_new_page_bad(page);
2150         return 1;
2151 }
2152
2153 static inline bool free_pages_prezeroed(void)
2154 {
2155         return (IS_ENABLED(CONFIG_PAGE_POISONING_ZERO) &&
2156                 page_poisoning_enabled()) || want_init_on_free();
2157 }
2158
2159 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
2160 /*
2161  * With DEBUG_VM enabled, order-0 pages are checked for expected state when
2162  * being allocated from pcp lists. With debug_pagealloc also enabled, they are
2163  * also checked when pcp lists are refilled from the free lists.
2164  */
2165 static inline bool check_pcp_refill(struct page *page)
2166 {
2167         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2168                 return check_new_page(page);
2169         else
2170                 return false;
2171 }
2172
2173 static inline bool check_new_pcp(struct page *page)
2174 {
2175         return check_new_page(page);
2176 }
2177 #else
2178 /*
2179  * With DEBUG_VM disabled, free order-0 pages are checked for expected state
2180  * when pcp lists are being refilled from the free lists. With debug_pagealloc
2181  * enabled, they are also checked when being allocated from the pcp lists.
2182  */
2183 static inline bool check_pcp_refill(struct page *page)
2184 {
2185         return check_new_page(page);
2186 }
2187 static inline bool check_new_pcp(struct page *page)
2188 {
2189         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2190                 return check_new_page(page);
2191         else
2192                 return false;
2193 }
2194 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
2195
2196 static bool check_new_pages(struct page *page, unsigned int order)
2197 {
2198         int i;
2199         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
2200                 struct page *p = page + i;
2201
2202                 if (unlikely(check_new_page(p)))
2203                         return true;
2204         }
2205
2206         return false;
2207 }
2208
2209 inline void post_alloc_hook(struct page *page, unsigned int order,
2210                                 gfp_t gfp_flags)
2211 {
2212         set_page_private(page, 0);
2213         set_page_refcounted(page);
2214
2215         arch_alloc_page(page, order);
2216         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2217                 kernel_map_pages(page, 1 << order, 1);
2218         kasan_alloc_pages(page, order);
2219         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 1);
2220         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
2221 }
2222
2223 static void prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
2224                                                         unsigned int alloc_flags)
2225 {
2226         post_alloc_hook(page, order, gfp_flags);
2227
2228         if (!free_pages_prezeroed() && want_init_on_alloc(gfp_flags))
2229                 kernel_init_free_pages(page, 1 << order);
2230
2231         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
2232                 prep_compound_page(page, order);
2233
2234         /*
2235          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
2236          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
2237          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
2238          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
2239          */
2240         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
2241                 set_page_pfmemalloc(page);
2242         else
2243                 clear_page_pfmemalloc(page);
2244 }
2245
2246 /*
2247  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
2248  * the smallest available page from the freelists
2249  */
2250 static __always_inline
2251 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
2252                                                 int migratetype)
2253 {
2254         unsigned int current_order;
2255         struct free_area *area;
2256         struct page *page;
2257
2258         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
2259         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
2260                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2261                 page = get_page_from_free_area(area, migratetype);
2262                 if (!page)
2263                         continue;
2264                 del_page_from_free_list(page, zone, current_order);
2265                 expand(zone, page, order, current_order, migratetype);
2266                 set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2267                 return page;
2268         }
2269
2270         return NULL;
2271 }
2272
2273
2274 /*
2275  * This array describes the order lists are fallen back to when
2276  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
2277  */
2278 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][3] = {
2279         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2280         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_TYPES },
2281         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2282 #ifdef CONFIG_CMA
2283         [MIGRATE_CMA]         = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
2284 #endif
2285 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
2286         [MIGRATE_ISOLATE]     = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
2287 #endif
2288 };
2289
2290 #ifdef CONFIG_CMA
2291 static __always_inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2292                                         unsigned int order)
2293 {
2294         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
2295 }
2296 #else
2297 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2298                                         unsigned int order) { return NULL; }
2299 #endif
2300
2301 /*
2302  * Move the free pages in a range to the free lists of the requested type.
2303  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
2304  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
2305  */
2306 static int move_freepages(struct zone *zone,
2307                           struct page *start_page, struct page *end_page,
2308                           int migratetype, int *num_movable)
2309 {
2310         struct page *page;
2311         unsigned int order;
2312         int pages_moved = 0;
2313
2314         for (page = start_page; page <= end_page;) {
2315                 if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page))) {
2316                         page++;
2317                         continue;
2318                 }
2319
2320                 if (!PageBuddy(page)) {
2321                         /*
2322                          * We assume that pages that could be isolated for
2323                          * migration are movable. But we don't actually try
2324                          * isolating, as that would be expensive.
2325                          */
2326                         if (num_movable &&
2327                                         (PageLRU(page) || __PageMovable(page)))
2328                                 (*num_movable)++;
2329
2330                         page++;
2331                         continue;
2332                 }
2333
2334                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
2335                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
2336                 VM_BUG_ON_PAGE(page_zone(page) != zone, page);
2337
2338                 order = page_order(page);
2339                 move_to_free_list(page, zone, order, migratetype);
2340                 page += 1 << order;
2341                 pages_moved += 1 << order;
2342         }
2343
2344         return pages_moved;
2345 }
2346
2347 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
2348                                 int migratetype, int *num_movable)
2349 {
2350         unsigned long start_pfn, end_pfn;
2351         struct page *start_page, *end_page;
2352
2353         if (num_movable)
2354                 *num_movable = 0;
2355
2356         start_pfn = page_to_pfn(page);
2357         start_pfn = start_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
2358         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
2359         end_page = start_page + pageblock_nr_pages - 1;
2360         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
2361
2362         /* Do not cross zone boundaries */
2363         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
2364                 start_page = page;
2365         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
2366                 return 0;
2367
2368         return move_freepages(zone, start_page, end_page, migratetype,
2369                                                                 num_movable);
2370 }
2371
2372 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
2373                                         int start_order, int migratetype)
2374 {
2375         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
2376
2377         while (nr_pageblocks--) {
2378                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
2379                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
2380         }
2381 }
2382
2383 /*
2384  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
2385  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
2386  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
2387  *
2388  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
2389  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
2390  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
2391  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
2392  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
2393  * pageblocks.
2394  */
2395 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
2396 {
2397         /*
2398          * Leaving this order check is intended, although there is
2399          * relaxed order check in next check. The reason is that
2400          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
2401          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
2402          * so could be changed anytime.
2403          */
2404         if (order >= pageblock_order)
2405                 return true;
2406
2407         if (order >= pageblock_order / 2 ||
2408                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
2409                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
2410                 page_group_by_mobility_disabled)
2411                 return true;
2412
2413         return false;
2414 }
2415
2416 static inline void boost_watermark(struct zone *zone)
2417 {
2418         unsigned long max_boost;
2419
2420         if (!watermark_boost_factor)
2421                 return;
2422         /*
2423          * Don't bother in zones that are unlikely to produce results.
2424          * On small machines, including kdump capture kernels running
2425          * in a small area, boosting the watermark can cause an out of
2426          * memory situation immediately.
2427          */
2428         if ((pageblock_nr_pages * 4) > zone_managed_pages(zone))
2429                 return;
2430
2431         max_boost = mult_frac(zone->_watermark[WMARK_HIGH],
2432                         watermark_boost_factor, 10000);
2433
2434         /*
2435          * high watermark may be uninitialised if fragmentation occurs
2436          * very early in boot so do not boost. We do not fall
2437          * through and boost by pageblock_nr_pages as failing
2438          * allocations that early means that reclaim is not going
2439          * to help and it may even be impossible to reclaim the
2440          * boosted watermark resulting in a hang.
2441          */
2442         if (!max_boost)
2443                 return;
2444
2445         max_boost = max(pageblock_nr_pages, max_boost);
2446
2447         zone->watermark_boost = min(zone->watermark_boost + pageblock_nr_pages,
2448                 max_boost);
2449 }
2450
2451 /*
2452  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
2453  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
2454  * pageblock to our migratetype and determine how many already-allocated pages
2455  * are there in the pageblock with a compatible migratetype. If at least half
2456  * of pages are free or compatible, we can change migratetype of the pageblock
2457  * itself, so pages freed in the future will be put on the correct free list.
2458  */
2459 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
2460                 unsigned int alloc_flags, int start_type, bool whole_block)
2461 {
2462         unsigned int current_order = page_order(page);
2463         int free_pages, movable_pages, alike_pages;
2464         int old_block_type;
2465
2466         old_block_type = get_pageblock_migratetype(page);
2467
2468         /*
2469          * This can happen due to races and we want to prevent broken
2470          * highatomic accounting.
2471          */
2472         if (is_migrate_highatomic(old_block_type))
2473                 goto single_page;
2474
2475         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
2476         if (current_order >= pageblock_order) {
2477                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
2478                 goto single_page;
2479         }
2480
2481         /*
2482          * Boost watermarks to increase reclaim pressure to reduce the
2483          * likelihood of future fallbacks. Wake kswapd now as the node
2484          * may be balanced overall and kswapd will not wake naturally.
2485          */
2486         boost_watermark(zone);
2487         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
2488                 set_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
2489
2490         /* We are not allowed to try stealing from the whole block */
2491         if (!whole_block)
2492                 goto single_page;
2493
2494         free_pages = move_freepages_block(zone, page, start_type,
2495                                                 &movable_pages);
2496         /*
2497          * Determine how many pages are compatible with our allocation.
2498          * For movable allocation, it's the number of movable pages which
2499          * we just obtained. For other types it's a bit more tricky.
2500          */
2501         if (start_type == MIGRATE_MOVABLE) {
2502                 alike_pages = movable_pages;
2503         } else {
2504                 /*
2505                  * If we are falling back a RECLAIMABLE or UNMOVABLE allocation
2506                  * to MOVABLE pageblock, consider all non-movable pages as
2507                  * compatible. If it's UNMOVABLE falling back to RECLAIMABLE or
2508                  * vice versa, be conservative since we can't distinguish the
2509                  * exact migratetype of non-movable pages.
2510                  */
2511                 if (old_block_type == MIGRATE_MOVABLE)
2512                         alike_pages = pageblock_nr_pages
2513                                                 - (free_pages + movable_pages);
2514                 else
2515                         alike_pages = 0;
2516         }
2517
2518         /* moving whole block can fail due to zone boundary conditions */
2519         if (!free_pages)
2520                 goto single_page;
2521
2522         /*
2523          * If a sufficient number of pages in the block are either free or of
2524          * comparable migratability as our allocation, claim the whole block.
2525          */
2526         if (free_pages + alike_pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
2527                         page_group_by_mobility_disabled)
2528                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
2529
2530         return;
2531
2532 single_page:
2533         move_to_free_list(page, zone, current_order, start_type);
2534 }
2535
2536 /*
2537  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
2538  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
2539  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
2540  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
2541  */
2542 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
2543                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
2544 {
2545         int i;
2546         int fallback_mt;
2547
2548         if (area->nr_free == 0)
2549                 return -1;
2550
2551         *can_steal = false;
2552         for (i = 0;; i++) {
2553                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
2554                 if (fallback_mt == MIGRATE_TYPES)
2555                         break;
2556
2557                 if (free_area_empty(area, fallback_mt))
2558                         continue;
2559
2560                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
2561                         *can_steal = true;
2562
2563                 if (!only_stealable)
2564                         return fallback_mt;
2565
2566                 if (*can_steal)
2567                         return fallback_mt;
2568         }
2569
2570         return -1;
2571 }
2572
2573 /*
2574  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
2575  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
2576  */
2577 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone,
2578                                 unsigned int alloc_order)
2579 {
2580         int mt;
2581         unsigned long max_managed, flags;
2582
2583         /*
2584          * Limit the number reserved to 1 pageblock or roughly 1% of a zone.
2585          * Check is race-prone but harmless.
2586          */
2587         max_managed = (zone_managed_pages(zone) / 100) + pageblock_nr_pages;
2588         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2589                 return;
2590
2591         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2592
2593         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
2594         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2595                 goto out_unlock;
2596
2597         /* Yoink! */
2598         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2599         if (!is_migrate_highatomic(mt) && !is_migrate_isolate(mt)
2600             && !is_migrate_cma(mt)) {
2601                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
2602                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2603                 move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_HIGHATOMIC, NULL);
2604         }
2605
2606 out_unlock:
2607         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2608 }
2609
2610 /*
2611  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
2612  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
2613  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
2614  * to recover from than an OOM.
2615  *
2616  * If @force is true, try to unreserve a pageblock even though highatomic
2617  * pageblock is exhausted.
2618  */
2619 static bool unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac,
2620                                                 bool force)
2621 {
2622         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2623         unsigned long flags;
2624         struct zoneref *z;
2625         struct zone *zone;
2626         struct page *page;
2627         int order;
2628         bool ret;
2629
2630         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->highest_zoneidx,
2631                                                                 ac->nodemask) {
2632                 /*
2633                  * Preserve at least one pageblock unless memory pressure
2634                  * is really high.
2635                  */
2636                 if (!force && zone->nr_reserved_highatomic <=
2637                                         pageblock_nr_pages)
2638                         continue;
2639
2640                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2641                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
2642                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
2643
2644                         page = get_page_from_free_area(area, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2645                         if (!page)
2646                                 continue;
2647
2648                         /*
2649                          * In page freeing path, migratetype change is racy so
2650                          * we can counter several free pages in a pageblock
2651                          * in this loop althoug we changed the pageblock type
2652                          * from highatomic to ac->migratetype. So we should
2653                          * adjust the count once.
2654                          */
2655                         if (is_migrate_highatomic_page(page)) {
2656                                 /*
2657                                  * It should never happen but changes to
2658                                  * locking could inadvertently allow a per-cpu
2659                                  * drain to add pages to MIGRATE_HIGHATOMIC
2660                                  * while unreserving so be safe and watch for
2661                                  * underflows.
2662                                  */
2663                                 zone->nr_reserved_highatomic -= min(
2664                                                 pageblock_nr_pages,
2665                                                 zone->nr_reserved_highatomic);
2666                         }
2667
2668                         /*
2669                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
2670                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
2671                          * is doing the work and needs the pages. More
2672                          * importantly, if the block was always converted to
2673                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
2674                          * of pageblocks that cannot be completely freed
2675                          * may increase.
2676                          */
2677                         set_pageblock_migratetype(page, ac->migratetype);
2678                         ret = move_freepages_block(zone, page, ac->migratetype,
2679                                                                         NULL);
2680                         if (ret) {
2681                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2682                                 return ret;
2683                         }
2684                 }
2685                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2686         }
2687
2688         return false;
2689 }
2690
2691 /*
2692  * Try finding a free buddy page on the fallback list and put it on the free
2693  * list of requested migratetype, possibly along with other pages from the same
2694  * block, depending on fragmentation avoidance heuristics. Returns true if
2695  * fallback was found so that __rmqueue_smallest() can grab it.
2696  *
2697  * The use of signed ints for order and current_order is a deliberate
2698  * deviation from the rest of this file, to make the for loop
2699  * condition simpler.
2700  */
2701 static __always_inline bool
2702 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, int order, int start_migratetype,
2703                                                 unsigned int alloc_flags)
2704 {
2705         struct free_area *area;
2706         int current_order;
2707         int min_order = order;
2708         struct page *page;
2709         int fallback_mt;
2710         bool can_steal;
2711
2712         /*
2713          * Do not steal pages from freelists belonging to other pageblocks
2714          * i.e. orders < pageblock_order. If there are no local zones free,
2715          * the zonelists will be reiterated without ALLOC_NOFRAGMENT.
2716          */
2717         if (alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT)
2718                 min_order = pageblock_order;
2719
2720         /*
2721          * Find the largest available free page in the other list. This roughly
2722          * approximates finding the pageblock with the most free pages, which
2723          * would be too costly to do exactly.
2724          */
2725         for (current_order = MAX_ORDER - 1; current_order >= min_order;
2726                                 --current_order) {
2727                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2728                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2729                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2730                 if (fallback_mt == -1)
2731                         continue;
2732
2733                 /*
2734                  * We cannot steal all free pages from the pageblock and the
2735                  * requested migratetype is movable. In that case it's better to
2736                  * steal and split the smallest available page instead of the
2737                  * largest available page, because even if the next movable
2738                  * allocation falls back into a different pageblock than this
2739                  * one, it won't cause permanent fragmentation.
2740                  */
2741                 if (!can_steal && start_migratetype == MIGRATE_MOVABLE
2742                                         && current_order > order)
2743                         goto find_smallest;
2744
2745                 goto do_steal;
2746         }
2747
2748         return false;
2749
2750 find_smallest:
2751         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER;
2752                                                         current_order++) {
2753                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2754                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2755                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2756                 if (fallback_mt != -1)
2757                         break;
2758         }
2759
2760         /*
2761          * This should not happen - we already found a suitable fallback
2762          * when looking for the largest page.
2763          */
2764         VM_BUG_ON(current_order == MAX_ORDER);
2765
2766 do_steal:
2767         page = get_page_from_free_area(area, fallback_mt);
2768
2769         steal_suitable_fallback(zone, page, alloc_flags, start_migratetype,
2770                                                                 can_steal);
2771
2772         trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
2773                 start_migratetype, fallback_mt);
2774
2775         return true;
2776
2777 }
2778
2779 /*
2780  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
2781  * Call me with the zone->lock already held.
2782  */
2783 static __always_inline struct page *
2784 __rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order, int migratetype,
2785                                                 unsigned int alloc_flags)
2786 {
2787         struct page *page;
2788
2789 #ifdef CONFIG_CMA
2790         /*
2791          * Balance movable allocations between regular and CMA areas by
2792          * allocating from CMA when over half of the zone's free memory
2793          * is in the CMA area.
2794          */
2795         if (alloc_flags & ALLOC_CMA &&
2796             zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES) >
2797             zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES) / 2) {
2798                 page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2799                 if (page)
2800                         return page;
2801         }
2802 #endif
2803 retry:
2804         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
2805         if (unlikely(!page)) {
2806                 if (alloc_flags & ALLOC_CMA)
2807                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2808
2809                 if (!page && __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype,
2810                                                                 alloc_flags))
2811                         goto retry;
2812         }
2813
2814         trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
2815         return page;
2816 }
2817
2818 /*
2819  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
2820  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
2821  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
2822  */
2823 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
2824                         unsigned long count, struct list_head *list,
2825                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
2826 {
2827         int i, alloced = 0;
2828
2829         spin_lock(&zone->lock);
2830         for (i = 0; i < count; ++i) {
2831                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype,
2832                                                                 alloc_flags);
2833                 if (unlikely(page == NULL))
2834                         break;
2835
2836                 if (unlikely(check_pcp_refill(page)))
2837                         continue;
2838
2839                 /*
2840                  * Split buddy pages returned by expand() are received here in
2841                  * physical page order. The page is added to the tail of
2842                  * caller's list. From the callers perspective, the linked list
2843                  * is ordered by page number under some conditions. This is
2844                  * useful for IO devices that can forward direction from the
2845                  * head, thus also in the physical page order. This is useful
2846                  * for IO devices that can merge IO requests if the physical
2847                  * pages are ordered properly.
2848                  */
2849                 list_add_tail(&page->lru, list);
2850                 alloced++;
2851                 if (is_migrate_cma(get_pcppage_migratetype(page)))
2852                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
2853                                               -(1 << order));
2854         }
2855
2856         /*
2857          * i pages were removed from the buddy list even if some leak due
2858          * to check_pcp_refill failing so adjust NR_FREE_PAGES based
2859          * on i. Do not confuse with 'alloced' which is the number of
2860          * pages added to the pcp list.
2861          */
2862         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
2863         spin_unlock(&zone->lock);
2864         return alloced;
2865 }
2866
2867 #ifdef CONFIG_NUMA
2868 /*
2869  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
2870  * currently executing processor on remote nodes after they have
2871  * expired.
2872  *
2873  * Note that this function must be called with the thread pinned to
2874  * a single processor.
2875  */
2876 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
2877 {
2878         unsigned long flags;
2879         int to_drain, batch;
2880
2881         local_irq_save(flags);
2882         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2883         to_drain = min(pcp->count, batch);
2884         if (to_drain > 0)
2885                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp);
2886         local_irq_restore(flags);
2887 }
2888 #endif
2889
2890 /*
2891  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
2892  *
2893  * The processor must either be the current processor and the
2894  * thread pinned to the current processor or a processor that
2895  * is not online.
2896  */
2897 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
2898 {
2899         unsigned long flags;
2900         struct per_cpu_pageset *pset;
2901         struct per_cpu_pages *pcp;
2902
2903         local_irq_save(flags);
2904         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2905
2906         pcp = &pset->pcp;
2907         if (pcp->count)
2908                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp);
2909         local_irq_restore(flags);
2910 }
2911
2912 /*
2913  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
2914  *
2915  * The processor must either be the current processor and the
2916  * thread pinned to the current processor or a processor that
2917  * is not online.
2918  */
2919 static void drain_pages(unsigned int cpu)
2920 {
2921         struct zone *zone;
2922
2923         for_each_populated_zone(zone) {
2924                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2925         }
2926 }
2927
2928 /*
2929  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
2930  *
2931  * The CPU has to be pinned. When zone parameter is non-NULL, spill just
2932  * the single zone's pages.
2933  */
2934 void drain_local_pages(struct zone *zone)
2935 {
2936         int cpu = smp_processor_id();
2937
2938         if (zone)
2939                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2940         else
2941                 drain_pages(cpu);
2942 }
2943
2944 static void drain_local_pages_wq(struct work_struct *work)
2945 {
2946         struct pcpu_drain *drain;
2947
2948         drain = container_of(work, struct pcpu_drain, work);
2949
2950         /*
2951          * drain_all_pages doesn't use proper cpu hotplug protection so
2952          * we can race with cpu offline when the WQ can move this from
2953          * a cpu pinned worker to an unbound one. We can operate on a different
2954          * cpu which is allright but we also have to make sure to not move to
2955          * a different one.
2956          */
2957         preempt_disable();
2958         drain_local_pages(drain->zone);
2959         preempt_enable();
2960 }
2961
2962 /*
2963  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
2964  *
2965  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
2966  *
2967  * Note that this can be extremely slow as the draining happens in a workqueue.
2968  */
2969 void drain_all_pages(struct zone *zone)
2970 {
2971         int cpu;
2972
2973         /*
2974          * Allocate in the BSS so we wont require allocation in
2975          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
2976          */
2977         static cpumask_t cpus_with_pcps;
2978
2979         /*
2980          * Make sure nobody triggers this path before mm_percpu_wq is fully
2981          * initialized.
2982          */
2983         if (WARN_ON_ONCE(!mm_percpu_wq))
2984                 return;
2985
2986         /*
2987          * Do not drain if one is already in progress unless it's specific to
2988          * a zone. Such callers are primarily CMA and memory hotplug and need
2989          * the drain to be complete when the call returns.
2990          */
2991         if (unlikely(!mutex_trylock(&pcpu_drain_mutex))) {
2992                 if (!zone)
2993                         return;
2994                 mutex_lock(&pcpu_drain_mutex);
2995         }
2996
2997         /*
2998          * We don't care about racing with CPU hotplug event
2999          * as offline notification will cause the notified
3000          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
3001          * disables preemption as part of its processing
3002          */
3003         for_each_online_cpu(cpu) {
3004                 struct per_cpu_pageset *pcp;
3005                 struct zone *z;
3006                 bool has_pcps = false;
3007
3008                 if (zone) {
3009                         pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
3010                         if (pcp->pcp.count)
3011                                 has_pcps = true;
3012                 } else {
3013                         for_each_populated_zone(z) {
3014                                 pcp = per_cpu_ptr(z->pageset, cpu);
3015                                 if (pcp->pcp.count) {
3016                                         has_pcps = true;
3017                                         break;
3018                                 }
3019                         }
3020                 }
3021
3022                 if (has_pcps)
3023                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
3024                 else
3025                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
3026         }
3027
3028         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps) {
3029                 struct pcpu_drain *drain = per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu);
3030
3031                 drain->zone = zone;
3032                 INIT_WORK(&drain->work, drain_local_pages_wq);
3033                 queue_work_on(cpu, mm_percpu_wq, &drain->work);
3034         }
3035         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps)
3036                 flush_work(&per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu)->work);
3037
3038         mutex_unlock(&pcpu_drain_mutex);
3039 }
3040
3041 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
3042
3043 /*
3044  * Touch the watchdog for every WD_PAGE_COUNT pages.
3045  */
3046 #define WD_PAGE_COUNT   (128*1024)
3047
3048 void mark_free_pages(struct zone *zone)
3049 {
3050         unsigned long pfn, max_zone_pfn, page_count = WD_PAGE_COUNT;
3051         unsigned long flags;
3052         unsigned int order, t;
3053         struct page *page;
3054
3055         if (zone_is_empty(zone))
3056                 return;
3057
3058         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3059
3060         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
3061         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
3062                 if (pfn_valid(pfn)) {
3063                         page = pfn_to_page(pfn);
3064
3065                         if (!--page_count) {
3066                                 touch_nmi_watchdog();
3067                                 page_count = WD_PAGE_COUNT;
3068                         }
3069
3070                         if (page_zone(page) != zone)
3071                                 continue;
3072
3073                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
3074                                 swsusp_unset_page_free(page);
3075                 }
3076
3077         for_each_migratetype_order(order, t) {
3078                 list_for_each_entry(page,
3079                                 &zone->free_area[order].free_list[t], lru) {
3080                         unsigned long i;
3081
3082                         pfn = page_to_pfn(page);
3083                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++) {
3084                                 if (!--page_count) {
3085                                         touch_nmi_watchdog();
3086                                         page_count = WD_PAGE_COUNT;
3087                                 }
3088                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
3089                         }
3090                 }
3091         }
3092         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3093 }
3094 #endif /* CONFIG_PM */
3095
3096 static bool free_unref_page_prepare(struct page *page, unsigned long pfn)
3097 {
3098         int migratetype;
3099
3100         if (!free_pcp_prepare(page))
3101                 return false;
3102
3103         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
3104         set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
3105         return true;
3106 }
3107
3108 static void free_unref_page_commit(struct page *page, unsigned long pfn)
3109 {
3110         struct zone *zone = page_zone(page);
3111         struct per_cpu_pages *pcp;
3112         int migratetype;
3113
3114         migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
3115         __count_vm_event(PGFREE);
3116
3117         /*
3118          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
3119          * Free ISOLATE pages back to the allocator because they are being
3120          * offlined but treat HIGHATOMIC as movable pages so we can get those
3121          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
3122          * excessively into the page allocator
3123          */
3124         if (migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES) {
3125                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
3126                         free_one_page(zone, page, pfn, 0, migratetype);
3127                         return;
3128                 }
3129                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
3130         }
3131
3132         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
3133         list_add(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
3134         pcp->count++;
3135         if (pcp->count >= pcp->high) {
3136                 unsigned long batch = READ_ONCE(pcp->batch);
3137                 free_pcppages_bulk(zone, batch, pcp);
3138         }
3139 }
3140
3141 /*
3142  * Free a 0-order page
3143  */
3144 void free_unref_page(struct page *page)
3145 {
3146         unsigned long flags;
3147         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
3148
3149         if (!free_unref_page_prepare(page, pfn))
3150                 return;
3151
3152         local_irq_save(flags);
3153         free_unref_page_commit(page, pfn);
3154         local_irq_restore(flags);
3155 }
3156
3157 /*
3158  * Free a list of 0-order pages
3159  */
3160 void free_unref_page_list(struct list_head *list)
3161 {
3162         struct page *page, *next;
3163         unsigned long flags, pfn;
3164         int batch_count = 0;
3165
3166         /* Prepare pages for freeing */
3167         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
3168                 pfn = page_to_pfn(page);
3169                 if (!free_unref_page_prepare(page, pfn))
3170                         list_del(&page->lru);
3171                 set_page_private(page, pfn);
3172         }
3173
3174         local_irq_save(flags);
3175         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
3176                 unsigned long pfn = page_private(page);
3177
3178                 set_page_private(page, 0);
3179                 trace_mm_page_free_batched(page);
3180                 free_unref_page_commit(page, pfn);
3181
3182                 /*
3183                  * Guard against excessive IRQ disabled times when we get
3184                  * a large list of pages to free.
3185                  */
3186                 if (++batch_count == SWAP_CLUSTER_MAX) {
3187                         local_irq_restore(flags);
3188                         batch_count = 0;
3189                         local_irq_save(flags);
3190                 }
3191         }
3192         local_irq_restore(flags);
3193 }
3194
3195 /*
3196  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
3197  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
3198  * Each sub-page must be freed individually.
3199  *
3200  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
3201  * Please consult with lkml before using this in your driver.
3202  */
3203 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
3204 {
3205         int i;
3206
3207         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
3208         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
3209
3210         for (i = 1; i < (1 << order); i++)
3211                 set_page_refcounted(page + i);
3212         split_page_owner(page, order);
3213 }
3214 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
3215
3216 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
3217 {
3218         unsigned long watermark;
3219         struct zone *zone;
3220         int mt;
3221
3222         BUG_ON(!PageBuddy(page));
3223
3224         zone = page_zone(page);
3225         mt = get_pageblock_migratetype(page);
3226
3227         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
3228                 /*
3229                  * Obey watermarks as if the page was being allocated. We can
3230                  * emulate a high-order watermark check with a raised order-0
3231                  * watermark, because we already know our high-order page
3232                  * exists.
3233                  */
3234                 watermark = zone->_watermark[WMARK_MIN] + (1UL << order);
3235                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, ALLOC_CMA))
3236                         return 0;
3237
3238                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
3239         }
3240
3241         /* Remove page from free list */
3242
3243         del_page_from_free_list(page, zone, order);
3244
3245         /*
3246          * Set the pageblock if the isolated page is at least half of a
3247          * pageblock
3248          */
3249         if (order >= pageblock_order - 1) {
3250                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
3251                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
3252                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
3253                         if (!is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt)
3254                             && !is_migrate_highatomic(mt))
3255                                 set_pageblock_migratetype(page,
3256                                                           MIGRATE_MOVABLE);
3257                 }
3258         }
3259
3260
3261         return 1UL << order;
3262 }
3263
3264 /**
3265  * __putback_isolated_page - Return a now-isolated page back where we got it
3266  * @page: Page that was isolated
3267  * @order: Order of the isolated page
3268  * @mt: The page's pageblock's migratetype
3269  *
3270  * This function is meant to return a page pulled from the free lists via
3271  * __isolate_free_page back to the free lists they were pulled from.
3272  */
3273 void __putback_isolated_page(struct page *page, unsigned int order, int mt)
3274 {
3275         struct zone *zone = page_zone(page);
3276
3277         /* zone lock should be held when this function is called */
3278         lockdep_assert_held(&zone->lock);
3279
3280         /* Return isolated page to tail of freelist. */
3281         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, order, mt, false);
3282 }
3283
3284 /*
3285  * Update NUMA hit/miss statistics
3286  *
3287  * Must be called with interrupts disabled.
3288  */
3289 static inline void zone_statistics(struct zone *preferred_zone, struct zone *z)
3290 {
3291 #ifdef CONFIG_NUMA
3292         enum numa_stat_item local_stat = NUMA_LOCAL;
3293
3294         /* skip numa counters update if numa stats is disabled */
3295         if (!static_branch_likely(&vm_numa_stat_key))
3296                 return;
3297
3298         if (zone_to_nid(z) != numa_node_id())
3299                 local_stat = NUMA_OTHER;
3300
3301         if (zone_to_nid(z) == zone_to_nid(preferred_zone))
3302                 __inc_numa_state(z, NUMA_HIT);
3303         else {
3304                 __inc_numa_state(z, NUMA_MISS);
3305                 __inc_numa_state(preferred_zone, NUMA_FOREIGN);
3306         }
3307         __inc_numa_state(z, local_stat);
3308 #endif
3309 }
3310
3311 /* Remove page from the per-cpu list, caller must protect the list */
3312 static struct page *__rmqueue_pcplist(struct zone *zone, int migratetype,
3313                         unsigned int alloc_flags,
3314                         struct per_cpu_pages *pcp,
3315                         struct list_head *list)
3316 {
3317         struct page *page;
3318
3319         do {
3320                 if (list_empty(list)) {
3321                         pcp->count += rmqueue_bulk(zone, 0,
3322                                         pcp->batch, list,
3323                                         migratetype, alloc_flags);
3324                         if (unlikely(list_empty(list)))
3325                                 return NULL;
3326                 }
3327
3328                 page = list_first_entry(list, struct page, lru);
3329                 list_del(&page->lru);
3330                 pcp->count--;
3331         } while (check_new_pcp(page));
3332
3333         return page;
3334 }
3335
3336 /* Lock and remove page from the per-cpu list */
3337 static struct page *rmqueue_pcplist(struct zone *preferred_zone,
3338                         struct zone *zone, gfp_t gfp_flags,
3339                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
3340 {
3341         struct per_cpu_pages *pcp;
3342         struct list_head *list;
3343         struct page *page;
3344         unsigned long flags;
3345
3346         local_irq_save(flags);
3347         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
3348         list = &pcp->lists[migratetype];
3349         page = __rmqueue_pcplist(zone,  migratetype, alloc_flags, pcp, list);
3350         if (page) {
3351                 __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1);
3352                 zone_statistics(preferred_zone, zone);
3353         }
3354         local_irq_restore(flags);
3355         return page;
3356 }
3357
3358 /*
3359  * Allocate a page from the given zone. Use pcplists for order-0 allocations.
3360  */
3361 static inline
3362 struct page *rmqueue(struct zone *preferred_zone,
3363                         struct zone *zone, unsigned int order,
3364                         gfp_t gfp_flags, unsigned int alloc_flags,
3365                         int migratetype)
3366 {
3367         unsigned long flags;
3368         struct page *page;
3369
3370         if (likely(order == 0)) {
3371                 /*
3372                  * MIGRATE_MOVABLE pcplist could have the pages on CMA area and
3373                  * we need to skip it when CMA area isn't allowed.
3374                  */
3375                 if (!IS_ENABLED(CONFIG_CMA) || alloc_flags & ALLOC_CMA ||
3376                                 migratetype != MIGRATE_MOVABLE) {
3377                         page = rmqueue_pcplist(preferred_zone, zone, gfp_flags,
3378                                         migratetype, alloc_flags);
3379                         goto out;
3380                 }
3381         }
3382
3383         /*
3384          * We most definitely don't want callers attempting to
3385          * allocate greater than order-1 page units with __GFP_NOFAIL.
3386          */
3387         WARN_ON_ONCE((gfp_flags & __GFP_NOFAIL) && (order > 1));
3388         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3389
3390         do {
3391                 page = NULL;
3392                 /*
3393                  * order-0 request can reach here when the pcplist is skipped
3394                  * due to non-CMA allocation context. HIGHATOMIC area is
3395                  * reserved for high-order atomic allocation, so order-0
3396                  * request should skip it.
3397                  */
3398                 if (order > 0 && alloc_flags & ALLOC_HARDER) {
3399                         page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
3400                         if (page)
3401                                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
3402                 }
3403                 if (!page)
3404                         page = __rmqueue(zone, order, migratetype, alloc_flags);
3405         } while (page && check_new_pages(page, order));
3406         spin_unlock(&zone->lock);
3407         if (!page)
3408                 goto failed;
3409         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
3410                                   get_pcppage_migratetype(page));
3411
3412         __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
3413         zone_statistics(preferred_zone, zone);
3414         local_irq_restore(flags);
3415
3416 out:
3417         /* Separate test+clear to avoid unnecessary atomics */
3418         if (test_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags)) {
3419                 clear_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
3420                 wakeup_kswapd(zone, 0, 0, zone_idx(zone));
3421         }
3422
3423         VM_BUG_ON_PAGE(page && bad_range(zone, page), page);
3424         return page;
3425
3426 failed:
3427         local_irq_restore(flags);
3428         return NULL;
3429 }
3430
3431 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
3432
3433 static struct {
3434         struct fault_attr attr;
3435
3436         bool ignore_gfp_highmem;
3437         bool ignore_gfp_reclaim;
3438         u32 min_order;
3439 } fail_page_alloc = {
3440         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
3441         .ignore_gfp_reclaim = true,
3442         .ignore_gfp_highmem = true,
3443         .min_order = 1,
3444 };
3445
3446 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
3447 {
3448         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
3449 }
3450 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
3451
3452 static bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3453 {
3454         if (order < fail_page_alloc.min_order)
3455                 return false;
3456         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3457                 return false;
3458         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
3459                 return false;
3460         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim &&
3461                         (gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3462                 return false;
3463
3464         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
3465 }
3466
3467 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
3468
3469 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
3470 {
3471         umode_t mode = S_IFREG | 0600;
3472         struct dentry *dir;
3473
3474         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
3475                                         &fail_page_alloc.attr);
3476
3477         debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
3478                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim);
3479         debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
3480                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem);
3481         debugfs_create_u32("min-order", mode, dir, &fail_page_alloc.min_order);
3482
3483         return 0;
3484 }
3485
3486 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
3487
3488 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
3489
3490 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3491
3492 static inline bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3493 {
3494         return false;
3495 }
3496
3497 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3498
3499 static noinline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3500 {
3501         return __should_fail_alloc_page(gfp_mask, order);
3502 }
3503 ALLOW_ERROR_INJECTION(should_fail_alloc_page, TRUE);
3504
3505 static inline long __zone_watermark_unusable_free(struct zone *z,
3506                                 unsigned int order, unsigned int alloc_flags)
3507 {
3508         const bool alloc_harder = (alloc_flags & (ALLOC_HARDER|ALLOC_OOM));
3509         long unusable_free = (1 << order) - 1;
3510
3511         /*
3512          * If the caller does not have rights to ALLOC_HARDER then subtract
3513          * the high-atomic reserves. This will over-estimate the size of the
3514          * atomic reserve but it avoids a search.
3515          */
3516         if (likely(!alloc_harder))
3517                 unusable_free += z->nr_reserved_highatomic;
3518
3519 #ifdef CONFIG_CMA
3520         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
3521         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
3522                 unusable_free += zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
3523 #endif
3524
3525         return unusable_free;
3526 }
3527
3528 /*
3529  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
3530  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
3531  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
3532  * to check in the allocation paths if no pages are free.
3533  */
3534 bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3535                          int highest_zoneidx, unsigned int alloc_flags,
3536                          long free_pages)
3537 {
3538         long min = mark;
3539         int o;
3540         const bool alloc_harder = (alloc_flags & (ALLOC_HARDER|ALLOC_OOM));
3541
3542         /* free_pages may go negative - that's OK */
3543         free_pages -= __zone_watermark_unusable_free(z, order, alloc_flags);
3544
3545         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
3546                 min -= min / 2;
3547
3548         if (unlikely(alloc_harder)) {
3549                 /*
3550                  * OOM victims can try even harder than normal ALLOC_HARDER
3551                  * users on the grounds that it's definitely going to be in
3552                  * the exit path shortly and free memory. Any allocation it
3553                  * makes during the free path will be small and short-lived.
3554                  */
3555                 if (alloc_flags & ALLOC_OOM)
3556                         min -= min / 2;
3557                 else
3558                         min -= min / 4;
3559         }
3560
3561         /*
3562          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
3563          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
3564          * even if a suitable page happened to be free.
3565          */
3566         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[highest_zoneidx])
3567                 return false;
3568
3569         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
3570         if (!order)
3571                 return true;
3572
3573         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
3574         for (o = order; o < MAX_ORDER; o++) {
3575                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
3576                 int mt;
3577
3578                 if (!area->nr_free)
3579                         continue;
3580
3581                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
3582                         if (!free_area_empty(area, mt))
3583                                 return true;
3584                 }
3585
3586 #ifdef CONFIG_CMA
3587                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
3588                     !free_area_empty(area, MIGRATE_CMA)) {
3589                         return true;
3590                 }
3591 #endif
3592                 if (alloc_harder && !free_area_empty(area, MIGRATE_HIGHATOMIC))
3593                         return true;
3594         }
3595         return false;
3596 }
3597
3598 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3599                       int highest_zoneidx, unsigned int alloc_flags)
3600 {
3601         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, alloc_flags,
3602                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
3603 }
3604
3605 static inline bool zone_watermark_fast(struct zone *z, unsigned int order,
3606                                 unsigned long mark, int highest_zoneidx,
3607                                 unsigned int alloc_flags, gfp_t gfp_mask)
3608 {
3609         long free_pages;
3610
3611         free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3612
3613         /*
3614          * Fast check for order-0 only. If this fails then the reserves
3615          * need to be calculated.
3616          */
3617         if (!order) {
3618                 long fast_free;
3619
3620                 fast_free = free_pages;
3621                 fast_free -= __zone_watermark_unusable_free(z, 0, alloc_flags);
3622                 if (fast_free > mark + z->lowmem_reserve[highest_zoneidx])
3623                         return true;
3624         }
3625
3626         if (__zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, alloc_flags,
3627                                         free_pages))
3628                 return true;
3629         /*
3630          * Ignore watermark boosting for GFP_ATOMIC order-0 allocations
3631          * when checking the min watermark. The min watermark is the
3632          * point where boosting is ignored so that kswapd is woken up
3633          * when below the low watermark.
3634          */
3635         if (unlikely(!order && (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) && z->watermark_boost
3636                 && ((alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK) == WMARK_MIN))) {
3637                 mark = z->_watermark[WMARK_MIN];
3638                 return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx,
3639                                         alloc_flags, free_pages);
3640         }
3641
3642         return false;
3643 }
3644
3645 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
3646                         unsigned long mark, int highest_zoneidx)
3647 {
3648         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3649
3650         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
3651                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
3652
3653         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, 0,
3654                                                                 free_pages);
3655 }
3656
3657 #ifdef CONFIG_NUMA
3658 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3659 {
3660         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <=
3661                                 node_reclaim_distance;
3662 }
3663 #else   /* CONFIG_NUMA */
3664 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3665 {
3666         return true;
3667 }
3668 #endif  /* CONFIG_NUMA */
3669
3670 /*
3671  * The restriction on ZONE_DMA32 as being a suitable zone to use to avoid
3672  * fragmentation is subtle. If the preferred zone was HIGHMEM then
3673  * premature use of a lower zone may cause lowmem pressure problems that
3674  * are worse than fragmentation. If the next zone is ZONE_DMA then it is
3675  * probably too small. It only makes sense to spread allocations to avoid
3676  * fragmentation between the Normal and DMA32 zones.
3677  */
3678 static inline unsigned int
3679 alloc_flags_nofragment(struct zone *zone, gfp_t gfp_mask)
3680 {
3681         unsigned int alloc_flags;
3682
3683         /*
3684          * __GFP_KSWAPD_RECLAIM is assumed to be the same as ALLOC_KSWAPD
3685          * to save a branch.
3686          */
3687         alloc_flags = (__force int) (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM);
3688
3689 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
3690         if (!zone)
3691                 return alloc_flags;
3692
3693         if (zone_idx(zone) != ZONE_NORMAL)
3694                 return alloc_flags;
3695
3696         /*
3697          * If ZONE_DMA32 exists, assume it is the one after ZONE_NORMAL and
3698          * the pointer is within zone->zone_pgdat->node_zones[]. Also assume
3699          * on UMA that if Normal is populated then so is DMA32.
3700          */
3701         BUILD_BUG_ON(ZONE_NORMAL - ZONE_DMA32 != 1);
3702         if (nr_online_nodes > 1 && !populated_zone(--zone))
3703                 return alloc_flags;
3704
3705         alloc_flags |= ALLOC_NOFRAGMENT;
3706 #endif /* CONFIG_ZONE_DMA32 */
3707         return alloc_flags;
3708 }
3709
3710 static inline unsigned int current_alloc_flags(gfp_t gfp_mask,
3711                                         unsigned int alloc_flags)
3712 {
3713 #ifdef CONFIG_CMA
3714         unsigned int pflags = current->flags;
3715
3716         if (!(pflags & PF_MEMALLOC_NOCMA) &&
3717                         gfp_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
3718                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3719
3720 #endif
3721         return alloc_flags;
3722 }
3723
3724 /*
3725  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
3726  * a page.
3727  */
3728 static struct page *
3729 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
3730                                                 const struct alloc_context *ac)
3731 {
3732         struct zoneref *z;
3733         struct zone *zone;
3734         struct pglist_data *last_pgdat_dirty_limit = NULL;
3735         bool no_fallback;
3736
3737 retry:
3738         /*
3739          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
3740          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
3741          */
3742         no_fallback = alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT;
3743         z = ac->preferred_zoneref;
3744         for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
3745                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask) {
3746                 struct page *page;
3747                 unsigned long mark;
3748
3749                 if (cpusets_enabled() &&
3750                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
3751                         !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
3752                                 continue;
3753                 /*
3754                  * When allocating a page cache page for writing, we
3755                  * want to get it from a node that is within its dirty
3756                  * limit, such that no single node holds more than its
3757                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
3758                  * The dirty limits take into account the node's
3759                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
3760                  * should be able to balance it without having to
3761                  * write pages from its LRU list.
3762                  *
3763                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
3764                  * exceed the per-node dirty limit in the slowpath
3765                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
3766                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
3767                  * nodes are together not big enough to reach the
3768                  * global limit.  The proper fix for these situations
3769                  * will require awareness of nodes in the
3770                  * dirty-throttling and the flusher threads.
3771                  */
3772                 if (ac->spread_dirty_pages) {
3773                         if (last_pgdat_dirty_limit == zone->zone_pgdat)
3774                                 continue;
3775
3776                         if (!node_dirty_ok(zone->zone_pgdat)) {
3777                                 last_pgdat_dirty_limit = zone->zone_pgdat;
3778                                 continue;
3779                         }
3780                 }
3781
3782                 if (no_fallback && nr_online_nodes > 1 &&
3783                     zone != ac->preferred_zoneref->zone) {
3784                         int local_nid;
3785
3786                         /*
3787                          * If moving to a remote node, retry but allow
3788                          * fragmenting fallbacks. Locality is more important
3789                          * than fragmentation avoidance.
3790                          */
3791                         local_nid = zone_to_nid(ac->preferred_zoneref->zone);
3792                         if (zone_to_nid(zone) != local_nid) {
3793                                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
3794                                 goto retry;
3795                         }
3796                 }
3797
3798                 mark = wmark_pages(zone, alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK);
3799                 if (!zone_watermark_fast(zone, order, mark,
3800                                        ac->highest_zoneidx, alloc_flags,
3801                                        gfp_mask)) {
3802                         int ret;
3803
3804 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
3805                         /*
3806                          * Watermark failed for this zone, but see if we can
3807                          * grow this zone if it contains deferred pages.
3808                          */
3809                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
3810                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
3811                                         goto try_this_zone;
3812                         }
3813 #endif
3814                         /* Checked here to keep the fast path fast */
3815                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
3816                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
3817                                 goto try_this_zone;
3818
3819                         if (node_reclaim_mode == 0 ||
3820                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zoneref->zone, zone))
3821                                 continue;
3822
3823                         ret = node_reclaim(zone->zone_pgdat, gfp_mask, order);
3824                         switch (ret) {
3825                         case NODE_RECLAIM_NOSCAN:
3826                                 /* did not scan */
3827                                 continue;
3828                         case NODE_RECLAIM_FULL:
3829                                 /* scanned but unreclaimable */
3830                                 continue;
3831                         default:
3832                                 /* did we reclaim enough */
3833                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
3834                                         ac->highest_zoneidx, alloc_flags))
3835                                         goto try_this_zone;
3836
3837                                 continue;
3838                         }
3839                 }
3840
3841 try_this_zone:
3842                 page = rmqueue(ac->preferred_zoneref->zone, zone, order,
3843                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
3844                 if (page) {
3845                         prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
3846
3847                         /*
3848                          * If this is a high-order atomic allocation then check
3849                          * if the pageblock should be reserved for the future
3850                          */
3851                         if (unlikely(order && (alloc_flags & ALLOC_HARDER)))
3852                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone, order);
3853
3854                         return page;
3855                 } else {
3856 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
3857                         /* Try again if zone has deferred pages */
3858                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
3859                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
3860                                         goto try_this_zone;
3861                         }
3862 #endif
3863                 }
3864         }
3865
3866         /*
3867          * It's possible on a UMA machine to get through all zones that are
3868          * fragmented. If avoiding fragmentation, reset and try again.
3869          */
3870         if (no_fallback) {
3871                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
3872                 goto retry;
3873         }
3874
3875         return NULL;
3876 }
3877
3878 static void warn_alloc_show_mem(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
3879 {
3880         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3881
3882         /*
3883          * This documents exceptions given to allocations in certain
3884          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
3885          * of allowed nodes.
3886          */
3887         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3888                 if (tsk_is_oom_victim(current) ||
3889                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
3890                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3891         if (in_interrupt() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3892                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3893
3894         show_mem(filter, nodemask);
3895 }
3896
3897 void warn_alloc(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask, const char *fmt, ...)
3898 {
3899         struct va_format vaf;
3900         va_list args;
3901         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs, 10*HZ, 1);
3902
3903         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) || !__ratelimit(&nopage_rs))
3904                 return;
3905
3906         va_start(args, fmt);
3907         vaf.fmt = fmt;
3908         vaf.va = &args;
3909         pr_warn("%s: %pV, mode:%#x(%pGg), nodemask=%*pbl",
3910                         current->comm, &vaf, gfp_mask, &gfp_mask,
3911                         nodemask_pr_args(nodemask));
3912         va_end(args);
3913
3914         cpuset_print_current_mems_allowed();
3915         pr_cont("\n");
3916         dump_stack();
3917         warn_alloc_show_mem(gfp_mask, nodemask);
3918 }
3919
3920 static inline struct page *
3921 __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3922                               unsigned int alloc_flags,
3923                               const struct alloc_context *ac)
3924 {
3925         struct page *page;
3926
3927         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3928                         alloc_flags|ALLOC_CPUSET, ac);
3929         /*
3930          * fallback to ignore cpuset restriction if our nodes
3931          * are depleted
3932          */
3933         if (!page)
3934                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3935                                 alloc_flags, ac);
3936
3937         return page;
3938 }
3939
3940 static inline struct page *
3941 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3942         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
3943 {
3944         struct oom_control oc = {
3945                 .zonelist = ac->zonelist,
3946                 .nodemask = ac->nodemask,
3947                 .memcg = NULL,
3948                 .gfp_mask = gfp_mask,
3949                 .order = order,
3950         };
3951         struct page *page;
3952
3953         *did_some_progress = 0;
3954
3955         /*
3956          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
3957          * making progress for us.
3958          */
3959         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
3960                 *did_some_progress = 1;
3961                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
3962                 return NULL;
3963         }
3964
3965         /*
3966          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
3967          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
3968          * we're still under heavy pressure. But make sure that this reclaim
3969          * attempt shall not depend on __GFP_DIRECT_RECLAIM && !__GFP_NORETRY
3970          * allocation which will never fail due to oom_lock already held.
3971          */
3972         page = get_page_from_freelist((gfp_mask | __GFP_HARDWALL) &
3973                                       ~__GFP_DIRECT_RECLAIM, order,
3974                                       ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
3975         if (page)
3976                 goto out;
3977
3978         /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
3979         if (current->flags & PF_DUMPCORE)
3980                 goto out;
3981         /* The OOM killer will not help higher order allocs */
3982         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3983                 goto out;
3984         /*
3985          * We have already exhausted all our reclaim opportunities without any
3986          * success so it is time to admit defeat. We will skip the OOM killer
3987          * because it is very likely that the caller has a more reasonable
3988          * fallback than shooting a random task.
3989          */
3990         if (gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL)
3991                 goto out;
3992         /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
3993         if (ac->highest_zoneidx < ZONE_NORMAL)
3994                 goto out;
3995         if (pm_suspended_storage())
3996                 goto out;
3997         /*
3998          * XXX: GFP_NOFS allocations should rather fail than rely on
3999          * other request to make a forward progress.
4000          * We are in an unfortunate situation where out_of_memory cannot
4001          * do much for this context but let's try it to at least get
4002          * access to memory reserved if the current task is killed (see
4003          * out_of_memory). Once filesystems are ready to handle allocation
4004          * failures more gracefully we should just bail out here.
4005          */
4006
4007         /* The OOM killer may not free memory on a specific node */
4008         if (gfp_mask & __GFP_THISNODE)
4009                 goto out;
4010
4011         /* Exhausted what can be done so it's blame time */
4012         if (out_of_memory(&oc) || WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
4013                 *did_some_progress = 1;
4014
4015                 /*
4016                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
4017                  * reserves
4018                  */
4019                 if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
4020                         page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order,
4021                                         ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
4022         }
4023 out:
4024         mutex_unlock(&oom_lock);
4025         return page;
4026 }
4027
4028 /*
4029  * Maximum number of compaction retries wit a progress before OOM
4030  * killer is consider as the only way to move forward.
4031  */
4032 #define MAX_COMPACT_RETRIES 16
4033
4034 #ifdef CONFIG_COMPACTION
4035 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
4036 static struct page *
4037 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4038                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4039                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
4040 {
4041         struct page *page = NULL;
4042         unsigned long pflags;
4043         unsigned int noreclaim_flag;
4044
4045         if (!order)
4046                 return NULL;
4047
4048         psi_memstall_enter(&pflags);
4049         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4050
4051         *compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4052                                                                 prio, &page);
4053
4054         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4055         psi_memstall_leave(&pflags);
4056
4057         /*
4058          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
4059          * count a compaction stall
4060          */
4061         count_vm_event(COMPACTSTALL);
4062
4063         /* Prep a captured page if available */
4064         if (page)
4065                 prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
4066
4067         /* Try get a page from the freelist if available */
4068         if (!page)
4069                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4070
4071         if (page) {
4072                 struct zone *zone = page_zone(page);
4073
4074                 zone->compact_blockskip_flush = false;
4075                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
4076                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
4077                 return page;
4078         }
4079
4080         /*
4081          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
4082          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
4083          */
4084         count_vm_event(COMPACTFAIL);
4085
4086         cond_resched();
4087
4088         return NULL;
4089 }
4090
4091 static inline bool
4092 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, int order, int alloc_flags,
4093                      enum compact_result compact_result,
4094                      enum compact_priority *compact_priority,
4095                      int *compaction_retries)
4096 {
4097         int max_retries = MAX_COMPACT_RETRIES;
4098         int min_priority;
4099         bool ret = false;
4100         int retries = *compaction_retries;
4101         enum compact_priority priority = *compact_priority;
4102
4103         if (!order)
4104                 return false;
4105
4106         if (compaction_made_progress(compact_result))
4107                 (*compaction_retries)++;
4108
4109         /*
4110          * compaction considers all the zone as desperately out of memory
4111          * so it doesn't really make much sense to retry except when the
4112          * failure could be caused by insufficient priority
4113          */
4114         if (compaction_failed(compact_result))
4115                 goto check_priority;
4116
4117         /*
4118          * compaction was skipped because there are not enough order-0 pages
4119          * to work with, so we retry only if it looks like reclaim can help.
4120          */
4121         if (compaction_needs_reclaim(compact_result)) {
4122                 ret = compaction_zonelist_suitable(ac, order, alloc_flags);
4123                 goto out;
4124         }
4125
4126         /*
4127          * make sure the compaction wasn't deferred or didn't bail out early
4128          * due to locks contention before we declare that we should give up.
4129          * But the next retry should use a higher priority if allowed, so
4130          * we don't just keep bailing out endlessly.
4131          */
4132         if (compaction_withdrawn(compact_result)) {
4133                 goto check_priority;
4134         }
4135
4136         /*
4137          * !costly requests are much more important than __GFP_RETRY_MAYFAIL
4138          * costly ones because they are de facto nofail and invoke OOM
4139          * killer to move on while costly can fail and users are ready
4140          * to cope with that. 1/4 retries is rather arbitrary but we
4141          * would need much more detailed feedback from compaction to
4142          * make a better decision.
4143          */
4144         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4145                 max_retries /= 4;
4146         if (*compaction_retries <= max_retries) {
4147                 ret = true;
4148                 goto out;
4149         }
4150
4151         /*
4152          * Make sure there are attempts at the highest priority if we exhausted
4153          * all retries or failed at the lower priorities.
4154          */
4155 check_priority:
4156         min_priority = (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) ?
4157                         MIN_COMPACT_COSTLY_PRIORITY : MIN_COMPACT_PRIORITY;
4158
4159         if (*compact_priority > min_priority) {
4160                 (*compact_priority)--;
4161                 *compaction_retries = 0;
4162                 ret = true;
4163         }
4164 out:
4165         trace_compact_retry(order, priority, compact_result, retries, max_retries, ret);
4166         return ret;
4167 }
4168 #else
4169 static inline struct page *
4170 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4171                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4172                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
4173 {
4174         *compact_result = COMPACT_SKIPPED;
4175         return NULL;
4176 }
4177
4178 static inline bool
4179 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, unsigned int order, int alloc_flags,
4180                      enum compact_result compact_result,
4181                      enum compact_priority *compact_priority,
4182                      int *compaction_retries)
4183 {
4184         struct zone *zone;
4185         struct zoneref *z;
4186
4187         if (!order || order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4188                 return false;
4189
4190         /*
4191          * There are setups with compaction disabled which would prefer to loop
4192          * inside the allocator rather than hit the oom killer prematurely.
4193          * Let's give them a good hope and keep retrying while the order-0
4194          * watermarks are OK.
4195          */
4196         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
4197                                 ac->highest_zoneidx, ac->nodemask) {
4198                 if (zone_watermark_ok(zone, 0, min_wmark_pages(zone),
4199                                         ac->highest_zoneidx, alloc_flags))
4200                         return true;
4201         }
4202         return false;
4203 }
4204 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
4205
4206 #ifdef CONFIG_LOCKDEP
4207 static struct lockdep_map __fs_reclaim_map =
4208         STATIC_LOCKDEP_MAP_INIT("fs_reclaim", &__fs_reclaim_map);
4209
4210 static bool __need_fs_reclaim(gfp_t gfp_mask)
4211 {
4212         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4213
4214         /* no reclaim without waiting on it */
4215         if (!(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
4216                 return false;
4217
4218         /* this guy won't enter reclaim */
4219         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4220                 return false;
4221
4222         /* We're only interested __GFP_FS allocations for now */
4223         if (!(gfp_mask & __GFP_FS))
4224                 return false;
4225
4226         if (gfp_mask & __GFP_NOLOCKDEP)
4227                 return false;
4228
4229         return true;
4230 }
4231
4232 void __fs_reclaim_acquire(void)
4233 {
4234         lock_map_acquire(&__fs_reclaim_map);
4235 }
4236
4237 void __fs_reclaim_release(void)
4238 {
4239         lock_map_release(&__fs_reclaim_map);
4240 }
4241
4242 void fs_reclaim_acquire(gfp_t gfp_mask)
4243 {
4244         if (__need_fs_reclaim(gfp_mask))
4245                 __fs_reclaim_acquire();
4246 }
4247 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_acquire);
4248
4249 void fs_reclaim_release(gfp_t gfp_mask)
4250 {
4251         if (__need_fs_reclaim(gfp_mask))
4252                 __fs_reclaim_release();
4253 }
4254 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_release);
4255 #endif
4256
4257 /* Perform direct synchronous page reclaim */
4258 static int
4259 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4260                                         const struct alloc_context *ac)
4261 {
4262         int progress;
4263         unsigned int noreclaim_flag;
4264         unsigned long pflags;
4265
4266         cond_resched();
4267
4268         /* We now go into synchronous reclaim */
4269         cpuset_memory_pressure_bump();
4270         psi_memstall_enter(&pflags);
4271         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
4272         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4273
4274         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
4275                                                                 ac->nodemask);
4276
4277         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4278         fs_reclaim_release(gfp_mask);
4279         psi_memstall_leave(&pflags);
4280
4281         cond_resched();
4282
4283         return progress;
4284 }
4285
4286 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
4287 static inline struct page *
4288 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4289                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4290                 unsigned long *did_some_progress)
4291 {
4292         struct page *page = NULL;
4293         bool drained = false;
4294
4295         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
4296         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
4297                 return NULL;
4298
4299 retry:
4300         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4301
4302         /*
4303          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
4304          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
4305          * Shrink them and try again
4306          */
4307         if (!page && !drained) {
4308                 unreserve_highatomic_pageblock(ac, false);
4309                 drain_all_pages(NULL);
4310                 drained = true;
4311                 goto retry;
4312         }
4313
4314         return page;
4315 }
4316
4317 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, gfp_t gfp_mask,
4318                              const struct alloc_context *ac)
4319 {
4320         struct zoneref *z;
4321         struct zone *zone;
4322         pg_data_t *last_pgdat = NULL;
4323         enum zone_type highest_zoneidx = ac->highest_zoneidx;
4324
4325         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, highest_zoneidx,
4326                                         ac->nodemask) {
4327                 if (last_pgdat != zone->zone_pgdat)
4328                         wakeup_kswapd(zone, gfp_mask, order, highest_zoneidx);
4329                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
4330         }
4331 }
4332
4333 static inline unsigned int
4334 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4335 {
4336         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
4337
4338         /*
4339          * __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH
4340          * and __GFP_KSWAPD_RECLAIM is assumed to be the same as ALLOC_KSWAPD
4341          * to save two branches.
4342          */
4343         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
4344         BUILD_BUG_ON(__GFP_KSWAPD_RECLAIM != (__force gfp_t) ALLOC_KSWAPD);
4345
4346         /*
4347          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
4348          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
4349          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
4350          * set both ALLOC_HARDER (__GFP_ATOMIC) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
4351          */
4352         alloc_flags |= (__force int)
4353                 (gfp_mask & (__GFP_HIGH | __GFP_KSWAPD_RECLAIM));
4354
4355         if (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) {
4356                 /*
4357                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
4358                  * if it can't schedule.
4359                  */
4360                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4361                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
4362                 /*
4363                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
4364                  * comment for __cpuset_node_allowed().
4365                  */
4366                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
4367         } else if (unlikely(rt_task(current)) && !in_interrupt())
4368                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
4369
4370         alloc_flags = current_alloc_flags(gfp_mask, alloc_flags);
4371
4372         return alloc_flags;
4373 }
4374
4375 static bool oom_reserves_allowed(struct task_struct *tsk)
4376 {
4377         if (!tsk_is_oom_victim(tsk))
4378                 return false;
4379
4380         /*
4381          * !MMU doesn't have oom reaper so give access to memory reserves
4382          * only to the thread with TIF_MEMDIE set
4383          */
4384         if (!IS_ENABLED(CONFIG_MMU) && !test_thread_flag(TIF_MEMDIE))
4385                 return false;
4386
4387         return true;
4388 }
4389
4390 /*
4391  * Distinguish requests which really need access to full memory
4392  * reserves from oom victims which can live with a portion of it
4393  */
4394 static inline int __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4395 {
4396         if (unlikely(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4397                 return 0;
4398         if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
4399                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4400         if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
4401                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4402         if (!in_interrupt()) {
4403                 if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4404                         return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4405                 else if (oom_reserves_allowed(current))
4406                         return ALLOC_OOM;
4407         }
4408
4409         return 0;
4410 }
4411
4412 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
4413 {
4414         return !!__gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4415 }
4416
4417 /*
4418  * Checks whether it makes sense to retry the reclaim to make a forward progress
4419  * for the given allocation request.
4420  *
4421  * We give up when we either have tried MAX_RECLAIM_RETRIES in a row
4422  * without success, or when we couldn't even meet the watermark if we
4423  * reclaimed all remaining pages on the LRU lists.
4424  *
4425  * Returns true if a retry is viable or false to enter the oom path.
4426  */
4427 static inline bool
4428 should_reclaim_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned order,
4429                      struct alloc_context *ac, int alloc_flags,
4430                      bool did_some_progress, int *no_progress_loops)
4431 {
4432         struct zone *zone;
4433         struct zoneref *z;
4434         bool ret = false;
4435
4436         /*
4437          * Costly allocations might have made a progress but this doesn't mean
4438          * their order will become available due to high fragmentation so
4439          * always increment the no progress counter for them
4440          */
4441         if (did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4442                 *no_progress_loops = 0;
4443         else
4444                 (*no_progress_loops)++;
4445
4446         /*
4447          * Make sure we converge to OOM if we cannot make any progress
4448          * several times in the row.
4449          */
4450         if (*no_progress_loops > MAX_RECLAIM_RETRIES) {
4451                 /* Before OOM, exhaust highatomic_reserve */
4452                 return unreserve_highatomic_pageblock(ac, true);
4453         }
4454
4455         /*
4456          * Keep reclaiming pages while there is a chance this will lead
4457          * somewhere.  If none of the target zones can satisfy our allocation
4458          * request even if all reclaimable pages are considered then we are
4459          * screwed and have to go OOM.
4460          */
4461         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
4462                                 ac->highest_zoneidx, ac->nodemask) {
4463                 unsigned long available;
4464                 unsigned long reclaimable;
4465                 unsigned long min_wmark = min_wmark_pages(zone);
4466                 bool wmark;
4467
4468                 available = reclaimable = zone_reclaimable_pages(zone);
4469                 available += zone_page_state_snapshot(zone, NR_FREE_PAGES);
4470
4471                 /*
4472                  * Would the allocation succeed if we reclaimed all
4473                  * reclaimable pages?
4474                  */
4475                 wmark = __zone_watermark_ok(zone, order, min_wmark,
4476                                 ac->highest_zoneidx, alloc_flags, available);
4477                 trace_reclaim_retry_zone(z, order, reclaimable,
4478                                 available, min_wmark, *no_progress_loops, wmark);
4479                 if (wmark) {
4480                         /*
4481                          * If we didn't make any progress and have a lot of
4482                          * dirty + writeback pages then we should wait for
4483                          * an IO to complete to slow down the reclaim and
4484                          * prevent from pre mature OOM
4485                          */
4486                         if (!did_some_progress) {
4487                                 unsigned long write_pending;
4488
4489                                 write_pending = zone_page_state_snapshot(zone,
4490                                                         NR_ZONE_WRITE_PENDING);
4491
4492                                 if (2 * write_pending > reclaimable) {
4493                                         congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
4494                                         return true;
4495                                 }
4496                         }
4497
4498                         ret = true;
4499                         goto out;
4500                 }
4501         }
4502
4503 out:
4504         /*
4505          * Memory allocation/reclaim might be called from a WQ context and the
4506          * current implementation of the WQ concurrency control doesn't
4507          * recognize that a particular WQ is congested if the worker thread is
4508          * looping without ever sleeping. Therefore we have to do a short sleep
4509          * here rather than calling cond_resched().
4510          */
4511         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
4512                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
4513         else
4514                 cond_resched();
4515         return ret;
4516 }
4517
4518 static inline bool
4519 check_retry_cpuset(int cpuset_mems_cookie, struct alloc_context *ac)
4520 {
4521         /*
4522          * It's possible that cpuset's mems_allowed and the nodemask from
4523          * mempolicy don't intersect. This should be normally dealt with by
4524          * policy_nodemask(), but it's possible to race with cpuset update in
4525          * such a way the check therein was true, and then it became false
4526          * before we got our cpuset_mems_cookie here.
4527          * This assumes that for all allocations, ac->nodemask can come only
4528          * from MPOL_BIND mempolicy (whose documented semantics is to be ignored
4529          * when it does not intersect with the cpuset restrictions) or the
4530          * caller can deal with a violated nodemask.
4531          */
4532         if (cpusets_enabled() && ac->nodemask &&
4533                         !cpuset_nodemask_valid_mems_allowed(ac->nodemask)) {
4534                 ac->nodemask = NULL;
4535                 return true;
4536         }
4537
4538         /*
4539          * When updating a task's mems_allowed or mempolicy nodemask, it is
4540          * possible to race with parallel threads in such a way that our
4541          * allocation can fail while the mask is being updated. If we are about
4542          * to fail, check if the cpuset changed during allocation and if so,
4543          * retry.
4544          */
4545         if (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))
4546                 return true;
4547
4548         return false;
4549 }
4550
4551 static inline struct page *
4552 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4553                                                 struct alloc_context *ac)
4554 {
4555         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
4556         const bool costly_order = order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER;
4557         struct page *page = NULL;
4558         unsigned int alloc_flags;
4559         unsigned long did_some_progress;
4560         enum compact_priority compact_priority;
4561         enum compact_result compact_result;
4562         int compaction_retries;
4563         int no_progress_loops;
4564         unsigned int cpuset_mems_cookie;
4565         int reserve_flags;
4566
4567         /*
4568          * We also sanity check to catch abuse of atomic reserves being used by
4569          * callers that are not in atomic context.
4570          */
4571         if (WARN_ON_ONCE((gfp_mask & (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)) ==
4572                                 (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)))
4573                 gfp_mask &= ~__GFP_ATOMIC;
4574
4575 retry_cpuset:
4576         compaction_retries = 0;
4577         no_progress_loops = 0;
4578         compact_priority = DEF_COMPACT_PRIORITY;
4579         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
4580
4581         /*
4582          * The fast path uses conservative alloc_flags to succeed only until
4583          * kswapd needs to be woken up, and to avoid the cost of setting up
4584          * alloc_flags precisely. So we do that now.
4585          */
4586         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
4587
4588         /*
4589          * We need to recalculate the starting point for the zonelist iterator
4590          * because we might have used different nodemask in the fast path, or
4591          * there was a cpuset modification and we are retrying - otherwise we
4592          * could end up iterating over non-eligible zones endlessly.
4593          */
4594         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4595                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
4596         if (!ac->preferred_zoneref->zone)
4597                 goto nopage;
4598
4599         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4600                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4601
4602         /*
4603          * The adjusted alloc_flags might result in immediate success, so try
4604          * that first
4605          */
4606         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4607         if (page)
4608                 goto got_pg;
4609
4610         /*
4611          * For costly allocations, try direct compaction first, as it's likely
4612          * that we have enough base pages and don't need to reclaim. For non-
4613          * movable high-order allocations, do that as well, as compaction will
4614          * try prevent permanent fragmentation by migrating from blocks of the
4615          * same migratetype.
4616          * Don't try this for allocations that are allowed to ignore
4617          * watermarks, as the ALLOC_NO_WATERMARKS attempt didn't yet happen.
4618          */
4619         if (can_direct_reclaim &&
4620                         (costly_order ||
4621                            (order > 0 && ac->migratetype != MIGRATE_MOVABLE))
4622                         && !gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_mask)) {
4623                 page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order,
4624                                                 alloc_flags, ac,
4625                                                 INIT_COMPACT_PRIORITY,
4626                                                 &compact_result);
4627                 if (page)
4628                         goto got_pg;
4629
4630                 /*
4631                  * Checks for costly allocations with __GFP_NORETRY, which
4632                  * includes some THP page fault allocations
4633                  */
4634                 if (costly_order && (gfp_mask & __GFP_NORETRY)) {
4635                         /*
4636                          * If allocating entire pageblock(s) and compaction
4637                          * failed because all zones are below low watermarks
4638                          * or is prohibited because it recently failed at this
4639                          * order, fail immediately unless the allocator has
4640                          * requested compaction and reclaim retry.
4641                          *
4642                          * Reclaim is
4643                          *  - potentially very expensive because zones are far
4644                          *    below their low watermarks or this is part of very
4645                          *    bursty high order allocations,
4646                          *  - not guaranteed to help because isolate_freepages()
4647                          *    may not iterate over freed pages as part of its
4648                          *    linear scan, and
4649                          *  - unlikely to make entire pageblocks free on its
4650                          *    own.
4651                          */
4652                         if (compact_result == COMPACT_SKIPPED ||
4653                             compact_result == COMPACT_DEFERRED)
4654                                 goto nopage;
4655
4656                         /*
4657                          * Looks like reclaim/compaction is worth trying, but
4658                          * sync compaction could be very expensive, so keep
4659                          * using async compaction.
4660                          */
4661                         compact_priority = INIT_COMPACT_PRIORITY;
4662                 }
4663         }
4664
4665 retry:
4666         /* Ensure kswapd doesn't accidentally go to sleep as long as we loop */
4667         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4668                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4669
4670         reserve_flags = __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4671         if (reserve_flags)
4672                 alloc_flags = current_alloc_flags(gfp_mask, reserve_flags);
4673
4674         /*
4675          * Reset the nodemask and zonelist iterators if memory policies can be
4676          * ignored. These allocations are high priority and system rather than
4677          * user oriented.
4678          */
4679         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) || reserve_flags) {
4680                 ac->nodemask = NULL;
4681                 ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4682                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
4683         }
4684
4685         /* Attempt with potentially adjusted zonelist and alloc_flags */
4686         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4687         if (page)
4688                 goto got_pg;
4689
4690         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
4691         if (!can_direct_reclaim)
4692                 goto nopage;
4693
4694         /* Avoid recursion of direct reclaim */
4695         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4696                 goto nopage;
4697
4698         /* Try direct reclaim and then allocating */
4699         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4700                                                         &did_some_progress);
4701         if (page)
4702                 goto got_pg;
4703
4704         /* Try direct compaction and then allocating */
4705         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4706                                         compact_priority, &compact_result);
4707         if (page)
4708                 goto got_pg;
4709
4710         /* Do not loop if specifically requested */
4711         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
4712                 goto nopage;
4713
4714         /*
4715          * Do not retry costly high order allocations unless they are
4716          * __GFP_RETRY_MAYFAIL
4717          */
4718         if (costly_order && !(gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL))
4719                 goto nopage;
4720
4721         if (should_reclaim_retry(gfp_mask, order, ac, alloc_flags,
4722                                  did_some_progress > 0, &no_progress_loops))
4723                 goto retry;
4724
4725         /*
4726          * It doesn't make any sense to retry for the compaction if the order-0
4727          * reclaim is not able to make any progress because the current
4728          * implementation of the compaction depends on the sufficient amount
4729          * of free memory (see __compaction_suitable)
4730          */
4731         if (did_some_progress > 0 &&
4732                         should_compact_retry(ac, order, alloc_flags,
4733                                 compact_result, &compact_priority,
4734                                 &compaction_retries))
4735                 goto retry;
4736
4737
4738         /* Deal with possible cpuset update races before we start OOM killing */
4739         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
4740                 goto retry_cpuset;
4741
4742         /* Reclaim has failed us, start killing things */
4743         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
4744         if (page)
4745                 goto got_pg;
4746
4747         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
4748         if (tsk_is_oom_victim(current) &&
4749             (alloc_flags & ALLOC_OOM ||
4750              (gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC)))
4751                 goto nopage;
4752
4753         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
4754         if (did_some_progress) {
4755                 no_progress_loops = 0;
4756                 goto retry;
4757         }
4758
4759 nopage:
4760         /* Deal with possible cpuset update races before we fail */
4761         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
4762                 goto retry_cpuset;
4763
4764         /*
4765          * Make sure that __GFP_NOFAIL request doesn't leak out and make sure
4766          * we always retry
4767          */
4768         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL) {
4769                 /*
4770                  * All existing users of the __GFP_NOFAIL are blockable, so warn
4771                  * of any new users that actually require GFP_NOWAIT
4772                  */
4773                 if (WARN_ON_ONCE(!can_direct_reclaim))
4774                         goto fail;
4775
4776                 /*
4777                  * PF_MEMALLOC request from this context is rather bizarre
4778                  * because we cannot reclaim anything and only can loop waiting
4779                  * for somebody to do a work for us
4780                  */
4781                 WARN_ON_ONCE(current->flags & PF_MEMALLOC);
4782
4783                 /*
4784                  * non failing costly orders are a hard requirement which we
4785                  * are not prepared for much so let's warn about these users
4786                  * so that we can identify them and convert them to something
4787                  * else.
4788                  */
4789                 WARN_ON_ONCE(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
4790
4791                 /*
4792                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
4793                  * reserves but do not use ALLOC_NO_WATERMARKS because this
4794                  * could deplete whole memory reserves which would just make
4795                  * the situation worse
4796                  */
4797                 page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order, ALLOC_HARDER, ac);
4798                 if (page)
4799                         goto got_pg;
4800
4801                 cond_resched();
4802                 goto retry;
4803         }
4804 fail:
4805         warn_alloc(gfp_mask, ac->nodemask,
4806                         "page allocation failure: order:%u", order);
4807 got_pg:
4808         return page;
4809 }
4810
4811 static inline bool prepare_alloc_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4812                 int preferred_nid, nodemask_t *nodemask,
4813                 struct alloc_context *ac, gfp_t *alloc_mask,
4814                 unsigned int *alloc_flags)
4815 {
4816         ac->highest_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
4817         ac->zonelist = node_zonelist(preferred_nid, gfp_mask);
4818         ac->nodemask = nodemask;
4819         ac->migratetype = gfp_migratetype(gfp_mask);
4820
4821         if (cpusets_enabled()) {
4822                 *alloc_mask |= __GFP_HARDWALL;
4823                 /*
4824                  * When we are in the interrupt context, it is irrelevant
4825                  * to the current task context. It means that any node ok.
4826                  */
4827                 if (!in_interrupt() && !ac->nodemask)
4828                         ac->nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
4829                 else
4830                         *alloc_flags |= ALLOC_CPUSET;
4831         }
4832
4833         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
4834         fs_reclaim_release(gfp_mask);
4835
4836         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM);
4837
4838         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
4839                 return false;
4840
4841         *alloc_flags = current_alloc_flags(gfp_mask, *alloc_flags);
4842
4843         return true;
4844 }
4845
4846 /* Determine whether to spread dirty pages and what the first usable zone */
4847 static inline void finalise_ac(gfp_t gfp_mask, struct alloc_context *ac)
4848 {
4849         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
4850         ac->spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
4851
4852         /*
4853          * The preferred zone is used for statistics but crucially it is
4854          * also used as the starting point for the zonelist iterator. It
4855          * may get reset for allocations that ignore memory policies.
4856          */
4857         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4858                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
4859 }
4860
4861 /*
4862  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
4863  */
4864 struct page *
4865 __alloc_pages_nodemask(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int preferred_nid,
4866                                                         nodemask_t *nodemask)
4867 {
4868         struct page *page;
4869         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
4870         gfp_t alloc_mask; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
4871         struct alloc_context ac = { };
4872
4873         /*
4874          * There are several places where we assume that the order value is sane
4875          * so bail out early if the request is out of bound.
4876          */
4877         if (unlikely(order >= MAX_ORDER)) {
4878                 WARN_ON_ONCE(!(gfp_mask & __GFP_NOWARN));
4879                 return NULL;
4880         }
4881
4882         gfp_mask &= gfp_allowed_mask;
4883         alloc_mask = gfp_mask;
4884         if (!prepare_alloc_pages(gfp_mask, order, preferred_nid, nodemask, &ac, &alloc_mask, &alloc_flags))
4885                 return NULL;
4886
4887         finalise_ac(gfp_mask, &ac);
4888
4889         /*
4890          * Forbid the first pass from falling back to types that fragment
4891          * memory until all local zones are considered.
4892          */
4893         alloc_flags |= alloc_flags_nofragment(ac.preferred_zoneref->zone, gfp_mask);
4894
4895         /* First allocation attempt */
4896         page = get_page_from_freelist(alloc_mask, order, alloc_flags, &ac);
4897         if (likely(page))
4898                 goto out;
4899
4900         /*
4901          * Apply scoped allocation constraints. This is mainly about GFP_NOFS
4902          * resp. GFP_NOIO which has to be inherited for all allocation requests
4903          * from a particular context which has been marked by
4904          * memalloc_no{fs,io}_{save,restore}.
4905          */
4906         alloc_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4907         ac.spread_dirty_pages = false;
4908
4909         /*
4910          * Restore the original nodemask if it was potentially replaced with
4911          * &cpuset_current_mems_allowed to optimize the fast-path attempt.
4912          */
4913         ac.nodemask = nodemask;
4914
4915         page = __alloc_pages_slowpath(alloc_mask, order, &ac);
4916
4917 out:
4918         if (memcg_kmem_enabled() && (gfp_mask & __GFP_ACCOUNT) && page &&
4919             unlikely(__memcg_kmem_charge_page(page, gfp_mask, order) != 0)) {
4920                 __free_pages(page, order);
4921                 page = NULL;
4922         }
4923
4924         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_mask, ac.migratetype);
4925
4926         return page;
4927 }
4928 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages_nodemask);
4929
4930 /*
4931  * Common helper functions. Never use with __GFP_HIGHMEM because the returned
4932  * address cannot represent highmem pages. Use alloc_pages and then kmap if
4933  * you need to access high mem.
4934  */
4935 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
4936 {
4937         struct page *page;
4938
4939         page = alloc_pages(gfp_mask & ~__GFP_HIGHMEM, order);
4940         if (!page)
4941                 return 0;
4942         return (unsigned long) page_address(page);
4943 }
4944 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
4945
4946 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
4947 {
4948         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
4949 }
4950 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
4951
4952 static inline void free_the_page(struct page *page, unsigned int order)
4953 {
4954         if (order == 0)         /* Via pcp? */
4955                 free_unref_page(page);
4956         else
4957                 __free_pages_ok(page, order);
4958 }
4959
4960 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
4961 {
4962         if (put_page_testzero(page))
4963                 free_the_page(page, order);
4964 }
4965 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
4966
4967 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
4968 {
4969         if (addr != 0) {
4970                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
4971                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
4972         }
4973 }
4974
4975 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
4976
4977 /*
4978  * Page Fragment:
4979  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
4980  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
4981  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
4982  *
4983  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
4984  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
4985  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
4986  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
4987  */
4988 static struct page *__page_frag_cache_refill(struct page_frag_cache *nc,
4989                                              gfp_t gfp_mask)
4990 {
4991         struct page *page = NULL;
4992         gfp_t gfp = gfp_mask;
4993
4994 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4995         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
4996                     __GFP_NOMEMALLOC;
4997         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
4998                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
4999         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
5000 #endif
5001         if (unlikely(!page))
5002                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
5003
5004         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
5005
5006         return page;
5007 }
5008
5009 void __page_frag_cache_drain(struct page *page, unsigned int count)
5010 {
5011         VM_BUG_ON_PAGE(page_ref_count(page) == 0, page);
5012
5013         if (page_ref_sub_and_test(page, count))
5014                 free_the_page(page, compound_order(page));
5015 }
5016 EXPORT_SYMBOL(__page_frag_cache_drain);
5017
5018 void *page_frag_alloc(struct page_frag_cache *nc,
5019                       unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask)
5020 {
5021         unsigned int size = PAGE_SIZE;
5022         struct page *page;
5023         int offset;
5024
5025         if (unlikely(!nc->va)) {
5026 refill:
5027                 page = __page_frag_cache_refill(nc, gfp_mask);
5028                 if (!page)
5029                         return NULL;
5030
5031 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
5032                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
5033                 size = nc->size;
5034 #endif
5035                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
5036                  * This would break get_page_unless_zero() users.
5037                  */
5038                 page_ref_add(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE);
5039
5040                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
5041                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
5042                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
5043                 nc->offset = size;
5044         }
5045
5046         offset = nc->offset - fragsz;
5047         if (unlikely(offset < 0)) {
5048                 page = virt_to_page(nc->va);
5049
5050                 if (!page_ref_sub_and_test(page, nc->pagecnt_bias))
5051                         goto refill;
5052
5053 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
5054                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
5055                 size = nc->size;
5056 #endif
5057                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
5058                 set_page_count(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1);
5059
5060                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
5061                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
5062                 offset = size - fragsz;
5063         }
5064
5065         nc->pagecnt_bias--;
5066         nc->offset = offset;
5067
5068         return nc->va + offset;
5069 }
5070 EXPORT_SYMBOL(page_frag_alloc);
5071
5072 /*
5073  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
5074  */
5075 void page_frag_free(void *addr)
5076 {
5077         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
5078
5079         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
5080                 free_the_page(page, compound_order(page));
5081 }
5082 EXPORT_SYMBOL(page_frag_free);
5083
5084 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
5085                 size_t size)
5086 {
5087         if (addr) {
5088                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
5089                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
5090
5091                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
5092                 while (used < alloc_end) {
5093                         free_page(used);
5094                         used += PAGE_SIZE;
5095                 }
5096         }
5097         return (void *)addr;
5098 }
5099
5100 /**
5101  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
5102  * @size: the number of bytes to allocate
5103  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
5104  *
5105  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
5106  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
5107  * allocate memory in power-of-two pages.
5108  *
5109  * This function is also limited by MAX_ORDER.
5110  *
5111  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
5112  *
5113  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
5114  */
5115 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
5116 {
5117         unsigned int order = get_order(size);
5118         unsigned long addr;
5119
5120         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_COMP))
5121                 gfp_mask &= ~__GFP_COMP;
5122
5123         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
5124         return make_alloc_exact(addr, order, size);
5125 }
5126 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
5127
5128 /**
5129  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
5130  *                         pages on a node.
5131  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
5132  * @size: the number of bytes to allocate
5133  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
5134  *
5135  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
5136  * back.
5137  *
5138  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
5139  */
5140 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
5141 {
5142         unsigned int order = get_order(size);
5143         struct page *p;
5144
5145         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_COMP))
5146                 gfp_mask &= ~__GFP_COMP;
5147
5148         p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
5149         if (!p)
5150                 return NULL;
5151         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
5152 }
5153
5154 /**
5155  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
5156  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
5157  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
5158  *
5159  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
5160  */
5161 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
5162 {
5163         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
5164         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
5165
5166         while (addr < end) {
5167                 free_page(addr);
5168                 addr += PAGE_SIZE;
5169         }
5170 }
5171 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
5172
5173 /**
5174  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
5175  * @offset: The zone index of the highest zone
5176  *
5177  * nr_free_zone_pages() counts the number of pages which are beyond the
5178  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
5179  * zone, the number of pages is calculated as:
5180  *
5181  *     nr_free_zone_pages = managed_pages - high_pages
5182  *
5183  * Return: number of pages beyond high watermark.
5184  */
5185 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
5186 {
5187         struct zoneref *z;
5188         struct zone *zone;
5189
5190         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
5191         unsigned long sum = 0;
5192
5193         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
5194
5195         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
5196                 unsigned long size = zone_managed_pages(zone);
5197                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
5198                 if (size > high)
5199                         sum += size - high;
5200         }
5201
5202         return sum;
5203 }
5204
5205 /**
5206  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
5207  *
5208  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
5209  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
5210  *
5211  * Return: number of pages beyond high watermark within ZONE_DMA and
5212  * ZONE_NORMAL.
5213  */
5214 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
5215 {
5216         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
5217 }
5218 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
5219
5220 static inline void show_node(struct zone *zone)
5221 {
5222         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
5223                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
5224 }
5225
5226 long si_mem_available(void)
5227 {
5228         long available;
5229         unsigned long pagecache;
5230         unsigned long wmark_low = 0;
5231         unsigned long pages[NR_LRU_LISTS];
5232         unsigned long reclaimable;
5233         struct zone *zone;
5234         int lru;
5235
5236         for (lru = LRU_BASE; lru < NR_LRU_LISTS; lru++)
5237                 pages[lru] = global_node_page_state(NR_LRU_BASE + lru);
5238
5239         for_each_zone(zone)
5240                 wmark_low += low_wmark_pages(zone);
5241
5242         /*
5243          * Estimate the amount of memory available for userspace allocations,
5244          * without causing swapping.
5245          */
5246         available = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES) - totalreserve_pages;
5247
5248         /*
5249          * Not all the page cache can be freed, otherwise the system will
5250          * start swapping. Assume at least half of the page cache, or the
5251          * low watermark worth of cache, needs to stay.
5252          */
5253         pagecache = pages[LRU_ACTIVE_FILE] + pages[LRU_INACTIVE_FILE];
5254         pagecache -= min(pagecache / 2, wmark_low);
5255         available += pagecache;
5256
5257         /*
5258          * Part of the reclaimable slab and other kernel memory consists of
5259          * items that are in use, and cannot be freed. Cap this estimate at the
5260          * low watermark.
5261          */
5262         reclaimable = global_node_page_state_pages(NR_SLAB_RECLAIMABLE_B) +
5263                 global_node_page_state(NR_KERNEL_MISC_RECLAIMABLE);
5264         available += reclaimable - min(reclaimable / 2, wmark_low);
5265
5266         if (available < 0)
5267                 available = 0;
5268         return available;
5269 }
5270 EXPORT_SYMBOL_GPL(si_mem_available);
5271
5272 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
5273 {
5274         val->totalram = totalram_pages();
5275         val->sharedram = global_node_page_state(NR_SHMEM);
5276         val->freeram = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES);
5277         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
5278         val->totalhigh = totalhigh_pages();
5279         val->freehigh = nr_free_highpages();
5280         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
5281 }
5282
5283 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
5284
5285 #ifdef CONFIG_NUMA
5286 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
5287 {
5288         int zone_type;          /* needs to be signed */
5289         unsigned long managed_pages = 0;
5290         unsigned long managed_highpages = 0;
5291         unsigned long free_highpages = 0;
5292         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5293
5294         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
5295                 managed_pages += zone_managed_pages(&pgdat->node_zones[zone_type]);
5296         val->totalram = managed_pages;
5297         val->sharedram = node_page_state(pgdat, NR_SHMEM);
5298         val->freeram = sum_zone_node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
5299 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
5300         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++) {
5301                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
5302
5303                 if (is_highmem(zone)) {
5304                         managed_highpages += zone_managed_pages(zone);
5305                         free_highpages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
5306                 }
5307         }
5308         val->totalhigh = managed_highpages;
5309         val->freehigh = free_highpages;
5310 #else
5311         val->totalhigh = managed_highpages;
5312         val->freehigh = free_highpages;
5313 #endif
5314         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
5315 }
5316 #endif
5317
5318 /*
5319  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
5320  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
5321  */
5322 static bool show_mem_node_skip(unsigned int flags, int nid, nodemask_t *nodemask)
5323 {
5324         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
5325                 return false;
5326
5327         /*
5328          * no node mask - aka implicit memory numa policy. Do not bother with
5329          * the synchronization - read_mems_allowed_begin - because we do not
5330          * have to be precise here.
5331          */
5332         if (!nodemask)
5333                 nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
5334
5335         return !node_isset(nid, *nodemask);
5336 }
5337
5338 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
5339
5340 static void show_migration_types(unsigned char type)
5341 {
5342         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
5343                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
5344                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
5345                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
5346                 [MIGRATE_HIGHATOMIC]    = 'H',
5347 #ifdef CONFIG_CMA
5348                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
5349 #endif
5350 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
5351                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
5352 #endif
5353         };
5354         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
5355         char *p = tmp;
5356         int i;
5357
5358         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
5359                 if (type & (1 << i))
5360                         *p++ = types[i];
5361         }
5362
5363         *p = '\0';
5364         printk(KERN_CONT "(%s) ", tmp);
5365 }
5366
5367 /*
5368  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
5369  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
5370  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
5371  *
5372  * Bits in @filter:
5373  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
5374  *   cpuset.
5375  */
5376 void show_free_areas(unsigned int filter, nodemask_t *nodemask)
5377 {
5378         unsigned long free_pcp = 0;
5379         int cpu;
5380         struct zone *zone;
5381         pg_data_t *pgdat;
5382
5383         for_each_populated_zone(zone) {
5384                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5385                         continue;
5386
5387                 for_each_online_cpu(cpu)
5388                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
5389         }
5390
5391         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
5392                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
5393                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu\n"
5394                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
5395                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
5396                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
5397                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
5398                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
5399                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
5400                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
5401                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
5402                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
5403                 global_node_page_state(NR_UNEVICTABLE),
5404                 global_node_page_state(NR_FILE_DIRTY),
5405                 global_node_page_state(NR_WRITEBACK),
5406                 global_node_page_state_pages(NR_SLAB_RECLAIMABLE_B),
5407                 global_node_page_state_pages(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE_B),
5408                 global_node_page_state(NR_FILE_MAPPED),
5409                 global_node_page_state(NR_SHMEM),
5410                 global_zone_page_state(NR_PAGETABLE),
5411                 global_zone_page_state(NR_BOUNCE),
5412                 global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES),
5413                 free_pcp,
5414                 global_zone_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
5415
5416         for_each_online_pgdat(pgdat) {
5417                 if (show_mem_node_skip(filter, pgdat->node_id, nodemask))
5418                         continue;
5419
5420                 printk("Node %d"
5421                         " active_anon:%lukB"
5422                         " inactive_anon:%lukB"
5423                         " active_file:%lukB"
5424                         " inactive_file:%lukB"
5425                         " unevictable:%lukB"
5426                         " isolated(anon):%lukB"
5427                         " isolated(file):%lukB"
5428                         " mapped:%lukB"
5429                         " dirty:%lukB"
5430                         " writeback:%lukB"
5431                         " shmem:%lukB"
5432 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5433                         " shmem_thp: %lukB"
5434                         " shmem_pmdmapped: %lukB"
5435                         " anon_thp: %lukB"
5436 #endif
5437                         " writeback_tmp:%lukB"
5438                         " kernel_stack:%lukB"
5439 #ifdef CONFIG_SHADOW_CALL_STACK
5440                         " shadow_call_stack:%lukB"
5441 #endif
5442                         " all_unreclaimable? %s"
5443                         "\n",
5444                         pgdat->node_id,
5445                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_ANON)),
5446                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON)),
5447                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE)),
5448                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE)),
5449                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNEVICTABLE)),
5450                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON)),
5451                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_FILE)),
5452                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_MAPPED)),
5453                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_DIRTY)),
5454                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK)),
5455                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM)),
5456 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5457                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
5458                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_PMDMAPPED)
5459                                         * HPAGE_PMD_NR),
5460                         K(node_page_state(pgdat, NR_ANON_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
5461 #endif
5462                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK_TEMP)),
5463                         node_page_state(pgdat, NR_KERNEL_STACK_KB),
5464 #ifdef CONFIG_SHADOW_CALL_STACK
5465                         node_page_state(pgdat, NR_KERNEL_SCS_KB),
5466 #endif
5467                         pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES ?
5468                                 "yes" : "no");
5469         }
5470
5471         for_each_populated_zone(zone) {
5472                 int i;
5473
5474                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5475                         continue;
5476
5477                 free_pcp = 0;
5478                 for_each_online_cpu(cpu)
5479                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
5480
5481                 show_node(zone);
5482                 printk(KERN_CONT
5483                         "%s"
5484                         " free:%lukB"
5485                         " min:%lukB"
5486                         " low:%lukB"
5487                         " high:%lukB"
5488                         " reserved_highatomic:%luKB"
5489                         " active_anon:%lukB"
5490                         " inactive_anon:%lukB"
5491                         " active_file:%lukB"
5492                         " inactive_file:%lukB"
5493                         " unevictable:%lukB"
5494                         " writepending:%lukB"
5495                         " present:%lukB"
5496                         " managed:%lukB"
5497                         " mlocked:%lukB"
5498                         " pagetables:%lukB"
5499                         " bounce:%lukB"
5500                         " free_pcp:%lukB"
5501                         " local_pcp:%ukB"
5502                         " free_cma:%lukB"
5503                         "\n",
5504                         zone->name,
5505                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
5506                         K(min_wmark_pages(zone)),
5507                         K(low_wmark_pages(zone)),
5508                         K(high_wmark_pages(zone)),
5509                         K(zone->nr_reserved_highatomic),
5510                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_ANON)),
5511                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_ANON)),
5512                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_FILE)),
5513                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_FILE)),
5514                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_UNEVICTABLE)),
5515                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_WRITE_PENDING)),
5516                         K(zone->present_pages),
5517                         K(zone_managed_pages(zone)),
5518                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
5519                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGETABLE)),
5520                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
5521                         K(free_pcp),
5522                         K(this_cpu_read(zone->pageset->pcp.count)),
5523                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)));
5524                 printk("lowmem_reserve[]:");
5525                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
5526                         printk(KERN_CONT " %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
5527                 printk(KERN_CONT "\n");
5528         }
5529
5530         for_each_populated_zone(zone) {
5531                 unsigned int order;
5532                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, total = 0;
5533                 unsigned char types[MAX_ORDER];
5534
5535                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5536                         continue;
5537                 show_node(zone);
5538                 printk(KERN_CONT "%s: ", zone->name);
5539
5540                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
5541                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
5542                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
5543                         int type;
5544
5545                         nr[order] = area->nr_free;
5546                         total += nr[order] << order;
5547
5548                         types[order] = 0;
5549                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
5550                                 if (!free_area_empty(area, type))
5551                                         types[order] |= 1 << type;
5552                         }
5553                 }
5554                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
5555                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
5556                         printk(KERN_CONT "%lu*%lukB ",
5557                                nr[order], K(1UL) << order);
5558                         if (nr[order])
5559                                 show_migration_types(types[order]);
5560                 }
5561                 printk(KERN_CONT "= %lukB\n", K(total));
5562         }
5563
5564         hugetlb_show_meminfo();
5565
5566         printk("%ld total pagecache pages\n", global_node_page_state(NR_FILE_PAGES));
5567
5568         show_swap_cache_info();
5569 }
5570
5571 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
5572 {
5573         zoneref->zone = zone;
5574         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
5575 }
5576
5577 /*
5578  * Builds allocation fallback zone lists.
5579  *
5580  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
5581  */
5582 static int build_zonerefs_node(pg_data_t *pgdat, struct zoneref *zonerefs)
5583 {
5584         struct zone *zone;
5585         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
5586         int nr_zones = 0;
5587
5588         do {
5589                 zone_type--;
5590                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
5591                 if (managed_zone(zone)) {
5592                         zoneref_set_zone(zone, &zonerefs[nr_zones++]);
5593                         check_highest_zone(zone_type);
5594                 }
5595         } while (zone_type);
5596
5597         return nr_zones;
5598 }
5599
5600 #ifdef CONFIG_NUMA
5601
5602 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
5603 {
5604         /*
5605          * We used to support different zonlists modes but they turned
5606          * out to be just not useful. Let's keep the warning in place
5607          * if somebody still use the cmd line parameter so that we do
5608          * not fail it silently
5609          */
5610         if (!(*s == 'd' || *s == 'D' || *s == 'n' || *s == 'N')) {
5611                 pr_warn("Ignoring unsupported numa_zonelist_order value:  %s\n", s);
5612                 return -EINVAL;
5613         }
5614         return 0;
5615 }
5616
5617 char numa_zonelist_order[] = "Node";
5618
5619 /*
5620  * sysctl handler for numa_zonelist_order
5621  */
5622 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
5623                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
5624 {
5625         if (write)
5626                 return __parse_numa_zonelist_order(buffer);
5627         return proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
5628 }
5629
5630
5631 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
5632 static int node_load[MAX_NUMNODES];
5633
5634 /**
5635  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
5636  * @node: node whose fallback list we're appending
5637  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
5638  *
5639  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
5640  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
5641  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
5642  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
5643  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
5644  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
5645  * on them otherwise.
5646  *
5647  * Return: node id of the found node or %NUMA_NO_NODE if no node is found.
5648  */
5649 static int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
5650 {
5651         int n, val;
5652         int min_val = INT_MAX;
5653         int best_node = NUMA_NO_NODE;
5654         const struct cpumask *tmp = cpumask_of_node(0);
5655
5656         /* Use the local node if we haven't already */
5657         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
5658                 node_set(node, *used_node_mask);
5659                 return node;
5660         }
5661
5662         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
5663
5664                 /* Don't want a node to appear more than once */
5665                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
5666                         continue;
5667
5668                 /* Use the distance array to find the distance */
5669                 val = node_distance(node, n);
5670
5671                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
5672                 val += (n < node);
5673
5674                 /* Give preference to headless and unused nodes */
5675                 tmp = cpumask_of_node(n);
5676                 if (!cpumask_empty(tmp))
5677                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
5678
5679                 /* Slight preference for less loaded node */
5680                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
5681                 val += node_load[n];
5682
5683                 if (val < min_val) {
5684                         min_val = val;
5685                         best_node = n;
5686                 }
5687         }
5688
5689         if (best_node >= 0)
5690                 node_set(best_node, *used_node_mask);
5691
5692         return best_node;
5693 }
5694
5695
5696 /*
5697  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
5698  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
5699  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
5700  */
5701 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int *node_order,
5702                 unsigned nr_nodes)
5703 {
5704         struct zoneref *zonerefs;
5705         int i;
5706
5707         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
5708
5709         for (i = 0; i < nr_nodes; i++) {
5710                 int nr_zones;
5711
5712                 pg_data_t *node = NODE_DATA(node_order[i]);
5713
5714                 nr_zones = build_zonerefs_node(node, zonerefs);
5715                 zonerefs += nr_zones;
5716         }
5717         zonerefs->zone = NULL;
5718         zonerefs->zone_idx = 0;
5719 }
5720
5721 /*
5722  * Build gfp_thisnode zonelists
5723  */
5724 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5725 {
5726         struct zoneref *zonerefs;
5727         int nr_zones;
5728
5729         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_NOFALLBACK]._zonerefs;
5730         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
5731         zonerefs += nr_zones;
5732         zonerefs->zone = NULL;
5733         zonerefs->zone_idx = 0;
5734 }
5735
5736 /*
5737  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
5738  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
5739  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
5740  * may still exist in local DMA zone.
5741  */
5742
5743 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5744 {
5745         static int node_order[MAX_NUMNODES];
5746         int node, load, nr_nodes = 0;
5747         nodemask_t used_mask = NODE_MASK_NONE;
5748         int local_node, prev_node;
5749
5750         /* NUMA-aware ordering of nodes */
5751         local_node = pgdat->node_id;
5752         load = nr_online_nodes;
5753         prev_node = local_node;
5754
5755         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
5756         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
5757                 /*
5758                  * We don't want to pressure a particular node.
5759                  * So adding penalty to the first node in same
5760                  * distance group to make it round-robin.
5761                  */
5762                 if (node_distance(local_node, node) !=
5763                     node_distance(local_node, prev_node))
5764                         node_load[node] = load;
5765
5766                 node_order[nr_nodes++] = node;
5767                 prev_node = node;
5768                 load--;
5769         }
5770
5771         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node_order, nr_nodes);
5772         build_thisnode_zonelists(pgdat);
5773 }
5774
5775 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5776 /*
5777  * Return node id of node used for "local" allocations.
5778  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
5779  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
5780  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
5781  */
5782 int local_memory_node(int node)
5783 {
5784         struct zoneref *z;
5785
5786         z = first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
5787                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
5788                                    NULL);
5789         return zone_to_nid(z->zone);
5790 }
5791 #endif
5792
5793 static void setup_min_unmapped_ratio(void);
5794 static void setup_min_slab_ratio(void);
5795 #else   /* CONFIG_NUMA */
5796
5797 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5798 {
5799         int node, local_node;
5800         struct zoneref *zonerefs;
5801         int nr_zones;
5802
5803         local_node = pgdat->node_id;
5804
5805         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
5806         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
5807         zonerefs += nr_zones;
5808
5809         /*
5810          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
5811          * of all the other nodes.
5812          * We don't want to pressure a particular node, so when
5813          * building the zones for node N, we make sure that the
5814          * zones coming right after the local ones are those from
5815          * node N+1 (modulo N)
5816          */
5817         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
5818                 if (!node_online(node))
5819                         continue;
5820                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
5821                 zonerefs += nr_zones;
5822         }
5823         for (node = 0; node < local_node; node++) {
5824                 if (!node_online(node))
5825                         continue;
5826                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
5827                 zonerefs += nr_zones;
5828         }
5829
5830         zonerefs->zone = NULL;
5831         zonerefs->zone_idx = 0;
5832 }
5833
5834 #endif  /* CONFIG_NUMA */
5835
5836 /*
5837  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
5838  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
5839  * that an item put on a list will immediately be handed over to
5840  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
5841  * with interrupts disabled.
5842  *
5843  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
5844  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
5845  * hotplugged processors.
5846  *
5847  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
5848  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
5849  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
5850  */
5851 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch);
5852 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pageset, boot_pageset);
5853 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_nodestat, boot_nodestats);
5854
5855 static void __build_all_zonelists(void *data)
5856 {
5857         int nid;
5858         int __maybe_unused cpu;
5859         pg_data_t *self = data;
5860         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
5861
5862         spin_lock(&lock);
5863
5864 #ifdef CONFIG_NUMA
5865         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
5866 #endif
5867
5868         /*
5869          * This node is hotadded and no memory is yet present.   So just
5870          * building zonelists is fine - no need to touch other nodes.
5871          */
5872         if (self && !node_online(self->node_id)) {
5873                 build_zonelists(self);
5874         } else {
5875                 for_each_online_node(nid) {
5876                         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5877
5878                         build_zonelists(pgdat);
5879                 }
5880
5881 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5882                 /*
5883                  * We now know the "local memory node" for each node--
5884                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
5885                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
5886                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
5887                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
5888                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
5889                  */
5890                 for_each_online_cpu(cpu)
5891                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
5892 #endif
5893         }
5894
5895         spin_unlock(&lock);
5896 }
5897
5898 static noinline void __init
5899 build_all_zonelists_init(void)
5900 {
5901         int cpu;
5902
5903         __build_all_zonelists(NULL);
5904
5905         /*
5906          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
5907          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
5908          * each zone will be allocated later when the per cpu
5909          * allocator is available.
5910          *
5911          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
5912          * cpus if the system is already booted because the pagesets
5913          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
5914          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
5915          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
5916          * (a chicken-egg dilemma).
5917          */
5918         for_each_possible_cpu(cpu)
5919                 setup_pageset(&per_cpu(boot_pageset, cpu), 0);
5920
5921         mminit_verify_zonelist();
5922         cpuset_init_current_mems_allowed();
5923 }
5924
5925 /*
5926  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
5927  *
5928  * __ref due to call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
5929  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
5930  */
5931 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5932 {
5933         unsigned long vm_total_pages;
5934
5935         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
5936                 build_all_zonelists_init();
5937         } else {
5938                 __build_all_zonelists(pgdat);
5939                 /* cpuset refresh routine should be here */
5940         }
5941         /* Get the number of free pages beyond high watermark in all zones. */
5942         vm_total_pages = nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
5943         /*
5944          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
5945          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
5946          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
5947          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
5948          * disabled and enable it later
5949          */
5950         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
5951                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
5952         else
5953                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
5954
5955         pr_info("Built %u zonelists, mobility grouping %s.  Total pages: %ld\n",
5956                 nr_online_nodes,
5957                 page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
5958                 vm_total_pages);
5959 #ifdef CONFIG_NUMA
5960         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
5961 #endif
5962 }
5963
5964 /* If zone is ZONE_MOVABLE but memory is mirrored, it is an overlapped init */
5965 static bool __meminit
5966 overlap_memmap_init(unsigned long zone, unsigned long *pfn)
5967 {
5968         static struct memblock_region *r;
5969
5970         if (mirrored_kernelcore && zone == ZONE_MOVABLE) {
5971                 if (!r || *pfn >= memblock_region_memory_end_pfn(r)) {
5972                         for_each_memblock(memory, r) {
5973                                 if (*pfn < memblock_region_memory_end_pfn(r))
5974                                         break;
5975                         }
5976                 }
5977                 if (*pfn >= memblock_region_memory_base_pfn(r) &&
5978                     memblock_is_mirror(r)) {
5979                         *pfn = memblock_region_memory_end_pfn(r);
5980                         return true;
5981                 }
5982         }
5983         return false;
5984 }
5985
5986 /*
5987  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
5988  * up by memblock_free_all() once the early boot process is
5989  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
5990  */
5991 void __meminit memmap_init_zone(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
5992                 unsigned long start_pfn, enum meminit_context context,
5993                 struct vmem_altmap *altmap)
5994 {
5995         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + size;
5996         struct page *page;
5997
5998         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
5999                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
6000
6001 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
6002         /*
6003          * Honor reservation requested by the driver for this ZONE_DEVICE
6004          * memory. We limit the total number of pages to initialize to just
6005          * those that might contain the memory mapping. We will defer the
6006          * ZONE_DEVICE page initialization until after we have released
6007          * the hotplug lock.
6008          */
6009         if (zone == ZONE_DEVICE) {
6010                 if (!altmap)
6011                         return;
6012
6013                 if (start_pfn == altmap->base_pfn)
6014                         start_pfn += altmap->reserve;
6015                 end_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
6016         }
6017 #endif
6018
6019         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; ) {
6020                 /*
6021                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s handed to this
6022                  * function.  They do not exist on hotplugged memory.
6023                  */
6024                 if (context == MEMINIT_EARLY) {
6025                         if (overlap_memmap_init(zone, &pfn))
6026                                 continue;
6027                         if (defer_init(nid, pfn, end_pfn))
6028                                 break;
6029                 }
6030
6031                 page = pfn_to_page(pfn);
6032                 __init_single_page(page, pfn, zone, nid);
6033                 if (context == MEMINIT_HOTPLUG)
6034                         __SetPageReserved(page);
6035
6036                 /*
6037                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
6038                  * movable at startup. This will force kernel allocations
6039                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
6040                  * the address space during boot when many long-lived
6041                  * kernel allocations are made.
6042                  *
6043                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
6044                  * can be created for invalid pages (for alignment)
6045                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
6046                  * pfn out of zone.
6047                  */
6048                 if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1))) {
6049                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
6050                         cond_resched();
6051                 }
6052                 pfn++;
6053         }
6054 }
6055
6056 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
6057 void __ref memmap_init_zone_device(struct zone *zone,
6058                                    unsigned long start_pfn,
6059                                    unsigned long nr_pages,
6060                                    struct dev_pagemap *pgmap)
6061 {
6062         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + nr_pages;
6063         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
6064         struct vmem_altmap *altmap = pgmap_altmap(pgmap);
6065         unsigned long zone_idx = zone_idx(zone);
6066         unsigned long start = jiffies;
6067         int nid = pgdat->node_id;
6068
6069         if (WARN_ON_ONCE(!pgmap || zone_idx(zone) != ZONE_DEVICE))
6070                 return;
6071
6072         /*
6073          * The call to memmap_init_zone should have already taken care
6074          * of the pages reserved for the memmap, so we can just jump to
6075          * the end of that region and start processing the device pages.
6076          */
6077         if (altmap) {
6078                 start_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
6079                 nr_pages = end_pfn - start_pfn;
6080         }
6081
6082         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
6083                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
6084
6085                 __init_single_page(page, pfn, zone_idx, nid);
6086
6087                 /*
6088                  * Mark page reserved as it will need to wait for onlining
6089                  * phase for it to be fully associated with a zone.
6090                  *
6091                  * We can use the non-atomic __set_bit operation for setting
6092                  * the flag as we are still initializing the pages.
6093                  */
6094                 __SetPageReserved(page);
6095
6096                 /*
6097                  * ZONE_DEVICE pages union ->lru with a ->pgmap back pointer
6098                  * and zone_device_data.  It is a bug if a ZONE_DEVICE page is
6099                  * ever freed or placed on a driver-private list.
6100                  */
6101                 page->pgmap = pgmap;
6102                 page->zone_device_data = NULL;
6103
6104                 /*
6105                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
6106                  * movable at startup. This will force kernel allocations
6107                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
6108                  * the address space during boot when many long-lived
6109                  * kernel allocations are made.
6110                  *
6111                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
6112                  * can be created for invalid pages (for alignment)
6113                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
6114                  * pfn out of zone.
6115                  *
6116                  * Please note that MEMINIT_HOTPLUG path doesn't clear memmap
6117                  * because this is done early in section_activate()
6118                  */
6119                 if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1))) {
6120                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
6121                         cond_resched();
6122                 }
6123         }
6124
6125         pr_info("%s initialised %lu pages in %ums\n", __func__,
6126                 nr_pages, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
6127 }
6128
6129 #endif
6130 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
6131 {
6132         unsigned int order, t;
6133         for_each_migratetype_order(order, t) {
6134                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
6135                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
6136         }
6137 }
6138
6139 void __meminit __weak memmap_init(unsigned long size, int nid,
6140                                   unsigned long zone,
6141                                   unsigned long range_start_pfn)
6142 {
6143         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6144         unsigned long range_end_pfn = range_start_pfn + size;
6145         int i;
6146
6147         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
6148                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
6149                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
6150
6151                 if (end_pfn > start_pfn) {
6152                         size = end_pfn - start_pfn;
6153                         memmap_init_zone(size, nid, zone, start_pfn,
6154                                          MEMINIT_EARLY, NULL);
6155                 }
6156         }
6157 }
6158
6159 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
6160 {
6161 #ifdef CONFIG_MMU
6162         int batch;
6163
6164         /*
6165          * The per-cpu-pages pools are set to around 1000th of the
6166          * size of the zone.
6167          */
6168         batch = zone_managed_pages(zone) / 1024;
6169         /* But no more than a meg. */
6170         if (batch * PAGE_SIZE > 1024 * 1024)
6171                 batch = (1024 * 1024) / PAGE_SIZE;
6172         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
6173         if (batch < 1)
6174                 batch = 1;
6175
6176         /*
6177          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
6178          * of 2 value was found to be more likely to have
6179          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
6180          *
6181          * For example if 2 tasks are alternately allocating
6182          * batches of pages, one task can end up with a lot
6183          * of pages of one half of the possible page colors
6184          * and the other with pages of the other colors.
6185          */
6186         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
6187
6188         return batch;
6189
6190 #else
6191         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
6192          * conditions.
6193          *
6194          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
6195          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
6196          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
6197          *
6198          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
6199          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
6200          * can be a significant delay between the individual batches being
6201          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
6202          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
6203          */
6204         return 0;
6205 #endif
6206 }
6207
6208 /*
6209  * pcp->high and pcp->batch values are related and dependent on one another:
6210  * ->batch must never be higher then ->high.
6211  * The following function updates them in a safe manner without read side
6212  * locking.
6213  *
6214  * Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they can cope with
6215  * those fields changing asynchronously (acording to the above rule).
6216  *
6217  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
6218  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
6219  * exist).
6220  */
6221 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
6222                 unsigned long batch)
6223 {
6224        /* start with a fail safe value for batch */
6225         pcp->batch = 1;
6226         smp_wmb();
6227
6228        /* Update high, then batch, in order */
6229         pcp->high = high;
6230         smp_wmb();
6231
6232         pcp->batch = batch;
6233 }
6234
6235 /* a companion to pageset_set_high() */
6236 static void pageset_set_batch(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
6237 {
6238         pageset_update(&p->pcp, 6 * batch, max(1UL, 1 * batch));
6239 }
6240
6241 static void pageset_init(struct per_cpu_pageset *p)
6242 {
6243         struct per_cpu_pages *pcp;
6244         int migratetype;
6245
6246         memset(p, 0, sizeof(*p));
6247
6248         pcp = &p->pcp;
6249         for (migratetype = 0; migratetype < MIGRATE_PCPTYPES; migratetype++)
6250                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[migratetype]);
6251 }
6252
6253 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
6254 {
6255         pageset_init(p);
6256         pageset_set_batch(p, batch);
6257 }
6258
6259 /*
6260  * pageset_set_high() sets the high water mark for hot per_cpu_pagelist
6261  * to the value high for the pageset p.
6262  */
6263 static void pageset_set_high(struct per_cpu_pageset *p,
6264                                 unsigned long high)
6265 {
6266         unsigned long batch = max(1UL, high / 4);
6267         if ((high / 4) > (PAGE_SHIFT * 8))
6268                 batch = PAGE_SHIFT * 8;
6269
6270         pageset_update(&p->pcp, high, batch);
6271 }
6272
6273 static void pageset_set_high_and_batch(struct zone *zone,
6274                                        struct per_cpu_pageset *pcp)
6275 {
6276         if (percpu_pagelist_fraction)
6277                 pageset_set_high(pcp,
6278                         (zone_managed_pages(zone) /
6279                                 percpu_pagelist_fraction));
6280         else
6281                 pageset_set_batch(pcp, zone_batchsize(zone));
6282 }
6283
6284 static void __meminit zone_pageset_init(struct zone *zone, int cpu)
6285 {
6286         struct per_cpu_pageset *pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
6287
6288         pageset_init(pcp);
6289         pageset_set_high_and_batch(zone, pcp);
6290 }
6291
6292 void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
6293 {
6294         int cpu;
6295         zone->pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pageset);
6296         for_each_possible_cpu(cpu)
6297                 zone_pageset_init(zone, cpu);
6298 }
6299
6300 /*
6301  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
6302  * Before this call only boot pagesets were available.
6303  */
6304 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
6305 {
6306         struct pglist_data *pgdat;
6307         struct zone *zone;
6308         int __maybe_unused cpu;
6309
6310         for_each_populated_zone(zone)
6311                 setup_zone_pageset(zone);
6312
6313 #ifdef CONFIG_NUMA
6314         /*
6315          * Unpopulated zones continue using the boot pagesets.
6316          * The numa stats for these pagesets need to be reset.
6317          * Otherwise, they will end up skewing the stats of
6318          * the nodes these zones are associated with.
6319          */
6320         for_each_possible_cpu(cpu) {
6321                 struct per_cpu_pageset *pcp = &per_cpu(boot_pageset, cpu);
6322                 memset(pcp->vm_numa_stat_diff, 0,
6323                        sizeof(pcp->vm_numa_stat_diff));
6324         }
6325 #endif
6326
6327         for_each_online_pgdat(pgdat)
6328                 pgdat->per_cpu_nodestats =
6329                         alloc_percpu(struct per_cpu_nodestat);
6330 }
6331
6332 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
6333 {
6334         /*
6335          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
6336          * relies on the ability of the linker to provide the
6337          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
6338          */
6339         zone->pageset = &boot_pageset;
6340
6341         if (populated_zone(zone))
6342                 printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n",
6343                         zone->name, zone->present_pages,
6344                                          zone_batchsize(zone));
6345 }
6346
6347 void __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
6348                                         unsigned long zone_start_pfn,
6349                                         unsigned long size)
6350 {
6351         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
6352         int zone_idx = zone_idx(zone) + 1;
6353
6354         if (zone_idx > pgdat->nr_zones)
6355                 pgdat->nr_zones = zone_idx;
6356
6357         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
6358
6359         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
6360                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
6361                         pgdat->node_id,
6362                         (unsigned long)zone_idx(zone),
6363                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
6364
6365         zone_init_free_lists(zone);
6366         zone->initialized = 1;
6367 }
6368
6369 /**
6370  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
6371  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
6372  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
6373  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
6374  *
6375  * It returns the start and end page frame of a node based on information
6376  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
6377  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
6378  * PFNs will be 0.
6379  */
6380 void __init get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
6381                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
6382 {
6383         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
6384         int i;
6385
6386         *start_pfn = -1UL;
6387         *end_pfn = 0;
6388
6389         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
6390                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
6391                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
6392         }
6393
6394         if (*start_pfn == -1UL)
6395                 *start_pfn = 0;
6396 }
6397
6398 /*
6399  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
6400  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
6401  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
6402  */
6403 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
6404 {
6405         int zone_index;
6406         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
6407                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
6408                         continue;
6409
6410                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
6411                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
6412                         break;
6413         }
6414
6415         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
6416         movable_zone = zone_index;
6417 }
6418
6419 /*
6420  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
6421  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
6422  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
6423  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
6424  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
6425  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
6426  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
6427  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
6428  */
6429 static void __init adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
6430                                         unsigned long zone_type,
6431                                         unsigned long node_start_pfn,
6432                                         unsigned long node_end_pfn,
6433                                         unsigned long *zone_start_pfn,
6434                                         unsigned long *zone_end_pfn)
6435 {
6436         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
6437         if (zone_movable_pfn[nid]) {
6438                 /* Size ZONE_MOVABLE */
6439                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
6440                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
6441                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
6442                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
6443
6444                 /* Adjust for ZONE_MOVABLE starting within this range */
6445                 } else if (!mirrored_kernelcore &&
6446                         *zone_start_pfn < zone_movable_pfn[nid] &&
6447                         *zone_end_pfn > zone_movable_pfn[nid]) {
6448                         *zone_end_pfn = zone_movable_pfn[nid];
6449
6450                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
6451                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
6452                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
6453         }
6454 }
6455
6456 /*
6457  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
6458  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
6459  */
6460 static unsigned long __init zone_spanned_pages_in_node(int nid,
6461                                         unsigned long zone_type,
6462                                         unsigned long node_start_pfn,
6463                                         unsigned long node_end_pfn,
6464                                         unsigned long *zone_start_pfn,
6465                                         unsigned long *zone_end_pfn)
6466 {
6467         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
6468         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
6469         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
6470         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
6471                 return 0;
6472
6473         /* Get the start and end of the zone */
6474         *zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
6475         *zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
6476         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
6477                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
6478                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6479
6480         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
6481         if (*zone_end_pfn < node_start_pfn || *zone_start_pfn > node_end_pfn)
6482                 return 0;
6483
6484         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
6485         *zone_end_pfn = min(*zone_end_pfn, node_end_pfn);
6486         *zone_start_pfn = max(*zone_start_pfn, node_start_pfn);
6487
6488         /* Return the spanned pages */
6489         return *zone_end_pfn - *zone_start_pfn;
6490 }
6491
6492 /*
6493  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
6494  * then all holes in the requested range will be accounted for.
6495  */
6496 unsigned long __init __absent_pages_in_range(int nid,
6497                                 unsigned long range_start_pfn,
6498                                 unsigned long range_end_pfn)
6499 {
6500         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
6501         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6502         int i;
6503
6504         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
6505                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
6506                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
6507                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
6508         }
6509         return nr_absent;
6510 }
6511
6512 /**
6513  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
6514  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
6515  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
6516  *
6517  * Return: the number of pages frames in memory holes within a range.
6518  */
6519 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
6520                                                         unsigned long end_pfn)
6521 {
6522         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
6523 }
6524
6525 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
6526 static unsigned long __init zone_absent_pages_in_node(int nid,
6527                                         unsigned long zone_type,
6528                                         unsigned long node_start_pfn,
6529                                         unsigned long node_end_pfn)
6530 {
6531         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
6532         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
6533         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
6534         unsigned long nr_absent;
6535
6536         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
6537         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
6538                 return 0;
6539
6540         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
6541         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
6542
6543         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
6544                         node_start_pfn, node_end_pfn,
6545                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
6546         nr_absent = __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6547
6548         /*
6549          * ZONE_MOVABLE handling.
6550          * Treat pages to be ZONE_MOVABLE in ZONE_NORMAL as absent pages
6551          * and vice versa.
6552          */
6553         if (mirrored_kernelcore && zone_movable_pfn[nid]) {
6554                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
6555                 struct memblock_region *r;
6556
6557                 for_each_memblock(memory, r) {
6558                         start_pfn = clamp(memblock_region_memory_base_pfn(r),
6559                                           zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6560                         end_pfn = clamp(memblock_region_memory_end_pfn(r),
6561                                         zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6562
6563                         if (zone_type == ZONE_MOVABLE &&
6564                             memblock_is_mirror(r))
6565                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
6566
6567                         if (zone_type == ZONE_NORMAL &&
6568                             !memblock_is_mirror(r))
6569                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
6570                 }
6571         }
6572
6573         return nr_absent;
6574 }
6575
6576 static void __init calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
6577                                                 unsigned long node_start_pfn,
6578                                                 unsigned long node_end_pfn)
6579 {
6580         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
6581         enum zone_type i;
6582
6583         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6584                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
6585                 unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
6586                 unsigned long spanned, absent;
6587                 unsigned long size, real_size;
6588
6589                 spanned = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
6590                                                      node_start_pfn,
6591                                                      node_end_pfn,
6592                                                      &zone_start_pfn,
6593                                                      &zone_end_pfn);
6594                 absent = zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
6595                                                    node_start_pfn,
6596                                                    node_end_pfn);
6597
6598                 size = spanned;
6599                 real_size = size - absent;
6600
6601                 if (size)
6602                         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
6603                 else
6604                         zone->zone_start_pfn = 0;
6605                 zone->spanned_pages = size;
6606                 zone->present_pages = real_size;
6607
6608                 totalpages += size;
6609                 realtotalpages += real_size;
6610         }
6611
6612         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
6613         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
6614         printk(KERN_DEBUG "On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id,
6615                                                         realtotalpages);
6616 }
6617
6618 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
6619 /*
6620  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
6621  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
6622  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
6623  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
6624  * bytes.
6625  */
6626 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
6627 {
6628         unsigned long usemapsize;
6629
6630         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
6631         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
6632         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
6633         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
6634         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
6635
6636         return usemapsize / 8;
6637 }
6638
6639 static void __ref setup_usemap(struct pglist_data *pgdat,
6640                                 struct zone *zone,
6641                                 unsigned long zone_start_pfn,
6642                                 unsigned long zonesize)
6643 {
6644         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone_start_pfn, zonesize);
6645         zone->pageblock_flags = NULL;
6646         if (usemapsize) {
6647                 zone->pageblock_flags =
6648                         memblock_alloc_node(usemapsize, SMP_CACHE_BYTES,
6649                                             pgdat->node_id);
6650                 if (!zone->pageblock_flags)
6651                         panic("Failed to allocate %ld bytes for zone %s pageblock flags on node %d\n",
6652                               usemapsize, zone->name, pgdat->node_id);
6653         }
6654 }
6655 #else
6656 static inline void setup_usemap(struct pglist_data *pgdat, struct zone *zone,
6657                                 unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize) {}
6658 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
6659
6660 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
6661
6662 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
6663 void __init set_pageblock_order(void)
6664 {
6665         unsigned int order;
6666
6667         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
6668         if (pageblock_order)
6669                 return;
6670
6671         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT)
6672                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
6673         else
6674                 order = MAX_ORDER - 1;
6675
6676         /*
6677          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
6678          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
6679          * powerpc.
6680          */
6681         pageblock_order = order;
6682 }
6683 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
6684
6685 /*
6686  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
6687  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
6688  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
6689  * the kernel config
6690  */
6691 void __init set_pageblock_order(void)
6692 {
6693 }
6694
6695 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
6696
6697 static unsigned long __init calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
6698                                                 unsigned long present_pages)
6699 {
6700         unsigned long pages = spanned_pages;
6701
6702         /*
6703          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
6704          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
6705          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
6706          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
6707          * populated regions may not be naturally aligned on page boundary.
6708          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
6709          */
6710         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
6711             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
6712                 pages = present_pages;
6713
6714         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
6715 }
6716
6717 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
6718 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat)
6719 {
6720         struct deferred_split *ds_queue = &pgdat->deferred_split_queue;
6721
6722         spin_lock_init(&ds_queue->split_queue_lock);
6723         INIT_LIST_HEAD(&ds_queue->split_queue);
6724         ds_queue->split_queue_len = 0;
6725 }
6726 #else
6727 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat) {}
6728 #endif
6729
6730 #ifdef CONFIG_COMPACTION
6731 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat)
6732 {
6733         init_waitqueue_head(&pgdat->kcompactd_wait);
6734 }
6735 #else
6736 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat) {}
6737 #endif
6738
6739 static void __meminit pgdat_init_internals(struct pglist_data *pgdat)
6740 {
6741         pgdat_resize_init(pgdat);
6742
6743         pgdat_init_split_queue(pgdat);
6744         pgdat_init_kcompactd(pgdat);
6745
6746         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
6747         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
6748
6749         pgdat_page_ext_init(pgdat);
6750         spin_lock_init(&pgdat->lru_lock);
6751         lruvec_init(&pgdat->__lruvec);
6752 }
6753
6754 static void __meminit zone_init_internals(struct zone *zone, enum zone_type idx, int nid,
6755                                                         unsigned long remaining_pages)
6756 {
6757         atomic_long_set(&zone->managed_pages, remaining_pages);
6758         zone_set_nid(zone, nid);
6759         zone->name = zone_names[idx];
6760         zone->zone_pgdat = NODE_DATA(nid);
6761         spin_lock_init(&zone->lock);
6762         zone_seqlock_init(zone);
6763         zone_pcp_init(zone);
6764 }
6765
6766 /*
6767  * Set up the zone data structures
6768  * - init pgdat internals
6769  * - init all zones belonging to this node
6770  *
6771  * NOTE: this function is only called during memory hotplug
6772  */
6773 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
6774 void __ref free_area_init_core_hotplug(int nid)
6775 {
6776         enum zone_type z;
6777         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6778
6779         pgdat_init_internals(pgdat);
6780         for (z = 0; z < MAX_NR_ZONES; z++)
6781                 zone_init_internals(&pgdat->node_zones[z], z, nid, 0);
6782 }
6783 #endif
6784
6785 /*
6786  * Set up the zone data structures:
6787  *   - mark all pages reserved
6788  *   - mark all memory queues empty
6789  *   - clear the memory bitmaps
6790  *
6791  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
6792  * NOTE: this function is only called during early init.
6793  */
6794 static void __init free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat)
6795 {
6796         enum zone_type j;
6797         int nid = pgdat->node_id;
6798
6799         pgdat_init_internals(pgdat);
6800         pgdat->per_cpu_nodestats = &boot_nodestats;
6801
6802         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6803                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
6804                 unsigned long size, freesize, memmap_pages;
6805                 unsigned long zone_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
6806
6807                 size = zone->spanned_pages;
6808                 freesize = zone->present_pages;
6809
6810                 /*
6811                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
6812                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
6813                  * and per-cpu initialisations
6814                  */
6815                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, freesize);
6816                 if (!is_highmem_idx(j)) {
6817                         if (freesize >= memmap_pages) {
6818                                 freesize -= memmap_pages;
6819                                 if (memmap_pages)
6820                                         printk(KERN_DEBUG
6821                                                "  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
6822                                                zone_names[j], memmap_pages);
6823                         } else
6824                                 pr_warn("  %s zone: %lu pages exceeds freesize %lu\n",
6825                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
6826                 }
6827
6828                 /* Account for reserved pages */
6829                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
6830                         freesize -= dma_reserve;
6831                         printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages reserved\n",
6832                                         zone_names[0], dma_reserve);
6833                 }
6834
6835                 if (!is_highmem_idx(j))
6836                         nr_kernel_pages += freesize;
6837                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
6838                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
6839                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
6840                 nr_all_pages += freesize;
6841
6842                 /*
6843                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
6844                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
6845                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
6846                  */
6847                 zone_init_internals(zone, j, nid, freesize);
6848
6849                 if (!size)
6850                         continue;
6851
6852                 set_pageblock_order();
6853                 setup_usemap(pgdat, zone, zone_start_pfn, size);
6854                 init_currently_empty_zone(zone, zone_start_pfn, size);
6855                 memmap_init(size, nid, j, zone_start_pfn);
6856         }
6857 }
6858
6859 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
6860 static void __ref alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
6861 {
6862         unsigned long __maybe_unused start = 0;
6863         unsigned long __maybe_unused offset = 0;
6864
6865         /* Skip empty nodes */
6866         if (!pgdat->node_spanned_pages)
6867                 return;
6868
6869         start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
6870         offset = pgdat->node_start_pfn - start;
6871         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
6872         if (!pgdat->node_mem_map) {
6873                 unsigned long size, end;
6874                 struct page *map;
6875
6876                 /*
6877                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
6878                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
6879                  * for the buddy allocator to function correctly.
6880                  */
6881                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
6882                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
6883                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
6884                 map = memblock_alloc_node(size, SMP_CACHE_BYTES,
6885                                           pgdat->node_id);
6886                 if (!map)
6887                         panic("Failed to allocate %ld bytes for node %d memory map\n",
6888                               size, pgdat->node_id);
6889                 pgdat->node_mem_map = map + offset;
6890         }
6891         pr_debug("%s: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
6892                                 __func__, pgdat->node_id, (unsigned long)pgdat,
6893                                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
6894 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
6895         /*
6896          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
6897          */
6898         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
6899                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
6900                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
6901                         mem_map -= offset;
6902         }
6903 #endif
6904 }
6905 #else
6906 static void __ref alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat) { }
6907 #endif /* CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
6908
6909 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
6910 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat)
6911 {
6912         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
6913 }
6914 #else
6915 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat) {}
6916 #endif
6917
6918 static void __init free_area_init_node(int nid)
6919 {
6920         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6921         unsigned long start_pfn = 0;
6922         unsigned long end_pfn = 0;
6923
6924         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
6925         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->kswapd_highest_zoneidx);
6926
6927         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
6928
6929         pgdat->node_id = nid;
6930         pgdat->node_start_pfn = start_pfn;
6931         pgdat->per_cpu_nodestats = NULL;
6932
6933         pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
6934                 (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
6935                 end_pfn ? ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1 : 0);
6936         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn);
6937
6938         alloc_node_mem_map(pgdat);
6939         pgdat_set_deferred_range(pgdat);
6940
6941         free_area_init_core(pgdat);
6942 }
6943
6944 void __init free_area_init_memoryless_node(int nid)
6945 {
6946         free_area_init_node(nid);
6947 }
6948
6949 #if !defined(CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP)
6950 /*
6951  * Initialize all valid struct pages in the range [spfn, epfn) and mark them
6952  * PageReserved(). Return the number of struct pages that were initialized.
6953  */
6954 static u64 __init init_unavailable_range(unsigned long spfn, unsigned long epfn)
6955 {
6956         unsigned long pfn;
6957         u64 pgcnt = 0;
6958
6959         for (pfn = spfn; pfn < epfn; pfn++) {
6960                 if (!pfn_valid(ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages))) {
6961                         pfn = ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages)
6962                                 + pageblock_nr_pages - 1;
6963                         continue;
6964                 }
6965                 /*
6966                  * Use a fake node/zone (0) for now. Some of these pages
6967                  * (in memblock.reserved but not in memblock.memory) will
6968                  * get re-initialized via reserve_bootmem_region() later.
6969                  */
6970                 __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, 0, 0);
6971                 __SetPageReserved(pfn_to_page(pfn));
6972                 pgcnt++;
6973         }
6974
6975         return pgcnt;
6976 }
6977
6978 /*
6979  * Only struct pages that are backed by physical memory are zeroed and
6980  * initialized by going through __init_single_page(). But, there are some
6981  * struct pages which are reserved in memblock allocator and their fields
6982  * may be accessed (for example page_to_pfn() on some configuration accesses
6983  * flags). We must explicitly initialize those struct pages.
6984  *
6985  * This function also addresses a similar issue where struct pages are left
6986  * uninitialized because the physical address range is not covered by
6987  * memblock.memory or memblock.reserved. That could happen when memblock
6988  * layout is manually configured via memmap=, or when the highest physical
6989  * address (max_pfn) does not end on a section boundary.
6990  */
6991 static void __init init_unavailable_mem(void)
6992 {
6993         phys_addr_t start, end;
6994         u64 i, pgcnt;
6995         phys_addr_t next = 0;
6996
6997         /*
6998          * Loop through unavailable ranges not covered by memblock.memory.
6999          */
7000         pgcnt = 0;
7001         for_each_mem_range(i, &memblock.memory, NULL,
7002                         NUMA_NO_NODE, MEMBLOCK_NONE, &start, &end, NULL) {
7003                 if (next < start)
7004                         pgcnt += init_unavailable_range(PFN_DOWN(next),
7005                                                         PFN_UP(start));
7006                 next = end;
7007         }
7008
7009         /*
7010          * Early sections always have a fully populated memmap for the whole
7011          * section - see pfn_valid(). If the last section has holes at the
7012          * end and that section is marked "online", the memmap will be
7013          * considered initialized. Make sure that memmap has a well defined
7014          * state.
7015          */
7016         pgcnt += init_unavailable_range(PFN_DOWN(next),
7017                                         round_up(max_pfn, PAGES_PER_SECTION));
7018
7019         /*
7020          * Struct pages that do not have backing memory. This could be because
7021          * firmware is using some of this memory, or for some other reasons.
7022          */
7023         if (pgcnt)
7024                 pr_info("Zeroed struct page in unavailable ranges: %lld pages", pgcnt);
7025 }
7026 #else
7027 static inline void __init init_unavailable_mem(void)
7028 {
7029 }
7030 #endif /* !CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
7031
7032 #if MAX_NUMNODES > 1
7033 /*
7034  * Figure out the number of possible node ids.
7035  */
7036 void __init setup_nr_node_ids(void)
7037 {
7038         unsigned int highest;
7039
7040         highest = find_last_bit(node_possible_map.bits, MAX_NUMNODES);
7041         nr_node_ids = highest + 1;
7042 }
7043 #endif
7044
7045 /**
7046  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
7047  *
7048  * This function should be called after node map is populated and sorted.
7049  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
7050  * all the nodes.
7051  *
7052  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
7053  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
7054  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
7055  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
7056  *
7057  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
7058  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
7059  * populated node map.
7060  *
7061  * Return: the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
7062  * requirement (single node).
7063  */
7064 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
7065 {
7066         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
7067         unsigned long start, end, mask;
7068         int last_nid = NUMA_NO_NODE;
7069         int i, nid;
7070
7071         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
7072                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
7073                         last_nid = nid;
7074                         last_end = end;
7075                         continue;
7076                 }
7077
7078                 /*
7079                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
7080                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
7081                  * too coarse to separate the current node from the last.
7082                  */
7083                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
7084                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
7085                         mask <<= 1;
7086
7087                 /* accumulate all internode masks */
7088                 accl_mask |= mask;
7089         }
7090
7091         /* convert mask to number of pages */
7092         return ~accl_mask + 1;
7093 }
7094
7095 /**
7096  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
7097  *
7098  * Return: the minimum PFN based on information provided via
7099  * memblock_set_node().
7100  */
7101 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
7102 {
7103         return PHYS_PFN(memblock_start_of_DRAM());
7104 }
7105
7106 /*
7107  * early_calculate_totalpages()
7108  * Sum pages in active regions for movable zone.
7109  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
7110  */
7111 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
7112 {
7113         unsigned long totalpages = 0;
7114         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7115         int i, nid;
7116
7117         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
7118                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
7119
7120                 totalpages += pages;
7121                 if (pages)
7122                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
7123         }
7124         return totalpages;
7125 }
7126
7127 /*
7128  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
7129  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
7130  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
7131  * others
7132  */
7133 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
7134 {
7135         int i, nid;
7136         unsigned long usable_startpfn;
7137         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
7138         /* save the state before borrow the nodemask */
7139         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
7140         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
7141         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
7142         struct memblock_region *r;
7143
7144         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
7145         find_usable_zone_for_movable();
7146
7147         /*
7148          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
7149          * options.
7150          */
7151         if (movable_node_is_enabled()) {
7152                 for_each_memblock(memory, r) {
7153                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
7154                                 continue;
7155
7156                         nid = memblock_get_region_node(r);
7157
7158                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
7159                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
7160                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
7161                                 usable_startpfn;
7162                 }
7163
7164                 goto out2;
7165         }
7166
7167         /*
7168          * If kernelcore=mirror is specified, ignore movablecore option
7169          */
7170         if (mirrored_kernelcore) {
7171                 bool mem_below_4gb_not_mirrored = false;
7172
7173                 for_each_memblock(memory, r) {
7174                         if (memblock_is_mirror(r))
7175                                 continue;
7176
7177                         nid = memblock_get_region_node(r);
7178
7179                         usable_startpfn = memblock_region_memory_base_pfn(r);
7180
7181                         if (usable_startpfn < 0x100000) {
7182                                 mem_below_4gb_not_mirrored = true;
7183                                 continue;
7184                         }
7185
7186                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
7187                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
7188                                 usable_startpfn;
7189                 }
7190
7191                 if (mem_below_4gb_not_mirrored)
7192                         pr_warn("This configuration results in unmirrored kernel memory.\n");
7193
7194                 goto out2;
7195         }
7196
7197         /*
7198          * If kernelcore=nn% or movablecore=nn% was specified, calculate the
7199          * amount of necessary memory.
7200          */
7201         if (required_kernelcore_percent)
7202                 required_kernelcore = (totalpages * 100 * required_kernelcore_percent) /
7203                                        10000UL;
7204         if (required_movablecore_percent)
7205                 required_movablecore = (totalpages * 100 * required_movablecore_percent) /
7206                                         10000UL;
7207
7208         /*
7209          * If movablecore= was specified, calculate what size of
7210          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
7211          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
7212          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
7213          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
7214          * what movablecore would have allowed.
7215          */
7216         if (required_movablecore) {
7217                 unsigned long corepages;
7218
7219                 /*
7220                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
7221                  * was requested by the user
7222                  */
7223                 required_movablecore =
7224                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
7225                 required_movablecore = min(totalpages, required_movablecore);
7226                 corepages = totalpages - required_movablecore;
7227
7228                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
7229         }
7230
7231         /*
7232          * If kernelcore was not specified or kernelcore size is larger
7233          * than totalpages, there is no ZONE_MOVABLE.
7234          */
7235         if (!required_kernelcore || required_kernelcore >= totalpages)
7236                 goto out;
7237
7238         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
7239         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
7240
7241 restart:
7242         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
7243         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
7244         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
7245                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
7246
7247                 /*
7248                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
7249                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
7250                  * amount of memory for the kernel
7251                  */
7252                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
7253                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
7254
7255                 /*
7256                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
7257                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
7258                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
7259                  */
7260                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
7261
7262                 /* Go through each range of PFNs within this node */
7263                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
7264                         unsigned long size_pages;
7265
7266                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
7267                         if (start_pfn >= end_pfn)
7268                                 continue;
7269
7270                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
7271                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
7272                                 unsigned long kernel_pages;
7273                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
7274                                                                 - start_pfn;
7275
7276                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
7277                                                         kernelcore_remaining);
7278                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
7279                                                         required_kernelcore);
7280
7281                                 /* Continue if range is now fully accounted */
7282                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
7283
7284                                         /*
7285                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
7286                                          * that if we have to rebalance
7287                                          * kernelcore across nodes, we will
7288                                          * not double account here
7289                                          */
7290                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
7291                                         continue;
7292                                 }
7293                                 start_pfn = usable_startpfn;
7294                         }
7295
7296                         /*
7297                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
7298                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
7299                          * number of pages used as kernelcore
7300                          */
7301                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
7302                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
7303                                 size_pages = kernelcore_remaining;
7304                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
7305
7306                         /*
7307                          * Some kernelcore has been met, update counts and
7308                          * break if the kernelcore for this node has been
7309                          * satisfied
7310                          */
7311                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
7312                                                                 size_pages);
7313                         kernelcore_remaining -= size_pages;
7314                         if (!kernelcore_remaining)
7315                                 break;
7316                 }
7317         }
7318
7319         /*
7320          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
7321          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
7322          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
7323          * satisfied
7324          */
7325         usable_nodes--;
7326         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
7327                 goto restart;
7328
7329 out2:
7330         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
7331         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++)
7332                 zone_movable_pfn[nid] =
7333                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
7334
7335 out:
7336         /* restore the node_state */
7337         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
7338 }
7339
7340 /* Any regular or high memory on that node ? */
7341 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
7342 {
7343         enum zone_type zone_type;
7344
7345         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
7346                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
7347                 if (populated_zone(zone)) {
7348                         if (IS_ENABLED(CONFIG_HIGHMEM))
7349                                 node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
7350                         if (zone_type <= ZONE_NORMAL)
7351                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
7352                         break;
7353                 }
7354         }
7355 }
7356
7357 /*
7358  * Some architecturs, e.g. ARC may have ZONE_HIGHMEM below ZONE_NORMAL. For
7359  * such cases we allow max_zone_pfn sorted in the descending order
7360  */
7361 bool __weak arch_has_descending_max_zone_pfns(void)
7362 {
7363         return false;
7364 }
7365
7366 /**
7367  * free_area_init - Initialise all pg_data_t and zone data
7368  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
7369  *
7370  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
7371  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
7372  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
7373  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
7374  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
7375  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
7376  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
7377  * at arch_max_dma_pfn.
7378  */
7379 void __init free_area_init(unsigned long *max_zone_pfn)
7380 {
7381         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7382         int i, nid, zone;
7383         bool descending;
7384
7385         /* Record where the zone boundaries are */
7386         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
7387                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
7388         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
7389                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
7390
7391         start_pfn = find_min_pfn_with_active_regions();
7392         descending = arch_has_descending_max_zone_pfns();
7393
7394         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7395                 if (descending)
7396                         zone = MAX_NR_ZONES - i - 1;
7397                 else
7398                         zone = i;
7399
7400                 if (zone == ZONE_MOVABLE)
7401                         continue;
7402
7403                 end_pfn = max(max_zone_pfn[zone], start_pfn);
7404                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone] = start_pfn;
7405                 arch_zone_highest_possible_pfn[zone] = end_pfn;
7406
7407                 start_pfn = end_pfn;
7408         }
7409
7410         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
7411         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
7412         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
7413
7414         /* Print out the zone ranges */
7415         pr_info("Zone ranges:\n");
7416         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7417                 if (i == ZONE_MOVABLE)
7418                         continue;
7419                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
7420                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
7421                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
7422                         pr_cont("empty\n");
7423                 else
7424                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
7425                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
7426                                         << PAGE_SHIFT,
7427                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
7428                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
7429         }
7430
7431         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
7432         pr_info("Movable zone start for each node\n");
7433         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
7434                 if (zone_movable_pfn[i])
7435                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
7436                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
7437         }
7438
7439         /*
7440          * Print out the early node map, and initialize the
7441          * subsection-map relative to active online memory ranges to
7442          * enable future "sub-section" extensions of the memory map.
7443          */
7444         pr_info("Early memory node ranges\n");
7445         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
7446                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
7447                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
7448                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
7449                 subsection_map_init(start_pfn, end_pfn - start_pfn);
7450         }
7451
7452         /* Initialise every node */
7453         mminit_verify_pageflags_layout();
7454         setup_nr_node_ids();
7455         init_unavailable_mem();
7456         for_each_online_node(nid) {
7457                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
7458                 free_area_init_node(nid);
7459
7460                 /* Any memory on that node */
7461                 if (pgdat->node_present_pages)
7462                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
7463                 check_for_memory(pgdat, nid);
7464         }
7465 }
7466
7467 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core,
7468                                      unsigned long *percent)
7469 {
7470         unsigned long long coremem;
7471         char *endptr;
7472
7473         if (!p)
7474                 return -EINVAL;
7475
7476         /* Value may be a percentage of total memory, otherwise bytes */
7477         coremem = simple_strtoull(p, &endptr, 0);
7478         if (*endptr == '%') {
7479                 /* Paranoid check for percent values greater than 100 */
7480                 WARN_ON(coremem > 100);
7481
7482                 *percent = coremem;
7483         } else {
7484                 coremem = memparse(p, &p);
7485                 /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
7486                 WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
7487
7488                 *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
7489                 *percent = 0UL;
7490         }
7491         return 0;
7492 }
7493
7494 /*
7495  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
7496  * cannot be reclaimed or migrated.
7497  */
7498 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
7499 {
7500         /* parse kernelcore=mirror */
7501         if (parse_option_str(p, "mirror")) {
7502                 mirrored_kernelcore = true;
7503                 return 0;
7504         }
7505
7506         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore,
7507                                   &required_kernelcore_percent);
7508 }
7509
7510 /*
7511  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
7512  * can be reclaimed or migrated.
7513  */
7514 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
7515 {
7516         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore,
7517                                   &required_movablecore_percent);
7518 }
7519
7520 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
7521 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
7522
7523 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
7524 {
7525         atomic_long_add(count, &page_zone(page)->managed_pages);
7526         totalram_pages_add(count);
7527 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
7528         if (PageHighMem(page))
7529                 totalhigh_pages_add(count);
7530 #endif
7531 }
7532 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
7533
7534 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, const char *s)
7535 {
7536         void *pos;
7537         unsigned long pages = 0;
7538
7539         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
7540         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
7541         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
7542                 struct page *page = virt_to_page(pos);
7543                 void *direct_map_addr;
7544
7545                 /*
7546                  * 'direct_map_addr' might be different from 'pos'
7547                  * because some architectures' virt_to_page()
7548                  * work with aliases.  Getting the direct map
7549                  * address ensures that we get a _writeable_
7550                  * alias for the memset().
7551                  */
7552                 direct_map_addr = page_address(page);
7553                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
7554                         memset(direct_map_addr, poison, PAGE_SIZE);
7555
7556                 free_reserved_page(page);
7557         }
7558
7559         if (pages && s)
7560                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK\n",
7561                         s, pages << (PAGE_SHIFT - 10));
7562
7563         return pages;
7564 }
7565
7566 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7567 void free_highmem_page(struct page *page)
7568 {
7569         __free_reserved_page(page);
7570         totalram_pages_inc();
7571         atomic_long_inc(&page_zone(page)->managed_pages);
7572         totalhigh_pages_inc();
7573 }
7574 #endif
7575
7576
7577 void __init mem_init_print_info(const char *str)
7578 {
7579         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
7580         unsigned long init_code_size, init_data_size;
7581
7582         physpages = get_num_physpages();
7583         codesize = _etext - _stext;
7584         datasize = _edata - _sdata;
7585         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
7586         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
7587         init_data_size = __init_end - __init_begin;
7588         init_code_size = _einittext - _sinittext;
7589
7590         /*
7591          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
7592          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
7593          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
7594          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
7595          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
7596          */
7597 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
7598         do { \
7599                 if (start <= pos && pos < end && size > adj) \
7600                         size -= adj; \
7601         } while (0)
7602
7603         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
7604                      _sinittext, init_code_size);
7605         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
7606         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
7607         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
7608         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
7609
7610 #undef  adj_init_size
7611
7612         pr_info("Memory: %luK/%luK available (%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, %luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
7613 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7614                 ", %luK highmem"
7615 #endif
7616                 "%s%s)\n",
7617                 nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
7618                 physpages << (PAGE_SHIFT - 10),
7619                 codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
7620                 (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
7621                 (physpages - totalram_pages() - totalcma_pages) << (PAGE_SHIFT - 10),
7622                 totalcma_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
7623 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7624                 totalhigh_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
7625 #endif
7626                 str ? ", " : "", str ? str : "");
7627 }
7628
7629 /**
7630  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
7631  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
7632  *
7633  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by managed_pages.
7634  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
7635  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
7636  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
7637  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
7638  * smaller per-cpu batchsize.
7639  */
7640 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
7641 {
7642         dma_reserve = new_dma_reserve;
7643 }
7644
7645 static int page_alloc_cpu_dead(unsigned int cpu)
7646 {
7647
7648         lru_add_drain_cpu(cpu);
7649         drain_pages(cpu);
7650
7651         /*
7652          * Spill the event counters of the dead processor
7653          * into the current processors event counters.
7654          * This artificially elevates the count of the current
7655          * processor.
7656          */
7657         vm_events_fold_cpu(cpu);
7658
7659         /*
7660          * Zero the differential counters of the dead processor
7661          * so that the vm statistics are consistent.
7662          *
7663          * This is only okay since the processor is dead and cannot
7664          * race with what we are doing.
7665          */
7666         cpu_vm_stats_fold(cpu);
7667         return 0;
7668 }
7669
7670 #ifdef CONFIG_NUMA
7671 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
7672
7673 static int __init set_hashdist(char *str)
7674 {
7675         if (!str)
7676                 return 0;
7677         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
7678         return 1;
7679 }
7680 __setup("hashdist=", set_hashdist);
7681 #endif
7682
7683 void __init page_alloc_init(void)
7684 {
7685         int ret;
7686
7687 #ifdef CONFIG_NUMA
7688         if (num_node_state(N_MEMORY) == 1)
7689                 hashdist = 0;
7690 #endif
7691
7692         ret = cpuhp_setup_state_nocalls(CPUHP_PAGE_ALLOC_DEAD,
7693                                         "mm/page_alloc:dead", NULL,
7694                                         page_alloc_cpu_dead);
7695         WARN_ON(ret < 0);
7696 }
7697
7698 /*
7699  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
7700  *      or min_free_kbytes changes.
7701  */
7702 static void calculate_totalreserve_pages(void)
7703 {
7704         struct pglist_data *pgdat;
7705         unsigned long reserve_pages = 0;
7706         enum zone_type i, j;
7707
7708         for_each_online_pgdat(pgdat) {
7709
7710                 pgdat->totalreserve_pages = 0;
7711
7712                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7713                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
7714                         long max = 0;
7715                         unsigned long managed_pages = zone_managed_pages(zone);
7716
7717                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
7718                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
7719                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
7720                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
7721                         }
7722
7723                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
7724                         max += high_wmark_pages(zone);
7725
7726                         if (max > managed_pages)
7727                                 max = managed_pages;
7728
7729                         pgdat->totalreserve_pages += max;
7730
7731                         reserve_pages += max;
7732                 }
7733         }
7734         totalreserve_pages = reserve_pages;
7735 }
7736
7737 /*
7738  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
7739  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
7740  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
7741  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
7742  */
7743 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
7744 {
7745         struct pglist_data *pgdat;
7746         enum zone_type j, idx;
7747
7748         for_each_online_pgdat(pgdat) {
7749                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
7750                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
7751                         unsigned long managed_pages = zone_managed_pages(zone);
7752
7753                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
7754
7755                         idx = j;
7756                         while (idx) {
7757                                 struct zone *lower_zone;
7758
7759                                 idx--;
7760                                 lower_zone = pgdat->node_zones + idx;
7761
7762                                 if (!sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] ||
7763                                     !zone_managed_pages(lower_zone)) {
7764                                         lower_zone->lowmem_reserve[j] = 0;
7765                                         continue;
7766                                 } else {
7767                                         lower_zone->lowmem_reserve[j] =
7768                                                 managed_pages / sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx];
7769                                 }
7770                                 managed_pages += zone_managed_pages(lower_zone);
7771                         }
7772                 }
7773         }
7774
7775         /* update totalreserve_pages */
7776         calculate_totalreserve_pages();
7777 }
7778
7779 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
7780 {
7781         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
7782         unsigned long lowmem_pages = 0;
7783         struct zone *zone;
7784         unsigned long flags;
7785
7786         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
7787         for_each_zone(zone) {
7788                 if (!is_highmem(zone))
7789                         lowmem_pages += zone_managed_pages(zone);
7790         }
7791
7792         for_each_zone(zone) {
7793                 u64 tmp;
7794
7795                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7796                 tmp = (u64)pages_min * zone_managed_pages(zone);
7797                 do_div(tmp, lowmem_pages);
7798                 if (is_highmem(zone)) {
7799                         /*
7800                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
7801                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
7802                          * value here.
7803                          *
7804                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
7805                          * deltas control async page reclaim, and so should
7806                          * not be capped for highmem.
7807                          */
7808                         unsigned long min_pages;
7809
7810                         min_pages = zone_managed_pages(zone) / 1024;
7811                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
7812                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
7813                 } else {
7814                         /*
7815                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
7816                          * proportionate to the zone's size.
7817                          */
7818                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = tmp;
7819                 }
7820
7821                 /*
7822                  * Set the kswapd watermarks distance according to the
7823                  * scale factor in proportion to available memory, but
7824                  * ensure a minimum size on small systems.
7825                  */
7826                 tmp = max_t(u64, tmp >> 2,
7827                             mult_frac(zone_managed_pages(zone),
7828                                       watermark_scale_factor, 10000));
7829
7830                 zone->watermark_boost = 0;
7831                 zone->_watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + tmp;
7832                 zone->_watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) + tmp * 2;
7833
7834                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7835         }
7836
7837         /* update totalreserve_pages */
7838         calculate_totalreserve_pages();
7839 }
7840
7841 /**
7842  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
7843  * or when memory is hot-{added|removed}
7844  *
7845  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
7846  * correctly with respect to min_free_kbytes.
7847  */
7848 void setup_per_zone_wmarks(void)
7849 {
7850         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
7851
7852         spin_lock(&lock);
7853         __setup_per_zone_wmarks();
7854         spin_unlock(&lock);
7855 }
7856
7857 /*
7858  * Initialise min_free_kbytes.
7859  *
7860  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
7861  * we want it large (256MB max).  But it is not linear, because network
7862  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
7863  *
7864  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
7865  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
7866  *
7867  * which yields
7868  *
7869  * 16MB:        512k
7870  * 32MB:        724k
7871  * 64MB:        1024k
7872  * 128MB:       1448k
7873  * 256MB:       2048k
7874  * 512MB:       2896k
7875  * 1024MB:      4096k
7876  * 2048MB:      5792k
7877  * 4096MB:      8192k
7878  * 8192MB:      11584k
7879  * 16384MB:     16384k
7880  */
7881 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
7882 {
7883         unsigned long lowmem_kbytes;
7884         int new_min_free_kbytes;
7885
7886         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
7887         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
7888
7889         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes) {
7890                 min_free_kbytes = new_min_free_kbytes;
7891                 if (min_free_kbytes < 128)
7892                         min_free_kbytes = 128;
7893                 if (min_free_kbytes > 262144)
7894                         min_free_kbytes = 262144;
7895         } else {
7896                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
7897                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
7898         }
7899         setup_per_zone_wmarks();
7900         refresh_zone_stat_thresholds();
7901         setup_per_zone_lowmem_reserve();
7902
7903 #ifdef CONFIG_NUMA
7904         setup_min_unmapped_ratio();
7905         setup_min_slab_ratio();
7906 #endif
7907
7908         khugepaged_min_free_kbytes_update();
7909
7910         return 0;
7911 }
7912 postcore_initcall(init_per_zone_wmark_min)
7913
7914 /*
7915  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
7916  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
7917  *      changes.
7918  */
7919 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7920                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7921 {
7922         int rc;
7923
7924         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7925         if (rc)
7926                 return rc;
7927
7928         if (write) {
7929                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
7930                 setup_per_zone_wmarks();
7931         }
7932         return 0;
7933 }
7934
7935 int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7936                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7937 {
7938         int rc;
7939
7940         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7941         if (rc)
7942                 return rc;
7943
7944         if (write)
7945                 setup_per_zone_wmarks();
7946
7947         return 0;
7948 }
7949
7950 #ifdef CONFIG_NUMA
7951 static void setup_min_unmapped_ratio(void)
7952 {
7953         pg_data_t *pgdat;
7954         struct zone *zone;
7955
7956         for_each_online_pgdat(pgdat)
7957                 pgdat->min_unmapped_pages = 0;
7958
7959         for_each_zone(zone)
7960                 zone->zone_pgdat->min_unmapped_pages += (zone_managed_pages(zone) *
7961                                                          sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
7962 }
7963
7964
7965 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7966                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7967 {
7968         int rc;
7969
7970         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7971         if (rc)
7972                 return rc;
7973
7974         setup_min_unmapped_ratio();
7975
7976         return 0;
7977 }
7978
7979 static void setup_min_slab_ratio(void)
7980 {
7981         pg_data_t *pgdat;
7982         struct zone *zone;
7983
7984         for_each_online_pgdat(pgdat)
7985                 pgdat->min_slab_pages = 0;
7986
7987         for_each_zone(zone)
7988                 zone->zone_pgdat->min_slab_pages += (zone_managed_pages(zone) *
7989                                                      sysctl_min_slab_ratio) / 100;
7990 }
7991
7992 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7993                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7994 {
7995         int rc;
7996
7997         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7998         if (rc)
7999                 return rc;
8000
8001         setup_min_slab_ratio();
8002
8003         return 0;
8004 }
8005 #endif
8006
8007 /*
8008  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
8009  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
8010  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
8011  *
8012  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
8013  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
8014  * if in function of the boot time zone sizes.
8015  */
8016 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8017                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8018 {
8019         int i;
8020
8021         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8022
8023         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
8024                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[i] < 1)
8025                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[i] = 0;
8026         }
8027
8028         setup_per_zone_lowmem_reserve();
8029         return 0;
8030 }
8031
8032 static void __zone_pcp_update(struct zone *zone)
8033 {
8034         unsigned int cpu;
8035
8036         for_each_possible_cpu(cpu)
8037                 pageset_set_high_and_batch(zone,
8038                                 per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
8039 }
8040
8041 /*
8042  * percpu_pagelist_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
8043  * cpu.  It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
8044  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
8045  */
8046 int percpu_pagelist_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8047                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8048 {
8049         struct zone *zone;
8050         int old_percpu_pagelist_fraction;
8051         int ret;
8052
8053         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
8054         old_percpu_pagelist_fraction = percpu_pagelist_fraction;
8055
8056         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8057         if (!write || ret < 0)
8058                 goto out;
8059
8060         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
8061         if (percpu_pagelist_fraction &&
8062             percpu_pagelist_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION) {
8063                 percpu_pagelist_fraction = old_percpu_pagelist_fraction;
8064                 ret = -EINVAL;
8065                 goto out;
8066         }
8067
8068         /* No change? */
8069         if (percpu_pagelist_fraction == old_percpu_pagelist_fraction)
8070                 goto out;
8071
8072         for_each_populated_zone(zone)
8073                 __zone_pcp_update(zone);
8074 out:
8075         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
8076         return ret;
8077 }
8078
8079 #ifndef __HAVE_ARCH_RESERVED_KERNEL_PAGES
8080 /*
8081  * Returns the number of pages that arch has reserved but
8082  * is not known to alloc_large_system_hash().
8083  */
8084 static unsigned long __init arch_reserved_kernel_pages(void)
8085 {
8086         return 0;
8087 }
8088 #endif
8089
8090 /*
8091  * Adaptive scale is meant to reduce sizes of hash tables on large memory
8092  * machines. As memory size is increased the scale is also increased but at
8093  * slower pace.  Starting from ADAPT_SCALE_BASE (64G), every time memory
8094  * quadruples the scale is increased by one, which means the size of hash table
8095  * only doubles, instead of quadrupling as well.
8096  * Because 32-bit systems cannot have large physical memory, where this scaling
8097  * makes sense, it is disabled on such platforms.
8098  */
8099 #if __BITS_PER_LONG > 32
8100 #define ADAPT_SCALE_BASE        (64ul << 30)
8101 #define ADAPT_SCALE_SHIFT       2
8102 #define ADAPT_SCALE_NPAGES      (ADAPT_SCALE_BASE >> PAGE_SHIFT)
8103 #endif
8104
8105 /*
8106  * allocate a large system hash table from bootmem
8107  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
8108  *   quantity of entries
8109  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
8110  */
8111 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
8112                                      unsigned long bucketsize,
8113                                      unsigned long numentries,
8114                                      int scale,
8115                                      int flags,
8116                                      unsigned int *_hash_shift,
8117                                      unsigned int *_hash_mask,
8118                                      unsigned long low_limit,
8119                                      unsigned long high_limit)
8120 {
8121         unsigned long long max = high_limit;
8122         unsigned long log2qty, size;
8123         void *table = NULL;
8124         gfp_t gfp_flags;
8125         bool virt;
8126
8127         /* allow the kernel cmdline to have a say */
8128         if (!numentries) {
8129                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
8130                 numentries = nr_kernel_pages;
8131                 numentries -= arch_reserved_kernel_pages();
8132
8133                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
8134                 if (PAGE_SHIFT < 20)
8135                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
8136
8137 #if __BITS_PER_LONG > 32
8138                 if (!high_limit) {
8139                         unsigned long adapt;
8140
8141                         for (adapt = ADAPT_SCALE_NPAGES; adapt < numentries;
8142                              adapt <<= ADAPT_SCALE_SHIFT)
8143                                 scale++;
8144                 }
8145 #endif
8146
8147                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
8148                 if (scale > PAGE_SHIFT)
8149                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
8150                 else
8151                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
8152
8153                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
8154                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
8155                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
8156                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
8157                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
8158                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
8159                                 BUG_ON(!numentries);
8160                         }
8161                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
8162                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
8163         }
8164         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
8165
8166         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
8167         if (max == 0) {
8168                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
8169                 do_div(max, bucketsize);
8170         }
8171         max = min(max, 0x80000000ULL);
8172
8173         if (numentries < low_limit)
8174                 numentries = low_limit;
8175         if (numentries > max)
8176                 numentries = max;
8177
8178         log2qty = ilog2(numentries);
8179
8180         gfp_flags = (flags & HASH_ZERO) ? GFP_ATOMIC | __GFP_ZERO : GFP_ATOMIC;
8181         do {
8182                 virt = false;
8183                 size = bucketsize << log2qty;
8184                 if (flags & HASH_EARLY) {
8185                         if (flags & HASH_ZERO)
8186                                 table = memblock_alloc(size, SMP_CACHE_BYTES);
8187                         else
8188                                 table = memblock_alloc_raw(size,
8189                                                            SMP_CACHE_BYTES);
8190                 } else if (get_order(size) >= MAX_ORDER || hashdist) {
8191                         table = __vmalloc(size, gfp_flags);
8192                         virt = true;
8193                 } else {
8194                         /*
8195                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
8196                          * some pages at the end of hash table which
8197                          * alloc_pages_exact() automatically does
8198                          */
8199                         table = alloc_pages_exact(size, gfp_flags);
8200                         kmemleak_alloc(table, size, 1, gfp_flags);
8201                 }
8202         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
8203
8204         if (!table)
8205                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
8206
8207         pr_info("%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes, %s)\n",
8208                 tablename, 1UL << log2qty, ilog2(size) - PAGE_SHIFT, size,
8209                 virt ? "vmalloc" : "linear");
8210
8211         if (_hash_shift)
8212                 *_hash_shift = log2qty;
8213         if (_hash_mask)
8214                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
8215
8216         return table;
8217 }
8218
8219 /*
8220  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
8221  *
8222  * PageLRU check without isolation or lru_lock could race so that
8223  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. And __PageMovable
8224  * check without lock_page also may miss some movable non-lru pages at
8225  * race condition. So you can't expect this function should be exact.
8226  *
8227  * Returns a page without holding a reference. If the caller wants to
8228  * dereference that page (e.g., dumping), it has to make sure that it
8229  * cannot get removed (e.g., via memory unplug) concurrently.
8230  *
8231  */
8232 struct page *has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page,
8233                                  int migratetype, int flags)
8234 {
8235         unsigned long iter = 0;
8236         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8237
8238         /*
8239          * TODO we could make this much more efficient by not checking every
8240          * page in the range if we know all of them are in MOVABLE_ZONE and
8241          * that the movable zone guarantees that pages are migratable but
8242          * the later is not the case right now unfortunatelly. E.g. movablecore
8243          * can still lead to having bootmem allocations in zone_movable.
8244          */
8245
8246         if (is_migrate_cma_page(page)) {
8247                 /*
8248                  * CMA allocations (alloc_contig_range) really need to mark
8249                  * isolate CMA pageblocks even when they are not movable in fact
8250                  * so consider them movable here.
8251                  */
8252                 if (is_migrate_cma(migratetype))
8253                         return NULL;
8254
8255                 return page;
8256         }
8257
8258         for (; iter < pageblock_nr_pages; iter++) {
8259                 if (!pfn_valid_within(pfn + iter))
8260                         continue;
8261
8262                 page = pfn_to_page(pfn + iter);
8263
8264                 if (PageReserved(page))
8265                         return page;
8266
8267                 /*
8268                  * If the zone is movable and we have ruled out all reserved
8269                  * pages then it should be reasonably safe to assume the rest
8270                  * is movable.
8271                  */
8272                 if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
8273                         continue;
8274
8275                 /*
8276                  * Hugepages are not in LRU lists, but they're movable.
8277                  * THPs are on the LRU, but need to be counted as #small pages.
8278                  * We need not scan over tail pages because we don't
8279                  * handle each tail page individually in migration.
8280                  */
8281                 if (PageHuge(page) || PageTransCompound(page)) {
8282                         struct page *head = compound_head(page);
8283                         unsigned int skip_pages;
8284
8285                         if (PageHuge(page)) {
8286                                 if (!hugepage_migration_supported(page_hstate(head)))
8287                                         return page;
8288                         } else if (!PageLRU(head) && !__PageMovable(head)) {
8289                                 return page;
8290                         }
8291
8292                         skip_pages = compound_nr(head) - (page - head);
8293                         iter += skip_pages - 1;
8294                         continue;
8295                 }
8296
8297                 /*
8298                  * We can't use page_count without pin a page
8299                  * because another CPU can free compound page.
8300                  * This check already skips compound tails of THP
8301                  * because their page->_refcount is zero at all time.
8302                  */
8303                 if (!page_ref_count(page)) {
8304                         if (PageBuddy(page))
8305                                 iter += (1 << page_order(page)) - 1;
8306                         continue;
8307                 }
8308
8309                 /*
8310                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
8311                  * page_count() is not 0.
8312                  */
8313                 if ((flags & MEMORY_OFFLINE) && PageHWPoison(page))
8314                         continue;
8315
8316                 /*
8317                  * We treat all PageOffline() pages as movable when offlining
8318                  * to give drivers a chance to decrement their reference count
8319                  * in MEM_GOING_OFFLINE in order to indicate that these pages
8320                  * can be offlined as there are no direct references anymore.
8321                  * For actually unmovable PageOffline() where the driver does
8322                  * not support this, we will fail later when trying to actually
8323                  * move these pages that still have a reference count > 0.
8324                  * (false negatives in this function only)
8325                  */
8326                 if ((flags & MEMORY_OFFLINE) && PageOffline(page))
8327                         continue;
8328
8329                 if (__PageMovable(page) || PageLRU(page))
8330                         continue;
8331
8332                 /*
8333                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check
8334                  * it.  But now, memory offline itself doesn't call
8335                  * shrink_node_slabs() and it still to be fixed.
8336                  */
8337                 /*
8338                  * If the page is not RAM, page_count()should be 0.
8339                  * we don't need more check. This is an _used_ not-movable page.
8340                  *
8341                  * The problematic thing here is PG_reserved pages. PG_reserved
8342                  * is set to both of a memory hole page and a _used_ kernel
8343                  * page at boot.
8344                  */
8345                 return page;
8346         }
8347         return NULL;
8348 }
8349
8350 #ifdef CONFIG_CONTIG_ALLOC
8351 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
8352 {
8353         return pfn & ~(max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
8354                              pageblock_nr_pages) - 1);
8355 }
8356
8357 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
8358 {
8359         return ALIGN(pfn, max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
8360                                 pageblock_nr_pages));
8361 }
8362
8363 /* [start, end) must belong to a single zone. */
8364 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
8365                                         unsigned long start, unsigned long end)
8366 {
8367         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
8368         unsigned int nr_reclaimed;
8369         unsigned long pfn = start;
8370         unsigned int tries = 0;
8371         int ret = 0;
8372         struct migration_target_control mtc = {
8373                 .nid = zone_to_nid(cc->zone),
8374                 .gfp_mask = GFP_USER | __GFP_MOVABLE | __GFP_RETRY_MAYFAIL,
8375         };
8376
8377         migrate_prep();
8378
8379         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
8380                 if (fatal_signal_pending(current)) {
8381                         ret = -EINTR;
8382                         break;
8383                 }
8384
8385                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
8386                         cc->nr_migratepages = 0;
8387                         pfn = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
8388                         if (!pfn) {
8389                                 ret = -EINTR;
8390                                 break;
8391                         }
8392                         tries = 0;
8393                 } else if (++tries == 5) {
8394                         ret = ret < 0 ? ret : -EBUSY;
8395                         break;
8396                 }
8397
8398                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
8399                                                         &cc->migratepages);
8400                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
8401
8402                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migration_target,
8403                                 NULL, (unsigned long)&mtc, cc->mode, MR_CONTIG_RANGE);
8404         }
8405         if (ret < 0) {
8406                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
8407                 return ret;
8408         }
8409         return 0;
8410 }
8411
8412 /**
8413  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
8414  * @start:      start PFN to allocate
8415  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
8416  * @migratetype:        migratetype of the underlaying pageblocks (either
8417  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
8418  *                      in range must have the same migratetype and it must
8419  *                      be either of the two.
8420  * @gfp_mask:   GFP mask to use during compaction
8421  *
8422  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
8423  * aligned.  The PFN range must belong to a single zone.
8424  *
8425  * The first thing this routine does is attempt to MIGRATE_ISOLATE all
8426  * pageblocks in the range.  Once isolated, the pageblocks should not
8427  * be modified by others.
8428  *
8429  * Return: zero on success or negative error code.  On success all
8430  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
8431  * need to be freed with free_contig_range().
8432  */
8433 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
8434                        unsigned migratetype, gfp_t gfp_mask)
8435 {
8436         unsigned long outer_start, outer_end;
8437         unsigned int order;
8438         int ret = 0;
8439
8440         struct compact_control cc = {
8441                 .nr_migratepages = 0,
8442                 .order = -1,
8443                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
8444                 .mode = MIGRATE_SYNC,
8445                 .ignore_skip_hint = true,
8446                 .no_set_skip_hint = true,
8447                 .gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask),
8448                 .alloc_contig = true,
8449         };
8450         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
8451
8452         /*
8453          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
8454          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
8455          * have different sizes, and due to the way page allocator
8456          * work, we align the range to biggest of the two pages so
8457          * that page allocator won't try to merge buddies from
8458          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
8459          * other migration type.
8460          *
8461          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
8462          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
8463          * we are interested in).  This will put all the pages in
8464          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
8465          *
8466          * When this is done, we take the pages in range from page
8467          * allocator removing them from the buddy system.  This way
8468          * page allocator will never consider using them.
8469          *
8470          * This lets us mark the pageblocks back as
8471          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
8472          * aligned range but not in the unaligned, original range are
8473          * put back to page allocator so that buddy can use them.
8474          */
8475
8476         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
8477                                        pfn_max_align_up(end), migratetype, 0);
8478         if (ret < 0)
8479                 return ret;
8480
8481         /*
8482          * In case of -EBUSY, we'd like to know which page causes problem.
8483          * So, just fall through. test_pages_isolated() has a tracepoint
8484          * which will report the busy page.
8485          *
8486          * It is possible that busy pages could become available before
8487          * the call to test_pages_isolated, and the range will actually be
8488          * allocated.  So, if we fall through be sure to clear ret so that
8489          * -EBUSY is not accidentally used or returned to caller.
8490          */
8491         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
8492         if (ret && ret != -EBUSY)
8493                 goto done;
8494         ret =0;
8495
8496         /*
8497          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
8498          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
8499          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
8500          * What we are going to do is to allocate all pages from
8501          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
8502          *
8503          * The only problem is that pages at the beginning and at the
8504          * end of interesting range may be not aligned with pages that
8505          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
8506          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
8507          * once this is done free the pages we are not interested in.
8508          *
8509          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
8510          * isolated thus they won't get removed from buddy.
8511          */
8512
8513         lru_add_drain_all();
8514
8515         order = 0;
8516         outer_start = start;
8517         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
8518                 if (++order >= MAX_ORDER) {
8519                         outer_start = start;
8520                         break;
8521                 }
8522                 outer_start &= ~0UL << order;
8523         }
8524
8525         if (outer_start != start) {
8526                 order = page_order(pfn_to_page(outer_start));
8527
8528                 /*
8529                  * outer_start page could be small order buddy page and
8530                  * it doesn't include start page. Adjust outer_start
8531                  * in this case to report failed page properly
8532                  * on tracepoint in test_pages_isolated()
8533                  */
8534                 if (outer_start + (1UL << order) <= start)
8535                         outer_start = start;
8536         }
8537
8538         /* Make sure the range is really isolated. */
8539         if (test_pages_isolated(outer_start, end, 0)) {
8540                 pr_info_ratelimited("%s: [%lx, %lx) PFNs busy\n",
8541                         __func__, outer_start, end);
8542                 ret = -EBUSY;
8543                 goto done;
8544         }
8545
8546         /* Grab isolated pages from freelists. */
8547         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
8548         if (!outer_end) {
8549                 ret = -EBUSY;
8550                 goto done;
8551         }
8552
8553         /* Free head and tail (if any) */
8554         if (start != outer_start)
8555                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
8556         if (end != outer_end)
8557                 free_contig_range(end, outer_end - end);
8558
8559 done:
8560         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
8561                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
8562         return ret;
8563 }
8564 EXPORT_SYMBOL(alloc_contig_range);
8565
8566 static int __alloc_contig_pages(unsigned long start_pfn,
8567                                 unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask)
8568 {
8569         unsigned long end_pfn = start_pfn + nr_pages;
8570
8571         return alloc_contig_range(start_pfn, end_pfn, MIGRATE_MOVABLE,
8572                                   gfp_mask);
8573 }
8574
8575 static bool pfn_range_valid_contig(struct zone *z, unsigned long start_pfn,
8576                                    unsigned long nr_pages)
8577 {
8578         unsigned long i, end_pfn = start_pfn + nr_pages;
8579         struct page *page;
8580
8581         for (i = start_pfn; i < end_pfn; i++) {
8582                 page = pfn_to_online_page(i);
8583                 if (!page)
8584                         return false;
8585
8586                 if (page_zone(page) != z)
8587                         return false;
8588
8589                 if (PageReserved(page))
8590                         return false;
8591
8592                 if (page_count(page) > 0)
8593                         return false;
8594
8595                 if (PageHuge(page))
8596                         return false;
8597         }
8598         return true;
8599 }
8600
8601 static bool zone_spans_last_pfn(const struct zone *zone,
8602                                 unsigned long start_pfn, unsigned long nr_pages)
8603 {
8604         unsigned long last_pfn = start_pfn + nr_pages - 1;
8605
8606         return zone_spans_pfn(zone, last_pfn);
8607 }
8608
8609 /**
8610  * alloc_contig_pages() -- tries to find and allocate contiguous range of pages
8611  * @nr_pages:   Number of contiguous pages to allocate
8612  * @gfp_mask:   GFP mask to limit search and used during compaction
8613  * @nid:        Target node
8614  * @nodemask:   Mask for other possible nodes
8615  *
8616  * This routine is a wrapper around alloc_contig_range(). It scans over zones
8617  * on an applicable zonelist to find a contiguous pfn range which can then be
8618  * tried for allocation with alloc_contig_range(). This routine is intended
8619  * for allocation requests which can not be fulfilled with the buddy allocator.
8620  *
8621  * The allocated memory is always aligned to a page boundary. If nr_pages is a
8622  * power of two then the alignment is guaranteed to be to the given nr_pages
8623  * (e.g. 1GB request would be aligned to 1GB).
8624  *
8625  * Allocated pages can be freed with free_contig_range() or by manually calling
8626  * __free_page() on each allocated page.
8627  *
8628  * Return: pointer to contiguous pages on success, or NULL if not successful.
8629  */
8630 struct page *alloc_contig_pages(unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask,
8631                                 int nid, nodemask_t *nodemask)
8632 {
8633         unsigned long ret, pfn, flags;
8634         struct zonelist *zonelist;
8635         struct zone *zone;
8636         struct zoneref *z;
8637
8638         zonelist = node_zonelist(nid, gfp_mask);
8639         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
8640                                         gfp_zone(gfp_mask), nodemask) {
8641                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8642
8643                 pfn = ALIGN(zone->zone_start_pfn, nr_pages);
8644                 while (zone_spans_last_pfn(zone, pfn, nr_pages)) {
8645                         if (pfn_range_valid_contig(zone, pfn, nr_pages)) {
8646                                 /*
8647                                  * We release the zone lock here because
8648                                  * alloc_contig_range() will also lock the zone
8649                                  * at some point. If there's an allocation
8650                                  * spinning on this lock, it may win the race
8651                                  * and cause alloc_contig_range() to fail...
8652                                  */
8653                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8654                                 ret = __alloc_contig_pages(pfn, nr_pages,
8655                                                         gfp_mask);
8656                                 if (!ret)
8657                                         return pfn_to_page(pfn);
8658                                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8659                         }
8660                         pfn += nr_pages;
8661                 }
8662                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8663         }
8664         return NULL;
8665 }
8666 #endif /* CONFIG_CONTIG_ALLOC */
8667
8668 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned int nr_pages)
8669 {
8670         unsigned int count = 0;
8671
8672         for (; nr_pages--; pfn++) {
8673                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
8674
8675                 count += page_count(page) != 1;
8676                 __free_page(page);
8677         }
8678         WARN(count != 0, "%d pages are still in use!\n", count);
8679 }
8680 EXPORT_SYMBOL(free_contig_range);
8681
8682 /*
8683  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
8684  * page high values need to be recalulated.
8685  */
8686 void __meminit zone_pcp_update(struct zone *zone)
8687 {
8688         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
8689         __zone_pcp_update(zone);
8690         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
8691 }
8692
8693 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
8694 {
8695         unsigned long flags;
8696         int cpu;
8697         struct per_cpu_pageset *pset;
8698
8699         /* avoid races with drain_pages()  */
8700         local_irq_save(flags);
8701         if (zone->pageset != &boot_pageset) {
8702                 for_each_online_cpu(cpu) {
8703                         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
8704                         drain_zonestat(zone, pset);
8705                 }
8706                 free_percpu(zone->pageset);
8707                 zone->pageset = &boot_pageset;
8708         }
8709         local_irq_restore(flags);
8710 }
8711
8712 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
8713 /*
8714  * All pages in the range must be in a single zone and isolated
8715  * before calling this.
8716  */
8717 unsigned long
8718 __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
8719 {
8720         struct page *page;
8721         struct zone *zone;
8722         unsigned int order;
8723         unsigned long pfn;
8724         unsigned long flags;
8725         unsigned long offlined_pages = 0;
8726
8727         /* find the first valid pfn */
8728         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++)
8729                 if (pfn_valid(pfn))
8730                         break;
8731         if (pfn == end_pfn)
8732                 return offlined_pages;
8733
8734         offline_mem_sections(pfn, end_pfn);
8735         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
8736         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8737         pfn = start_pfn;
8738         while (pfn < end_pfn) {
8739                 if (!pfn_valid(pfn)) {
8740                         pfn++;
8741                         continue;
8742                 }
8743                 page = pfn_to_page(pfn);
8744                 /*
8745                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
8746                  * page_count() is not 0.
8747                  */
8748                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
8749                         pfn++;
8750                         offlined_pages++;
8751                         continue;
8752                 }
8753                 /*
8754                  * At this point all remaining PageOffline() pages have a
8755                  * reference count of 0 and can simply be skipped.
8756                  */
8757                 if (PageOffline(page)) {
8758                         BUG_ON(page_count(page));
8759                         BUG_ON(PageBuddy(page));
8760                         pfn++;
8761                         offlined_pages++;
8762                         continue;
8763                 }
8764
8765                 BUG_ON(page_count(page));
8766                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
8767                 order = page_order(page);
8768                 offlined_pages += 1 << order;
8769                 del_page_from_free_list(page, zone, order);
8770                 pfn += (1 << order);
8771         }
8772         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8773
8774         return offlined_pages;
8775 }
8776 #endif
8777
8778 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
8779 {
8780         struct zone *zone = page_zone(page);
8781         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8782         unsigned long flags;
8783         unsigned int order;
8784
8785         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8786         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
8787                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
8788
8789                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order)
8790                         break;
8791         }
8792         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8793
8794         return order < MAX_ORDER;
8795 }
8796
8797 #ifdef CONFIG_MEMORY_FAILURE
8798 /*
8799  * Set PG_hwpoison flag if a given page is confirmed to be a free page.  This
8800  * test is performed under the zone lock to prevent a race against page
8801  * allocation.
8802  */
8803 bool set_hwpoison_free_buddy_page(struct page *page)
8804 {
8805         struct zone *zone = page_zone(page);
8806         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8807         unsigned long flags;
8808         unsigned int order;
8809         bool hwpoisoned = false;
8810
8811         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8812         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
8813                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
8814
8815                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order) {
8816                         if (!TestSetPageHWPoison(page))
8817                                 hwpoisoned = true;
8818                         break;
8819                 }
8820         }
8821         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8822
8823         return hwpoisoned;
8824 }
8825 #endif